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第1章 晶体硅的物理特性1

1.1 晶体结构2

1.2 能带和能级2

1.3 电学性质4

1.3.1 本征载流子4

1.3.2 施主与受主5

1.3.3 非平衡载流子的产生和复合7

1.3.4 电阻率10

1.3.5 迁移率12

1.3.6 载流子扩散12

1.4 光学性质13

1.4.1 吸收系数13

1.4.2 折射率和反射率14

1.5 力学和热学性质14

1.5.1 弹性常数14

1.5.2 硬度14

1.5.3 热膨胀系数15

1.5.4 热导率15

1.6 p-n结16

1.6.1 扩散法17

1.6.2 离子注入20

1.7 晶体硅太阳电池常规结构与工艺24

参考文献26

第2章 硅源合成工艺28

2.1 各种硅源的制备技术28

2.1.1 硅石28

2.1.2 冶金级硅30

2.1.3 三氯氢硅（trichlorosilane：TCS）33

2.1.4 四氯化硅（SiCl4）35

2.1.5 二氯二氢硅（SiH2Cl2）36

2.1.6 硅烷（SiH4）38

2.2 物理性质41

2.2.1 密度（液态）41

2.2.2 蒸气压41

2.2.3 比热容（液态）42

2.3 化学性质43

2.3.1 安全性43

2.3.2 着火和爆炸性43

2.3.3 对材料的腐蚀性43

参考文献43

第3章 电子级多晶硅的制备45

3.1 改良西门子法制备多晶硅46

3.1.1 改良西门子法热力学47

3.1.2 改良西门子法动力学51

3.2 改良西门子法工艺53

3.2.1 原料系统53

3.2.2 反应系统60

3.2.3 尾气回收64

3.2.4 SiCl4冷氢化66

3.2.5 改良西门子法发展趋势67

3.3 其他氯硅烷法制备多晶硅68

3.3.1 SiH2Cl2制备多晶硅68

3.3.2 SiCl4制备多晶硅69

3.4 硅烷法制备多晶硅工艺70

3.4.1 Asimi工艺70

3.4.2 MEMC工艺71

3.5 多晶硅材料的评价72

参考文献73

第4章 冶金法太阳级多晶硅提纯技术74

4.1 冶金法多晶硅的进展74

4.2 冶金法多晶硅的提纯工艺76

4.2.1 金属硅的冶炼：从矿石到单质硅77

4.2.2 高纯金属硅冶炼工艺79

4.2.3 炉外精炼81

4.2.4 湿法冶金85

4.2.5 真空熔炼与定向凝固89

4.3 硅料的储运和处理105

4.3.1 金属硅的储运和处理106

4.3.2 炉外精炼的硅料处理106

4.3.3 湿法硅料的处理107

4.3.4 真空装料处理108

4.4 冶金法多晶硅的生产设备108

4.4.1 金属硅冶炼设备109

4.4.2 炉外精炼设备109

4.4.3 湿法冶炼设备110

4.4.4 真空熔炼与铸锭设备111

4.4.5 物料处理设备115

4.4.6 坩埚喷涂与烧结设备116

4.5 冶金法多晶硅的安全生产问题116

4.5.1 炉外精炼的安全问题116

4.5.2 湿法冶金的安全生产118

4.5.3 真空铸锭时的安全生产118

4.6 冶金法多晶硅的应用120

4.6.1 冶金法多晶硅的成本优势120

4.6.2 冶金法多晶硅的应用情况121

4.6.3 冶金法多晶硅应用中存在的问题及对策122

4.6.4 冶金法多晶硅的质量标准125

4.6.5 冶金法多晶硅的应用趋势127

参考文献127

第5章 其他太阳级多晶硅提纯技术129

5.1 流化床法130

5.1.1 SiH4流化床法130

5.1.2 TCS流化床法132

5.2 无氯法133

5.3 直接冶炼法135

5.3.1 原材料的处理135

5.3.2 碳热还原过程136

5.3.3 硅的提炼137

5.4 区域熔化提纯法139

5.5 气-液沉积法（VLD技术）140

5.6 常压碘化学气相传输净化法141

5.7 电化学熔盐电解法142

5.7.1 熔盐直接电解SiO2制备多晶硅142

5.7.2 熔盐电解精炼冶金硅142

5.8 其他方法143

5.9 太阳级硅的存在问题和解决办法143

5.9.1 存在问题143

5.9.2 解决办法145

参考文献146

第6章 硅晶体生长工艺148

6.1 直拉法制备单晶硅149

6.1.1 直拉法制备单晶硅的原理149

6.1.2 直拉单晶生长系统简介153

6.1.3 直拉法晶体生长工艺158

6.2 悬浮区熔法制备单晶硅工艺169

6.2.1 原理170

6.2.2 区熔单晶炉170

6.2.3 区熔工艺170

6.3 多晶硅制备技术172

6.3.1 多晶硅生长原理172

6.3.2 多晶硅铸锭工艺174

6.3.3 多晶硅铸锭炉175

6.3.4 未来的发展趋势177

6.4 掺杂工艺178

6.4.1 直拉单晶硅的掺杂178

6.4.2 区熔硅单晶的掺杂179

6.5 带状多晶硅制造技术179

6.5.1 定边喂膜带硅技术180

6.5.2 枝蔓蹼状（D-Web）带硅技术180

6.5.3 SR带硅技术182

6.5.4 RGS带硅技术182

6.5.5 SSP带硅技术182

参考文献183

第7章 硅片生产技术184

7.1 外圆加工184

7.2 内圆切割184

7.3 多线锯切割技术185

7.3.1 多线锯切割原理186

7.3.2 多线锯切割的优点186

7.3.3 多线锯切割走线方式187

7.3.4 多线锯切割浆料188

7.3.5 多线锯切割切削液188

7.3.6 碳化硅190

7.3.7 影响线切硅片的质量因素192

7.3.8 多线锯切割设备的发展和组成部分193

7.3.9 硅片加工的发展趋势194

7.4 清洗及腐蚀197

7.4.1 预清洗197

7.4.2 去除硅片表面切割损伤和制绒197

7.5 硅片绒面制备技术197

7.5.1 机械刻槽工艺198

7.5.2 等离子刻蚀法198

7.5.3 光刻技术199

7.5.4 电化学腐蚀法199

7.5.5 湿化学腐蚀法199

参考文献201

附录1 物理常数202

附录2 晶体硅的部分特性（300K）203

附录3 符号一览表204