Поликристаллический кремний

ВВЕДЕНИЕ

Общемировой рост спроса на экологически чистые виды энергии привел к бурному развитию этого направления. С постоянным повышением стоимости традиционных видов энергии, наиболее конкурентоспособным видом энергии становится солнечная, имеющая неиссякаемый источник ее получения, что позволяет прогнозировать ее доминирование над остальными видами энергии в самом ближайшем будущем. Технология изготовления фотоэлементов – это технология производства устройств, позволяющих преобразовывать солнечный свет в электрический ток. Солнечные элементы, представляющие собой кремниевые пластинки, обычно покрываются стеклом и посредством электрических соединений объединяются в общий фотогальванический модуль.

Все возрастающий спрос на солнечную энергию привел к бурному росту спроса как на индивидуальные ячейки, так и на комплексные модули. Впервые солнечная энергия была получена в 1954 году, после чего начался непрерывный рост потребления в среднем на 40 % в год. Основные производства сконцентрированы в США (50 %), Японии (24 %) и Германии (18 %), но в настоящее время спроектированы и строятся многочисленные новые заводы во многих других странах [1].

Исследования последних лет свидетельствуют о реальных перспективах создания кремниевой оптоэлектроники, возможностях широкого эффективного использования кремния в разнообразных сенсорных устройствах, прецизионных микромеханических системах, а также в целом ряде других областей новейшей техники.

Таким образом, поликристаллический кремний (ПКК) является стратегическим сырьём полупроводниковой промышленности. В основном поликристаллический кремний используется для получения монокристаллического кремния (МКК) и мультикремния (МК). По качеству поликристаллический кремний разделяют на кремний «солнечного» качества и «электронного» качества.

Поликристаллический кремний «электронного» качества с массовой долей примесей - 10^-7 - 10^-8 % используется в современной микроэлектронике, промышленной и силовой электронике.

Поликристаллический кремний «солнечного» качества используется в энергетике для производства солнечных батарей.

Более 90 % мирового рынка поликристаллического кремния контролируют компании США, Японии, Германии и Италии. В настоящее время в мире существует дефицит поликристаллического кремния, в связи с чем, в ряде стран приняты программы по развитию кремниевого производства.

Ранее в СССР производилось до 12 % мирового поликристаллического кремния, основные производственные мощности располагались в Украине и Киргизии.

Среди российских производителей поликристаллического кремния можно перечислить:

•          Подольский химико-металлургический завод

•          Красноярский Горно-химический комбинат (г. Железногорск)

•          Предприятие ООО «Усолье-Сибирский Силикон» группы НИТОЛ.

В настоящее время в России монокристаллический кремний на предприятиях вырабатывается из высокочистого зарубежного сырья, поэтому вопрос развития производства поликристаллического кремния остается актуальным.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. (ttps://www.siemens-pro.ru).
2. Иванова А.С. Бакалаврская работа Анализ и оценка основных рисков при формировании направлений использования полупроводникового кремния; Сибирский Федеральный Университет. – Красноярск, 2016. – 59 с.
3. Толстогузов Н.В. Теоретические основы и технология плавки кремнистых и марганцевых сплавов. М.: Металлургия, 1992. – 239 с.
4. Катков О.М. Выплавка технического кремния. Иркутск: изд-во ИПУ, 1997. – 243 с.
5. Filsinger D.H. Silica to silicon: key carbothermic reactions and kinetics / D.H. Filsinger, D.B. Bourrie // J. Am. Ceram. Soc. – 1990. – V. 73, № 6. – Р. 1726 – 1732.
6. Абдюханов И.М. Разработка основ технологии производства металлургического кремния повышенной чистоты для наземной фотоэнергетики / И.М. Абдюханов // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). – 2001. – Т. XLV, № 5-6. – С. 107-111.
7. Гнесин Г.Г. Карбидокремниевые материалы. М.: Металлургия, 1997. – 215 с.
8. Lynn H., Bradford T. Report of Prometheus Institute for Sustainable Development, 2006 ( (ttp://www.prometheus.org)).
9. Наумов А. Рынок поликристаллического кремния: состояние и перспективы / А. Наумов // Электроника. Наука. Технология. Бизнес. – 2015. – № 9 (00149). – С. 94-101.
10. Достанко А.П. Тенденции и перспективы развития технологии и производства поликристаллического кремния для фотоэлектрических преобразователей / А.П. Достанко. В.П. Василевич, О.Л. Кайдов // Доклады БГУИР. – 2005. – №1. – С. 73-80.
11. Тосихиде Э. Реактор для поликристаллического кремния и способ получения поликристаллического кремния: пат. 2470098 Российская Федерация. 2012. 16 с.
12. Тосихиде Э. Способ получения поликристаллического кремния: пат. 2475570 Российская Федерация. 2013. 21 с.
13. Тосихиде Э. Аппарат для получения и способ получения поликристаллического кремния: пат. 2495164 Российская Федерация. 2013. 17 с.
14. Ясуси К. Способ получения поликристаллического кремния и реактор для получения поликристаллического кремния: пат. 2581090 Российская Федерация. 2016. 25 с.
15. Гаврилов П.М. Способ получения поликристаллического кремния: пат. 2357923 Российская Федерация. 2009. 7 с.
16. Технология полупроводникового кремния / Э.С. Фалькевич [и др]. – М., 1992. – С. 253–259.
17. Istratov A.A. Control of metal impurities in “dirty” multicrystallineSilicon for solar cells / A.A. Istratov, T. Buonassisi, M.D. Pickett, M. Heuer, E.R. Weber // Materials Science and Engineering B. – 2006. – 134 (2-3). – Р. 282–286.
18. Бетекбаев А.А. Шлаковое рафинирование металлургического кремния / А.А. Бетекбаев, Д.М. Скаков, В.С. Тимошенко, А.А. Павлов // Ползуновский вестник. – 2015. – № 2. – С. 17-21.
19. Борисов Л.А. Способ прямого получения поликристаллического кремния из природного кварца и из его особо чистых концентратов: пат. 2516512 Российская Федерация. 2014. 14 с.
20. Бибиков М.Б. Исследование процесса восстановления монооксида кремния в плазме дугового разряда / М.Б. Бибиков [и др.] // Химия Высоких Энергий. – 2010. – №44. – С. 60-64.
21. Афанасьев В.Д. Способ получения кремния высокой чистоты: пат. 2367600 Российская Федерация. 2009. 5 с.
22. Абдурахманов Б.М. Микроструктура межзеренных границ в поликристаллическом кремнии и ее влияние на перенос носителей заряда / Б.М. Абдурахманов, Л.О. Олимов, Ф. Абдуразаков // ФІП ФИП PSE. – 2010. – Т. 8, № 1. – V. 8, № 1. – С. 72-76.
23. Поликристаллические полупроводники. Физические свойства и применения /Пер. с англ. /Под. ред. Харбек Г. – М.: Мир, 1989. – 344 с.
24. Вавилов В.С. Дефекты в кремнии и на его поверхности / В.С. Вавилов, В.Ф. Киселев, Б.Н. Мукашев – М.: Наука, Физматлит, 1990. – 260 с.
25. Макара В.А. Вызванные действием магнитного поля изменения примесного состава и микротвердости приповерхностных слоев кристаллов кремния / В.А. Макара и др. // ФТП. – 2008. – Т. 42, Вып. 9. – С. 1061-1064.
26. Король В.М. Диффузия имплантированного натрия в кислородном кремнии / В.М. Король  и др. // Физика и техника полупроводников. – 2008. – Т. 42, Вып. 9. – С. 1140-1144.
27. Новак А.В. Исследование морфологии пленок поликристаллического кремния с шероховатой поверхностью / А.В. Новак, Ю.В. Никольский, С.Н. Фокичев // Письма в ЖТФ. – 2012. – Т. 38, Вып. 16. – С. 1-8.
28. Новак А.В. Шероховатость пленок аморфного, поликристаллического кремния и поликристаллического кремния с полусферическими зернами / А.В. Новак, В.Р. Новак // Письма в ЖТФ. – 2013. – Т. 39, Вып. 19. – С. 32-40.
29. Павлов Д.А. Структура и электропроводность пленок поликристаллического кремния, полученных молекулярно-лучевым осаждением с сопутствующей низкоэнергетической ионной бомбардировкой поверхности роста / Д.А. Павлов, А.Ф. Хохлов, Д.В. Шунгуров. В.Г. Шенгуров // Физика и техника полупроводников. – 1997. – Т 31, №3. – С. 291-295.
30. Турцевич А.С. Пленки поликристаллического кремния с полусферическими зернами / А.С. Турцевич, Л.П. Ануфриев, О.Ю. Наливайко, В.П. Лесникова // Доклады БГУИР. – 2005. – №1. – С. 87-92.
31. Гусев Е.Ю. Исследование электрофизических свойств пленок поликристаллического кремния для создания микроэлектромеханических систем / Е.Ю. Гусев, Ю.Ю. Житяева, А.В. Быков, В.В. Бесполудин // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. - №7(170). – С. 126-134.
32. Новак А.В. Эволюция морфологии поверхности при росте пленок аморфного и поликристаллического кремния / А.В. Новак, В.Р. Новак, Д.И. Смирнов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2017. – № 10. – С. 18–25.
33. Ковалевский А.А. Влияние легирующей примеси на ТКС поликристаллических пленок кремния / А.А. Ковалевский, А.В. Долбник, С.Н. Войтех // Микроэлектроника 2007. – Т. 36, №3. – С. 178-184.
34. Kovalevskii A.A. Suppression of recrystallization processes in polycrystalline silicon films by thin layers of amorphous silicon / A.A. Kovalevskii // Russian Microelectronics. – 1998. – V. 27, №1. – P. 16-21.
35. Ковалевский А.А. Особенности взаимодействия германия с пленками поликристаллического кремния  / А.А. Ковалевский // Материалы. Технологии. Инструменты. – 2004. –  Т. 2004, Вып. 1. – С. 6-12.
36. Ковалевский А.А. Выяснение закономерностей влияния исходной поверхности подложки на процесс формирования пленок поликристаллического кремния / Ковалевский А.А. и др. // Изв. Белорусской инженерной академии. – 2003. – №1(15)/4. – С. 50-52.
37. Kovalevskii A.A. Structure and morphology of Si films grown on porous Si by reduction of dichlorosilane / A.A. Kovalevskii // Inorganic Materials. – 1999. – V. 35, №2. – P. 153-156.
38. Jeong H. Structural and electrical properties of polysilicon films prepared by AIC process for a polycrystalline silicon solar cell seed layer / H. Jeong, S. Boo // Hindawi Publishing Corporation International Journal of Photoenergy. – 2012. – P. 1-7.
39. Modreanu M. Microstructural and optical properties of LPCVD polysilicon films / M. Modreanu // IEEE. – 2001. –P. 387-390.