直拉法单晶硅生长技术的现状摘要综述了制造集成电路（IC）用直拉硅单晶生长的现状与发展。
对大直径生长用磁场拉晶技术，硅片中缺陷的控制与利用（缺陷工程），大直径硅中新型原生空位型缺陷，硅外延片与SOI片，太阳电池级硅单和大直径直拉硅生长的计算机模拟，硅熔体与物性研究等进行了论述。
关键词：直拉硅单晶；扩散控制；等效微重力；空洞型缺陷；光电子转换效率；硅熔体结构一、光伏产业的发展趋势，及对硅材料的前景要求，直拉法单晶硅生长技术是现在主流生长技术之一光伏产业，是一种利用太阳能电池直接把光能转换为电能的环保型新能源产业。
由于从太阳光能转换成电能的光电转换装置，是利用半导体器件的“光生伏打效应”原理进行光电转换的，因此把与太阳能发电系统构成链条关系的产业称为光伏产业。
光伏产业的链条，包括：硅矿-硅矿石（石英砂）-工业硅（也称金属硅）-多晶硅、单晶硅-晶圆或多晶硅切片-太阳能电池-组件-发电系统。
工业硅的纯度，一般为98-99.99%；太阳能级硅的纯度，一般要求在6N级即99.9999%以上。
与其他常规能源相比，光伏发电具有明显的优越性：一是高度的清洁性，发电过程中无损耗、无废物、无废气、无噪音、无毒害、无污染，不会导致“温室效应”和全球性气候变化；二是绝对的安全性，利用太阳能发电，对人、动物、植物无任何伤害或损害；三是普遍的实用性，不需开采和运输，使用方便，凡是有太阳照射的地方就能实现光伏发电，可广泛用于通信。
交通、海事、军事等各个领域，上至航天器，下至家用电器，大到兆瓦级电站，小到玩具，都能运行光伏发电；四是资源的充足性，太阳能是一种取之不尽用之不竭的自然能源。
据计算，仅一秒钟发出的能量就相当于1.3亿亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。
而到达地球表面的太阳能，大约相当于目前全世界所有发电能力总和的20万倍。
地球每天接收的太阳能，相当于全球一年所消耗的总能量的200倍。
人类只要利用太阳每天光照的5%，就可以解决和满足全球所需能源。
正因为如此，加上由于传统的化石能源是不可再生资源，越来越接近枯竭，世界各国越来越达成必须加快发展新的替代能源的共识，从而加大了政策扶持的力度，世界光伏产业呈现出蓬勃发展的势头，光伏产业正在向大批量生产和规模化应用发展，其运用几乎遍及所有用电领域。
从整体来看，世界各国对太阳能光伏发电的政策扶持力度在逐年加大。
各国的补贴政策主要分为两类：一类是对安装光伏系统直接进行补贴，如日本；另一类是对光伏发电的上网电价进行设定，如德国、西班牙等国。
而美国加利福尼亚州，则是将两种政策混合执行。
光伏科技的进步，使光电转换效率不断提高、光能发电成本不断降低。
技术进步是降低光伏发电成本，提高光能利用效率、促进光伏产业和市场发展的重要因素。
几十年来围绕着降低成本的各种研究开发项工作取得了显著成就，表现在电池效率不断提高。
硅片厚度持续降低、产业化技术不断改进等方面，对降低光伏发电成本起到了决定性的作用。
多晶硅是太阳能电池必不可少的基础材料，其占到太阳能电池成本的80%，每生产1兆瓦太阳能电池需要12-14吨多晶硅。
多晶硅主要采用化学提纯、物理提纯两种方法进行生产，其中化学提纯方法主要有西门子法（气象沉淀反应法）、硅烷热分解法、流态化床法，物理提纯方法主要有区域熔化提纯法（FZ）、定向凝固多晶硅锭法（筹造法）等等。
二、直拉法单晶生长技术的机械设备上海汉虹的FT-CZ2008A、FT-CZ2208AE、FT-CZ2208A，西安理工大学的TDR80A-ZJS、TDR80B-ZJS、TDR80C-ZJS、TDR85A-ZJS、TDR95A-ZJS、TDR112A-ZJS，美国KAYEXCG3000、CG6000、KAYEX100PV、KAYEX120PV、KEYEX150，Vision300型，投料量分别为30kg、60kg、100kg、120kg、150kg、300kg,以及其他厂家的部分单晶生长炉。
其中西安理工大学的单晶拉制炉作为国内自主创新的产品，有很大的优越性。
TDL-FZ35型区熔单晶炉TDL-FZ35型区熔单晶炉，是在高纯氮气环境中，用单匝高频感圈加热，对多晶体棒进行区域熔炼，达到提供并用FZ法拉制高纯无位错大直径(3″～4″)单晶硅的设备。
获省级科技进步三等奖。
该设备的主要性能指标如下：晶体直径：3″～4″(Φ75～Φ100mm)晶体长度：1000mm高频发生器功率：60KW晶轴拉速范围：0.5～20mm／minTDL(R)-J40型光学晶体炉内容简介：该炉是用直拉法控制激光固体材料(如钇铝石榴石，铝酸钇等)单晶体的专用设备。
它可以在大气或充入各种纯净保护气体下工作。
曾获机械工业部和陕西省科技进步二等奖。
该设备的主要性能指标如下：炉室尺寸：Φ400mm采用中频加热电源：20KW 2500HZ采用电阻加热电源：42KVA最高加热温度：2100℃最大投料量：3kg籽晶在炉内行程：300mmTDR(L)-J60型光学晶体生长设备主要内容：TDR(L)—J60型光学晶体生长设备是在高真空、保护气体条件下以石墨电阻或以中频感应加热方法将原材料熔化，用直拉法生长红宝石、蓝宝石、YAG、化学计量比铌酸锂等光学晶体的设备。
技术水平：TDR(L)—J60型光学晶体生长设备具有稳定可靠的低速运动性能、程序控制工作速度的变化功能、上称重计算机自动控制直径功能或下称重计算机自动控制直径功能，综合性能达到了国际先进国内领先水平，具有自主的知识产权。
主要技术参数:1．熔料量： 10kg2．晶体直径： 3"3．加热功率 30kW4．最高加热温度 2100℃5．主炉室尺寸φ600×900mm6．冷炉极限真空度 3Pa7．充气压力0.08MPaTDR-62CP型单晶炉内容简介：TDR-62CP型单晶炉，是在惰性气体环境中，以石墨电阻加热器将硅材料熔化，用软轴直拉法生长无位错单晶的设备。
它可以生长大规模集成电路所需要的高质量单晶。
这种单晶炉能够使用12″的石英坩埚，投料20kg，拉制4″或5″的单晶，其最大裕度可允许使用14″的石英坩埚，投料30kg拉制6″的单晶。
采用计算机控制等径生长晶体。
该设备的主要性能指标如下：投料量：30kg晶体规格：5″籽晶炉内行程：2200mm最大功率：130kwTDR-GY652型高压单晶炉主要内容：TDR—GY652型高压单晶炉室在惰性保护气体--氩气高压条件下，采用石墨电阻加热方式，将GaAs、InP等材料合成熔化，已LEC法从熔体中拉制大直径(4"～6") GaAs、InP单晶的专用设备。
技术水平：TDR-GY652型高压单晶炉是目前国际上最大的GaAs、InP单晶制备设备，具有先进的上称重计算机自动控制直径功能、加热温度自动控制功能、各种安全自动保护功能，具备三段加热能力，可满足生长6" GaAs单晶的能力。
综合性能达到了国际先进国内领先水平，具有自主的知识产权。
主要技术参数:1．熔料量： 40kg2．晶体直径： 6"3．加热功率 120×55×35kW4．最高加热温度 1600℃5．主炉室尺寸φ652×1000mm6．冷炉极限真空度 1Pa7．充气压力10MPaTDR-70A（B）型单晶炉主要内容：TDR-70A型单晶炉是软轴提拉型人工晶体生长设备，是在惰性气体环境中以石墨电阻加热器将硅半导体材料熔化，用直拉法生长无位错硅单晶的设备，它可生产太阳能电池用的6″硅单晶和大规模集成电路所需要的高质量硅单晶。
技术水平：该产品采用了磁流体密封技术、浮动式翻版隔离阀、拱形封头式炉盖结构、浮动式提升结构等先进技术，采用计算机自动控制直径系统，综合性能达到了国际先进国内领先水平，具有自主的知识产权。
主要技术参数:熔料量： 60kg （18 "热系统）晶体直径： 6 " ---6.5 "TDR—70A 圆筒副室（TDR—70B 开门副室）1．加热功率 120kW2．最高加热温度 1600℃11．冷炉极限真空度 1Pa12．主炉室尺寸Ф700×100014．翻版阀通径Ф200mmTDR-80A（B）型单晶炉主要内容：TDR—80A型单晶炉是软轴提拉型人工晶体生长设备，是在惰性气体环境中以石墨电阻加热器将硅半导体材料熔化，用直拉法生长无位错硅单晶的设备，它可生产太阳能电池用的6″硅单晶和大规模集成电路所需要的高质量硅单晶。
技术水平：该产品采用了磁流体密封技术、浮动式翻版隔离阀（或旋盖式隔离阀）、拱形封头式炉盖结构、浮动式提升结构等先进技术，采用计算机自动控制直径系统，综合性能达到了国际先进国内领先水平，具有自主的知识产权。
主要技术参数:熔料量： 60kg （18 "热系统）晶体直径： 8 "TDR—80A 圆筒副室（TDR—80B 开门副室）1．加热功率 160kW2．最高加热温度 1600℃11．冷炉极限真空度 1Pa12．主炉室尺寸Ф800×100014．翻版阀通径Ф260mm而上海汉虹是上海申和热磁电子有限公司和日本磁性技术株式会社合资企业，在单晶炉制作，研发等方面有很强的实力，其单晶炉自动化程度较高三、单晶硅生长技术目前，生产单晶硅的方法主要有直拉法，区熔法，其他方法如基座法，片状生长法，气象生长法，外延法等，都因各自的不足未能被普遍推广。
直拉法和区熔法比较，以直拉法为主要，它投料多，生产的单晶直径大，设备自动化程度高，工艺比较简单，生产效率高。
直拉法生产的单晶硅，占世界单晶硅总量的70%以上。
直拉法又称切克劳斯基法，它是在1917年有切克劳斯基（Czochralski）建立起来的一种晶体生长方法，简称CZ法，CZ法的特点是在一个直通型的热系统中，用石墨电阻加热，将装在高纯石英坩埚中的多晶硅融化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动籽晶，再反向转动坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程，一支单晶体就生长出来了。
直拉法的基本过程从拆炉、装炉、单晶硅生长完毕到停炉称为拉晶工艺；原材料的腐蚀、清洗等称为备料工艺；拆炉、装炉、抽空、熔料、引晶、放肩、转肩、等径生长、收尾、降温、停炉依次进行是拉晶工艺的基本过程1.拆炉的目的是为了取出晶体，清除炉腔内的挥发物，清除电极及加热器、保温罩等石墨件上的附着物、石英碎片、石墨颗粒、石墨毡尘埃等杂物。
拆炉中要穿戴好高纯工作服，安步骤操作2.装炉装炉要按拆炉的相反顺序依次装入石墨件，装完后要检查是否准确无误，装石英坩埚时要确定石英坩埚质量，掺杂剂要记得放入，装料也要按照有关规3.抽空通过机械泵对炉室进行抽空，以保证单晶硅在减压状态下进行单晶生长，一般在20~30min内将真空值抽到5pa以下4.熔料故名思意就是将装入的多晶硅融化，熔化过程中要勤观察，发现挂边搭桥硅跳过流报警超温报警要及时处理5.引晶：通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，将籽晶浸入熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体；6. 缩颈：生长一定长度的缩小的细长颈的晶体，以防止籽晶中的位错延伸到晶体中；7. 放肩：将晶体控制到所需直径；8. 等径生长：根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所需长度；9. 收尾：直径逐渐缩小，离开熔体10. 降温：降级温度，取出晶体，待后续加工。