如果是在真空状态下拉晶，一般可以根据液面与石英坩埚交界处波动的快慢，进行大致
的判断。当温度偏高时，液面与石英坩埚交界处的波动会很频繁，可以看到很多个波动点。
当温度偏低时，液面与石英坩埚交界处波动很缓慢，给人一种要结晶的感觉。比较合适的温
度，液面与石英坩埚交界处波动比较慢，可以看到很少几个波动点。
引晶以后，可以从籽晶与液面交界处的形状来判断温度的高低。一般来说，若引晶后，
籽晶周围马上出来一片白色结晶，结晶越长越大，则温度偏低，应立即升温；若引晶后，籽
晶周围马上就出现光圈，接触面越来越小，而且光圈抖动比较厉害，这是温度偏高，应立即
降温，否则会熔断。这时的温度偏高，可能有如下两种原因：一种是由于热惰性的存在，从
全熔到引晶的时间太短，温度没有稳定下来，再有，石墨件过厚，层数过多，投料量过大，
增加了热惰性，如是这样，则可以略等几分钟，进行第二次引晶；另一种是由于加热功率偏１２０ 光伏电池关键制造与检测技术问答
高，解决办法是降低加热功率，略等几分钟再引晶。合适的温度是，引晶以后逐渐出现光
圈，最后变圆。若用方形籽晶，则方形籽晶的四条棱变成针状，收颈顶端直径比方形籽晶的
内切圆略小，但光圈的外层比籽晶的内切圆略大。
引晶是需要经验的，初次引晶不可心急，应分段少许降温，待石英坩埚边上刚刚出现结
晶，再少许升温使其熔化，此时的温度就是合适的引晶温度。
引晶时，温度一定要合适。一般来说，引晶时籽晶周围出现一片白色结晶，而且越来越
大，说明温度偏低，应立即升温；如果籽晶与硅液接触，周围立即出现光圈，籽晶与硅液的
接触越来越小，而且光圈抖动厉害，说明温度偏高，应立即降温，否则，籽晶会熔断。
合适的引晶温度，籽晶与硅液接触后，籽晶周围逐渐出现光圈；如果籽晶是圆的，最后
光圈变圆；如果籽晶是方的，籽晶与硅液接触的四条棱变成针状，面上呈圆弧形，圆弧直径
略小于籽晶断面的棱长。
温度合适，熔接好籽晶后应缓慢提拉籽晶。如果提拉后发现晶体上出现四个、三个或两
个分布均匀的白点，证明拉出的是 〈１１１〉晶向、〈１００〉晶向或 〈１００〉晶向１１０单晶硅，引
晶结束。
（５）缩颈 种晶完成后就可以开始缩颈了。缩颈是指开始拉晶时，先拉出一段比籽晶还
细的部分 （见图６１４）。
(a) (b)
图６１４ 缩颈示意图
由于籽晶与多晶硅熔液接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生
长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的晶体直径缩小到一定大小 （一般
可小到４～６ｍｍ，但一定要能够保证其吊拉强度）。由于位错线与生长轴成一个交角，只要
缩颈够长，位错便能长出晶体表面，而产生零位错的晶体。
缩颈时，要稍稍提高温度并将籽晶快速提升，这样就可以缩小结晶直径。但籽晶提
升速度不可过高，籽晶提升速度过高容易产生多晶硅。缩颈时要仔细观察，要根据籽晶
与多晶硅熔液交界处的光圈形状和直径变化来控制温度。缩颈时，光圈应始终都保持是
一个整圆形。
一般认为，缩颈后的直径越小越好，长度越长越好，直径越小、长度越长对消除晶体缺
陷越彻底，但缩颈后的直径和长度会受到所要生长的单晶硅棒的重量限制。如果单晶硅棒重
量很大，所缩的直径就可能过小。
缩颈后合适的最小直径可由下式算出：
犱＝１．６０８×１０－３×犇犔１／２
式中 犱———缩颈后的直径，ｍｍ；第６章 单晶硅的制备 １２１
犇———单晶硅棒的直径，ｍｍ；
犔———单晶硅棒的长度，ｍｍ。
（６）放肩 缩颈到所要求的长度后，就可以放肩了。籽晶和缩颈的晶体直径太细，拉出
的单晶硅直径就会很小，无法使用。因此要降温、降速使晶体逐渐长大到所需要的直径，从
而籽晶下形成了一个近似１８０°夹角的单晶体。由于形似人的肩膀 （见图６１５），因此，这一
过程称为放肩。
(a) (b)
图６１５ 放肩示意图
随着晶体的逐渐长大，单晶硅的外部特征也就越来越明显。这时，我们就可以根据晶体
的外部特征来判断是否是单晶。对 ?１１１?晶向的单晶硅应有对称的三棱三面。对 ?１００?晶
向的单晶硅应有对称的四棱。如没有对称的棱角，或虽有棱、面，但数目不对，或棱、面的
位置不对称，则说明不是单晶或不是所要求的晶向单晶。
放肩时温度的高低，拉速的快慢，要影响放肩时间的长短。在真空下拉制 Ｎ 型高阻单
晶硅，从全熔到放肩完的时间越长，Ｎ 型杂质的挥发量就越大，Ｐ型杂质的沾污也就越厉
害，由于杂质补偿，电阻率也就越高，甚至会转变为Ｐ型。因此，每次拉晶时，如果放肩
时间不同，电阻率就很难控制。这就要求我们在每次拉晶时，从全熔到放肩完的时间要尽量
统一。
（７）等径生长 放肩到所需直径后，就应缓慢升温，使晶体保持等直径生长 （见图
６１６），直至接近拉完，此过程称为垂直生长，也称等径生长。
(a) (b)
图６１６ 等径生长示意图１２２ 光伏电池关键制造与检测技术问答
等径生长时主要是根据观察光圈形状和晶体直径来调节功率，要使温度、转速和提拉速
度保持稳定，从而保证单晶硅均匀生长。现在大多都实现了自动控制，等径生长就变得容易
多了。
但是，等径生长时的任务，不只是控制温度、转速、提拉速度来保持硅棒直径不变，还
要同时注意维持硅棒的无位错生长。在单晶硅生长过程中，硅棒的径向 （横向）热应力和单
晶炉中的细小颗粒是影响单晶硅棒无位错生长的两个重要因素。
在单晶硅生长时，坩埚边缘与中部存在温差，使得硅棒的边缘与中心也有了温差，而且
直径越大温差越大，从而导致晶体内部形成热应力。热应力可以影响硅的生长，从而形成位
错。再有，硅液与石英坩埚接触处挥发的二氧化硅气体，在炉壁遇冷凝固形成颗粒，掉入硅
液中，如果不及时排除，也会导致硅棒的晶体缺陷，而出现位错。
在等径生长阶段，应随时注意硅棒上形成的棱线。硅棒上的棱线是有一定规律的，如果
是 〈１１１〉晶向生长，则硅棒上有３条棱线；如果是 〈１００〉晶向生长，则硅棒上有４条棱
线。在保持单晶生长时，这些棱线连续不断；一旦出现缺陷和位错，棱线将中断。因此，在
等径生长阶段，一定要注意硅棒上的棱线状况。
一般认为，在单晶硅生长过程中，应保持熔硅的液面在温度场中的位置不变，因而石英
坩埚必须跟随熔硅的液面升降，同时，拉晶速度也应随之调节，以保持等径生长。在正常的
情况下，单晶硅棒的直径偏差可控制在±２ｍｍ之间。
（８）收尾 等径生长到一定程度，石英坩埚里的多晶硅熔液将近使完时就应该收尾了
（见图６１７）。收尾时，要加快提升速度，同时升高熔硅温度，使晶体直径逐渐变小，形成
一个圆锥形，最终离开液面。收尾后，拉晶就算完成了。
(a) (b)
图６１７ 收尾示意图
如果收尾不当，或没有等直径变小，更没有形成一个圆锥形就将晶体提高离开硅液，那
么由于热力作用，单晶硅的下部就会产生大量的位错，同时，位错还会沿着滑移面向上发
展，使成品率下降。因此，多晶硅熔液将近使完时一定要认真收尾。
收尾不能过早，收尾过早，石英坩埚里剩料太多，太不合算；收尾太晚也不行，容易断
苞形成位错，使成品率下降，也不合算。第６章 单晶硅的制备 １２３
一般认为，应该在石英坩埚里还剩有１０％～１５％的硅液时收尾。
（９）停炉 单晶硅棒提起后进入停炉阶段。停炉首先停止石英坩埚和籽晶杆的转动及
升降，但要注意，由于单晶硅棒的温度太高，温度骤降会使单晶硅棒断裂，所以加热电
源不可立即断开，加热功率应逐步降到零点。等单晶硅棒温度降下来后，再断开电源，
然后关闭真空阀门、进出阀门和真空泵电源，等待单晶硅棒再冷却３～４ｈ，再拆炉取出单晶硅棒。
