台湾国立勤益科技大学的研究人员设计了一种新型加热器，旨在控制和降低直拉硅晶体生长设备中的氧浓度。经过模拟和实验验证，该设计成功使氧气减少了6个百万分率(Ppm)原子。对于多晶硅和单晶硅光伏应用，氧是一个关键的杂质问题，会导致氧化硅的形成，增加晶体硬度，使下游加工变得复杂。研究第一作者阿米尔·雷扎·安萨里·德兹福利(Amir Reza Ansari Dezfoli)指出，氧缺陷还会缩短体积寿命，增强位错处的复合活动。
德兹福利表示，研究团队专注于通过修改Czochralski(CZ)拉晶机中的加热器设计来控制氧杂质。他们发现，仅通过简单改变加热器设计配置，即可显著降低氧原子浓度。
研究团队首先通过模拟研究了加热器设计和热源分布，然后在实验装置上进行测试验证。模拟基于直径为200毫米、长度为700毫米的硅锭CZ晶体生长，采用四种不同的加热器设计，加热器由石墨制成，顶部长度从500毫米到200毫米不等。
实验装置使用了500毫米的加热器高度(H1)，并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)数据分析测量了锭中心线沿轴向晶体中的氧浓度。验证比较证实了模拟和实验数据之间的高度一致性。
研究得出结论，加热器设计显著影响温度分布和熔体模式，进而影响氧气分布及其传输机制。改变H1长度对氧气分布有显著影响。
目前，该团队正在准备推出第一个离散模型，用于模拟CZ工艺中晶体起源粒子(COP)的形成和空洞缺陷的形成。这将为硅片生产行业提供基于模拟的质量控制新可能性。
相关研究成果已发表于《热能工程案例研究》杂志的《CZ硅生长中氧还原加热器设计的工程见解》一文中。
