Optris多晶硅生长过程红外温度测量解决方案

 温度控制在西门子硅工艺中的关键作用

纯多晶硅是制造集成电路和太阳能电池常用的材料。多晶硅的生产基于化学气相沉积工艺，即所谓的西门子工艺。尽管这种工艺相对昂贵且速度较慢，但由于它能够生产高纯度的多晶硅，因此仍然是全球生产高质量多晶硅的主要方法，全球约 75% 的多晶硅生产依赖于这种技术。主要由中国的低成本工厂推动的成本下降使这一工艺在经济上更加可行。

西门子工艺以冶金级硅为原料，其中含有约 0.5% 至 1.5% 的杂质。为了提纯这种硅，需要将其研磨成小颗粒，并与氯化氢反应生成三氯硅烷（TCS），这是一种高挥发性液体。三氯硅烷的沸点较低，仅为 31.8 °C，因此需要通过蒸馏进行提纯。净化后的三氯硅烷在下一步被引入化学气相沉积反应器。反应器中的薄硅丝通过电加热升温至 1150 ℃。三氯氢硅分解后，硅沉积在这些细丝上，形成直径为 150 毫米到 200 毫米的多晶硅棒。这一步骤需要大量能源，对达到必要的纯度至关重要。

在整个西门子工艺过程中，温度控制至关重要，尤其是在 CVD 阶段。硅棒在生长过程中必须保持稳定的温度，这就要求对功率进行仔细调整，以避免过热和硅棒的潜在熔化。温度的一致性可确保硅从 TCS 均匀地沉积到硅丝上，防止多晶硅结构出现缺陷。此外，还必须避免过热，因为过热会导致硅棒熔化，从而破坏整个工艺流程。

由于晶体生长过程的性质，使用传统的接触式温度传感器无法监测硅棒的温度。红外温度监控是控制这一耗时、耗能和昂贵工艺的选择。

在西门子工艺中使用红外测温仪实现可靠的硅温度读数

硅的发射率随温度、波长和表面特性的变化而变化，从而在不同光谱范围内产生复杂的动态行为。为了可靠地测量硅的温度，建议使用 1 µm 左右的短红外波长，因为在这种波长下，尽管温度发生变化，硅的发射率仍然保持稳定。双色测温仪具有优势，因为它们不需要填充整个视场来测量棒温。当存在氢气时，双色测温仪可与防爆外壳一起使用。

光纤 CTratio 双色测温仪可有效测量基底或沉积多晶硅薄膜的温度。这些两件式测温仪结构紧凑，配备有柔性光纤，可安装在狭窄或难以触及的区域。其设计可承受恶劣的工作条件，包括高温、振动和化学接触。比色技术通过比较两种不同波长光的强度来提供精确的温度测量，从而减少因发射率变化、光学干扰或光路阻尼等因素造成的误差。

不过，有些设备还是倾向于使用单色测温仪，因为单色测温仪只测量单一波长，可能会受到发射率变化的影响。他们追求的是西门子过程的可重复性，而不是精确的温度。然而，在双色装置中，智能比率模式可以让测温仪了解发射率或比率的变化，即使两个波长的发射率变化不一致，也能确保测量的准确性。

耐用、经济、可靠的多晶硅生长过程红外温度测量解决方案

带有无源传感头的光纤 CTratio 非常适合安装在具有挑战性的环境中。这项技术使电子元件远离反应器的有害工作条件，确保了耐用性和使用寿命。非接触式测量系统可防止干扰工艺流程，消除污染风险。考虑到温度和潜在的危险环境，光纤技术对于保持温度测量的准确性和安全性至关重要。

Optris 测温仪不仅可靠，而且成本效益。它能提供准确、一致的温度数据，而价格仅为同类产品的一半，因此在不影响传感器性能的前提下是一种经济的选择。红外传感器的交付周期大大缩短，因此可以更快地实施和迭代开发。此外，Optris 持续的技术支持可确保问题得到及时解决，使客户能够依靠其专业知识持续优化流程。这种全面的方法不仅能确保立即取得成功，还能促进长期合作关系。