硅晶體生長(zhǎng)各向異性的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、鑄造多晶硅太陽能電池因其性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展迅速，市場(chǎng)份額不斷增加。提高鑄造多晶硅質(zhì)量成為業(yè)界普遍關(guān)注的問題，晶體取向擇優(yōu)是晶體生長(zhǎng)的一個(gè)基本科學(xué)問題，它影響到晶體中缺陷的產(chǎn)生，從而影響晶體質(zhì)量。在鑄造多晶硅的三個(gè)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(shí)驗(yàn)上難以對(duì)其展開研究。本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法，使用Tersoff勢(shì)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(zhǎng)各向異

2、性，以及雙晶硅在不同溫度或應(yīng)變下的擇優(yōu)生長(zhǎng)，結(jié)果表明：
　　(1)單晶硅沿不同晶面的生長(zhǎng)速率大小順序?yàn)椋?100)(110)(112)(111)VVVV>>>。動(dòng)力學(xué)系數(shù)大小順序?yàn)?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(duì)固液界面附近熔體擴(kuò)散系數(shù)模擬計(jì)算顯示，界面附近有熔體擴(kuò)散系數(shù)大小順序?yàn)椋?100)(110)(112)(111)D D D D

3、>>>，與晶體沿各晶面的生長(zhǎng)速率順序相同，結(jié)合擴(kuò)散限制的晶體生長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型，我們提出界面附近的熔體原子擴(kuò)散系數(shù)受晶體原子制約是造成硅晶體生長(zhǎng)各向異性的重要原因之一。另外，單晶硅沿(111)面生長(zhǎng)速率較其它三個(gè)面要低的原因是，硅晶體沿(111)面生長(zhǎng)會(huì)形成大量生長(zhǎng)層錯(cuò)，降低了它的生長(zhǎng)速率。
　　(2)雙晶在約化溫度為0.80、0.84和0.88下生長(zhǎng)時(shí)，都會(huì)發(fā)生兩晶粒競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的過程，即一個(gè)晶粒會(huì)吞噬另一個(gè)晶粒。擇優(yōu)取向主要受動(dòng)力學(xué)控制

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