適應性相場模式在矽晶片電致區熔之研究

Adaptive Phase Field Modeling of Electric Zone Melting of Silicon Wafers

林京誼(Jing-Yi Lin)

指導教授 ： 藍崇文

國立臺灣大學/工學院/化學工程學研究所/碩士(2015年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2015.00968

摘要

現今太陽能電池產業使用的矽晶片，大多由單向凝固的晶錠切片而來，由於切割損失，造成高純度矽的浪費。而直拉薄片可以省去切割程序，但由於雜質、位錯等問題，使得現有的技術尚難有實際的應用。電致區熔是一個新的概念技術，利用電流的焦耳加熱形成熔區，無須接觸模具就能夠應用於矽薄片的生長，是項有趣且具潛力的技術。本論文以前人發展的電致區熔實驗為基礎，利用相場模式研究電致區熔的熱場、界面行為。為了更深入了解熔區的寬度和物性、熱條件之間的關係，亦發展了一理論熱平衡模式，來預測熔區寬。由理論結果吾人發現，若散熱愈少，則熔區的寬度反而會下降，其原因在於固體較低的溫梯使電流被分散。選取合理的物性與熱條件，理論解與相場模型能得到幾乎相同的結果，且與實驗結果非常接近。熔區的遷移是依靠燈源的移動，但速率被侷限在6 mm/min，是由於晶片的變形導致燈源聚焦效果下降，透過熔化端的保溫或是增強燈源功率，增加熔區兩端的固體溫梯差距，能夠讓移動速率明顯上升。第二部分則探討不同物理性質的雜質顆粒對於介面行為的影響，顆粒接觸熔區的比例與導電度對介面的影響有關。顆粒接觸的熔區多，介面受到影響愈多。顆粒導電性高，發現熔區包覆顆粒，類似實驗上觀察到的短路現象，熔區在靠近時突然彎向顆粒。此外，利用焦耳加熱的分布，也能夠解釋介面變形的原因，結果與實驗相當吻合。

關鍵字

電致區熔 ； 矽晶片 ； 相場模式

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electric zone melting ； silicon wafers ； phase-field model

參考文獻

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