硅晶體生長各向異性的分子動力學模擬研究.pdf

1、鑄造多晶硅太陽能電池因其性價比的優(yōu)勢，發(fā)展迅速，市場份額不斷增加。提高鑄造多晶硅質量成為業(yè)界普遍關注的問題，晶體取向擇優(yōu)是晶體生長的一個基本科學問題，它影響到晶體中缺陷的產生，從而影響晶體質量。在鑄造多晶硅的三個發(fā)展階段：普通定向凝固多晶硅、類單晶硅和高效多晶硅中。晶體取向擇優(yōu)問題都存在，但實驗上難以對其展開研究。本文采用分子動力學方法，使用Tersoff勢函數(shù)來描述硅晶體原子之間作用力，模擬考察了單晶硅在相同溫度或過冷度下的生長各向異

2、性，以及雙晶硅在不同溫度或應變下的擇優(yōu)生長，結果表明：
　　(1)單晶硅沿不同晶面的生長速率大小順序為：(100)(110)(112)(111)VVVV>>>。動力學系數(shù)大小順序為(100)(110)(112)(111)μ>μ>μ>μ，兩者順序一致。層密度函數(shù)顯示固液界面附近的熔體原子排列受晶體取向制約，對固液界面附近熔體擴散系數(shù)模擬計算顯示，界面附近有熔體擴散系數(shù)大小順序為：(100)(110)(112)(111)D D D D

3、>>>，與晶體沿各晶面的生長速率順序相同，結合擴散限制的晶體生長數(shù)學模型，我們提出界面附近的熔體原子擴散系數(shù)受晶體原子制約是造成硅晶體生長各向異性的重要原因之一。另外，單晶硅沿(111)面生長速率較其它三個面要低的原因是，硅晶體沿(111)面生長會形成大量生長層錯，降低了它的生長速率。
　　(2)雙晶在約化溫度為0.80、0.84和0.88下生長時，都會發(fā)生兩晶粒競爭生長的過程，即一個晶粒會吞噬另一個晶粒。擇優(yōu)取向主要受動力學控制

4、，即生長速率較快的晶面取向擇優(yōu)。當溫度在0.88甚至更高時，雙晶生長很慢。生長速率接近的面雙晶容易產生位錯。含有(112)生長面和(111)生長面的雙晶在生長過程中會形成較多層錯。
　　(3)應變會影響單晶生長速率，從而影響雙晶的擇優(yōu)快慢。兩個生長速率相近的晶面構成的雙晶在應變下可能改變擇優(yōu)取向。如(111)-(112)雙晶在2％壓應變下?lián)駜?yōu)取向由(112)生長面擇優(yōu)改變?yōu)?111)是生長面擇優(yōu)。含有(112)生長面和(111)生