制备方法主要有：
➢合金法 ➢扩散法 ➢离子注入法 ➢薄膜生长法 ➢……
合金法
把一凝受定固特主在温，点型交度在：界杂，NN面P质区型区使处小中硅中小，施球受片杂球主放主上质溶杂杂在浓形解质质一度成，浓浓由块一度然度NN含为后为A型（N有N降单DPA高，型低，晶而）浓也温硅且突度是度片均变均受，上匀为匀主熔分，N分杂D体布加布（质；开。热N的型始到P ）型，硅具薄有层这，种其杂与质分N型布硅的P衬N底结称的为交突界变面结处。即为PN结。
其原理是利用电磁感应的冷坩埚来熔化硅 原料。
优点
这种技术熔化和凝固可以在不同部位同时进行，节 约生产时间；而且，熔体和坩埚不直接接触，既没 有坩埚消耗，降低成本，又减少了杂质污染程度， 特别是氧浓度和金属杂质浓度有可能大幅度降低。
该技术还可以连续浇铸，速度可达 5mm/min。不 仅如此，由于电磁力对硅熔体的作用，使得掺杂剂 在硅熔体中的分布可能更均匀。
2、铸造多晶硅的制备工艺
➢ 铸锭浇注法 ➢ 定向凝固法 ➢ 磁感应加热连续铸造（EMCP）
铸锭浇注法
在一个坩埚内将硅原料溶化，然后浇铸在另一个经 过预热的坩埚内冷却，通过控制冷却速率，采用定 向凝固技术制备大晶粒的铸造多晶硅。
定向凝固法
直接熔融定向凝固法，简称直熔法。 ➢ 在坩埚内直接将多晶硅溶化，然后通过坩埚底部的
铸造多晶硅
自20世纪80年代铸造多晶硅发明和应用 以来，增长迅速，80年代末期它仅占太阳 电池材料的10%左右，而至1996年底它已
占整个太阳电池材料的36%左右，它以相
对低成本、高效率的优势不断挤占单源自晶硅的市场，成为最有竞争力的太阳电池 材料。21世纪初已占50%以上，成为最主 要的太阳电池材料。
在电池方面，SiN减反射层技术 、氢钝化技术、吸杂技术的开发和 应用，使得铸造多晶硅材料的电学 性能有了明显改善，其太阳电池的 光电转换率也得到了迅速提高。
由于铸造多晶硅的优势，世界各发达国 家都在努力发展其工业规模。自20世纪90年代以 来，国际上新建的太阳电池和材料的生产线大部 分是铸造多晶硅生产线，相信在今后会有更多的 铸造多晶硅材料和电池生产线投入应用。目前， 铸造多晶硅已占太阳电池材料的53%以上，成为 最主要的太阳电池材料。
铸造多晶硅和直拉单晶硅的比较
晶体性质 晶体形态 晶体质量 能耗/(kW·h/kg) 晶体大小 晶体形状 电池效率/%
直拉硅单晶 单晶 无位错 >100
约300mm 圆形 15~17
铸造多晶硅 大颗粒多晶 高密度位错
约16 >700mm
方形 14~16
自从铸造多晶硅发明以后，技术不断改进， 质量不断提高，应用也不断广泛。在材料制备 方面，平面固液相技术和氮化硅涂层技术等技 术的应用、材料尺寸的不断加大。
引入能级（掺杂元素引入能级造成的影响是怎样的？）
杂质补偿
电阻率（或电导率）跟杂质的浓度有关。单一一种
杂质浓度时：
1 eC sμ
Cs→N (杂质浓度→载流子浓度）
杂质补偿
P型材料的B原子是带正电（空穴）的，而N型材料 的P原子是带负电（电子）的，如果这两种杂质共 存的话，电子和空穴互相填充，均失去了导电性， 所以宏观上会表现出电阻率升高的情况——施主杂 质与受主杂质的“补偿”现象。
扩散法
在N型（或P型）硅片中 ，利用扩散工艺掺入相反型 号与体特过的基，程点在杂体从及：这质材而杂杂种，料构质质结在相成补的中局反P偿分N，部型决布结杂区号定由。质域的。扩浓形半散度成导 例中：从，，将通P区加P常型到温称半N至为区导1缓是0体0变逐0放~结渐1入2。变0扩0化℃散的，炉 通入P低2O5表，面P浓2O度5在深硅扩片散表结面 分扩—解散—，到线半P性沉导缓淀体变在内结硅，。片在表硅面表并面 形成含高浓度磷的N型半导 体。
显然，这是一种很有前途的铸造多晶硅技术。
缺点
这种技术制备出的铸造多晶硅的晶粒比较细小， 约为3-5mm，而且晶粒大小不均匀。而且，由图 6.9可以看出，该技术的固液界面是严重的凹形， 会引入较多的晶体缺陷。因此，这种技术制备的 铸造多晶硅的少数载流子寿命较低，所制备的太 阳电池的效率也较低。
3、铸造多晶硅的原材料
铸造多晶硅的原材料
高纯多晶硅
微电子工业应单 晶硅生产的剩余料
微电 子工业 应单晶 硅生产 的剩余 料
质量相对较差的高纯多晶硅
单晶硅棒的头尾料 单晶硅生长完成后剩余在石英
坩埚中的硅底料
补充：PN结的制备方法
PN结的制备方法
PN结的制备方法
在一块 N型（或P型）半导体单晶上，用适当的工艺方法 把P型（或N型）杂质掺入其中，使这块单晶的不同区域分别形 成N型和P型的导电类型，两者的交界处就形成了PN结。
当半导体中同时存在施主和受主杂质时，半导体是 N型还是P型呢？
ND>>NA
因为受主能级低于施主能级，所以施主杂质的电子首 先跃迁到NA个受主能级上，还有ND-NA个电子在施主能级 上，杂质全部电离时，跃迁到导带中的导电电子的浓度为 n= ND-NA。即则有效施主浓度为NAeff≈ ND-NA
热交换等方式，使得熔体冷却，采用定向凝固技术 制造多晶硅——热交换法（Heat Exchange Method， HEM）。 ➢ 在坩埚内直接将多晶硅溶化，然后将坩埚以一定的 速度移出热源区域，从而建立起定向凝固的条件— —布里曼法（Bridgman）。
定向凝固法
与铸锭浇注法相比，定向凝固法有以下优点：
离子注入法：将N型（或P型）掺杂剂的离子束在静电 场中间加速，注入P型（或N型）半导体表面区域， 在表面形成型号与基体相反的半导体 ，从而形成 半导体。
薄膜生长法：在N型或P型半导体材料的表面，通过气 相、液相等外延技术生长一层具有相反导电类型的 半导体薄膜，从而形成PN结。
4、铸锭原料的配置
杂质的作用
➢在同一个坩埚中进行熔炼与凝固成形，避免了熔体的二次 污染；
➢通过定向凝固得到的是柱状晶，减轻了晶界的不利影响； ➢由于定向凝固过程中的杂质分凝效应，对于硅中分凝系数
与1相差较大的杂质有一定的提纯作用。
缺点：能耗大，生产效率低，操作不连续、产能较小，坩埚 耗费大，其硅锭制备设备成本较高。
电磁感应加热连续铸造（EMCP）