中國晶體硅生產(chǎn)設備大盤點:誰將“傲視群雄”?
國內(nèi)的保定英利、江西賽維LDK、浙江精功太陽能都是引進GT的結晶爐。從早期160公斤級到240公斤級,目前容量已增加到450公斤級甚至到800公斤級。2003年10月國內(nèi)第一條鑄錠線在保定英利建成,2006年4月LDK項目投產(chǎn),百兆瓦級規(guī)模生產(chǎn)啟動。隨后,尚德、林洋、CSI等眾多企業(yè)多晶硅電池開始量產(chǎn)。2002年, 30~50kg的小型澆鑄爐研發(fā);2004年, 100kg試驗型熱交換型鑄錠爐研發(fā);2007年, 240kg大生產(chǎn)型定向凝固爐研發(fā)成功并推向市場。
2007年,我國首臺多晶硅鑄錠爐由浙江精功科技股份有限公司研制成功并生產(chǎn),多晶硅鑄錠爐迅速呈現(xiàn)出國產(chǎn)化的趨勢,目前,國內(nèi)已有幾家企業(yè)能夠生產(chǎn)出擁有自主知識產(chǎn)權的多晶硅鑄錠爐,如:北京京儀世紀電子股份有限公司、上海漢虹精密機械有限公司、浙江精功科技股份有限公司、北京京運通科技股份有限公司、中國電子科技集團公司第四十八研究所、精工機電研究所有限公司、上海普羅、寧夏日晶等。
與國外相比,我國多晶硅鑄錠爐技術研發(fā)和生產(chǎn)起步較晚。我國2002年完成了30~50kg小型澆鑄爐的研發(fā),2004年完成了100kg實驗型熱交換型鑄錠爐的研發(fā),2007年和2008年分別完成了240kg大型定向凝固爐和450kg大容量鑄錠爐的研發(fā)并成功推向市場,目前正在向800kg投料量的更大型號的鑄錠爐發(fā)展。從整體技術水平看,我國多晶硅鑄錠爐的制造技術水平和國外相比還要滯后1~2年,技術創(chuàng)新能力有待加強,特別是在熱場工藝方面的研究尚顯不足;但在加熱器、隔熱籠、真空系統(tǒng)、安全性、節(jié)能以及工藝控制軟件設計等方面,國內(nèi)也有新穎之處,已逐步接近國外技術水平。但我國鑄錠爐仍然需要在仍然需要在兩方面加大速度,一是降低能耗方面:加大硅錠質(zhì)量,優(yōu)化熱場設計;二是提高質(zhì)量方面:晶體質(zhì)量、雜質(zhì)分布,和單晶硅競爭。
單晶爐研發(fā)較早
單晶爐方面,1961年,在中國科學院半導體物理所林蘭英院士的親自指導下,北京機械學院工廠(西安理工大學工廠的前身)的技術人員與半導體物理所的技術人員共同研制出了我國第一臺人工晶體生長設備—TDK-36型單晶爐,并且成功拉制出了我國第一根無位錯的硅單晶,單晶質(zhì)量接近當時的國際先進水平,TDK-36型單晶爐投料量只有1kg,拉制單晶直徑Φ35mm。1972年,研制出能夠生長73 mm(1.5英寸)的單晶爐;1973年開發(fā)了TDR-40型單晶爐,投料量3kg,單晶直徑Φ50mm。1978年,開發(fā)了TDR-50型單晶爐,投料量12kg,拉制單晶直徑Φ75mm。 隨著集成電路的迅猛發(fā)展,對硅單晶的直徑要求越來越大,單晶爐也不斷向大型化發(fā)展,1979年,研制出能夠生長50 mm(2英寸)的單晶爐;1983年,研制出能夠生長75 mm(3英寸)的單晶爐;1991年,研制出能夠生長100 mm(4英寸)的單晶爐;1996年,研制出能夠生長1 500 mm(6英寸)的單晶爐;1998年,研制出能夠生長200 mm(8英寸)的單晶爐;到目前為止,我國的晶體生長設備-單晶爐已經(jīng)能夠滿足穩(wěn)定生產(chǎn)200 mm集成電路級的硅單晶,能夠滿足規(guī)模生產(chǎn)212 mm(8.5英寸)的太陽能光伏電池級硅單晶的能力;目前,一些設備生產(chǎn)單位正在研制300 mm(12英寸)的硅單晶爐。
目前在國內(nèi)市場上運行的單晶爐有十幾種型號,而國產(chǎn)設備也有8種之多,由于近年來硅單晶材料市場形勢發(fā)展良好,硅單晶生長設備需求量激增,使得現(xiàn)有硅單晶生長設備生產(chǎn)廠家銷售量急速增大,同時也激發(fā)了更多公司投資硅單晶生長設備的生產(chǎn)制造,使得該行業(yè)競爭激烈的同時也暴露出了很多問題。在國內(nèi)生產(chǎn)單晶爐的企業(yè)有幾十家,其中具有代表性的單晶爐生產(chǎn)企業(yè)有西安理工晶科、京運通、華龍光電、京儀世紀、上海漢虹、寧夏日晶等。以上所述企業(yè),基本上都是以提拉法拉制單晶。
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