4.2.4. Зонная плавка
В процессе зонной плавки, являющейся модификацией метода зонной очистки, предложенного Пфаном, происходит медленное перемещение узкой области расплава вдоль кремниевого слитка, помещенного в
вакуум или инертную среду. Слиток размещают в вертикальном положении и нагревают с помощью высокочастотного индуктора. Расплавленная зона удерживается за счет поверхностного натяжения и эффекта левитации в высокочастотном поле. Условия, накладываемые на температурные градиенты в кольцевых и радиальных направлениях, такие же, как и при выращивании кристаллов методом Чохральского.
Более высокая степень очистки кристаллов, выращенных методом зонной плавки, обусловлена отсутствием загрязнений, связанных с тиглем; в частности, содержание кислорода может быть снижено в 20— 100 раз. По сравнению с кристаллами, выращенными методом Чохральского, наблюдается также возрастание времени жизни и подвижности носителей заряда.
Однако для кристаллов, выращенных таким методом, характерна более высокая плотность дислокаций, обусловленная резкими температурными перепадами и компромиссными решениями, касающимися температурных профилей при высокочастотном нагреве. Указанные различия между кристаллами, выращенными двумя методами, необходимо учитывать при рассмотрении радиационной стойкости солнечных элементов (4.5.1).
Исходным материалом для зонной плавки является поликристаллический слиток. Оба его конца и конец монокристаллической затравки с желаемой кристаллографической ориентировкой локально нагревают и затем соединяют способом, напоминающим выращивание кристалла методом Чохральского. Зону нагрева (она, как правило, равна 2 см) обычно перемещают вертикально вверх. Конусообразный переход от маленького затравочного кристалла к кристаллу большого диаметра создают за счет разности в скоростях движения верхнего зажима, удерживающего поликристаллический слиток, и нижнего, удерживающего затравку. Обычно выращивают кристаллы от 50 до 100 см и диаметром до 7,5 см, однако получены кристаллы диаметром и до 10 см. Скорость выращивания кристаллов зонной плавкой немного превышает скорость выращивания кристаллов по методу Чохральского. Сравнительный анализ обоих методов выполнен Матлоком [Matlock, 1979].
