《硅材料生产技术》课程教学大纲(本科).docx
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1、硅材料生产技术课程教学大纲一、课程基本情况课程代码:1011339038课程名称(中/英文):硅材料生产技术/Tecnology of Silicon ter i al Product ion课程类别:专业方向课程学分:3. 5总学时:56理论学时:40实验/实践学时:16适用专业:材料物理专业适用对象:本科先修课程:半导体物理与器件,材料研究与测试方法教学环境:多媒体教室开课学院:材料科学与工程学院二、课程简介1 .课程任务与目的硅材料生产技术是材料物理专业的一门专业课程。共分为四部分,从直拉单晶硅和铸锭多晶 硅的制备开始、到硅片切割和太阳能电池片制备,涵盖了大部分整个光伏产业链,涉及了硅材
2、料相关 的理论基础、生产工艺、生产设备、检测手段等。通过课程的学习,使学生掌握晶体硅太阳能电池生 产流程、工艺原理及设备操作,着重学生分析、解决问题能力的培养,并建立理论联系实际的学习方 法。2 .对接培养的岗位能力课程内容与光伏企业晶体硅太阳能电池制造和技术岗位对接,具备制定生产方案、安排工艺参数、 进行产品测试的能力。三、课程教学目标总目标:通过本课程的学习,使学生获得硅材料加工的基本概念、理论和工艺等知识,掌握高纯 多晶硅和太阳级多晶硅的制备与各种提纯生产工艺、硅的晶体生长和硅片的生产工艺。利用所学的专 业知识,根据实际的工程需要,通过调研,查阅文献等培养学生工程设计和技术改造的能力。增
3、强学 生分析解决生产实际问题的能力并为学生从事太阳能光伏研究、技术开发和产业生产行业提供参考, 使学生具备在新能源材料相关领域工作的能力。知识目标:掌握硅材料加工的基本概念、理论和工艺等知识,是高纯多晶硅和太阳级多晶硅的制 备与各种提纯生产工艺、硅的晶体生长和硅片的生产工艺。支撑毕业要求:。能力目标:增强学生分析解决生产实际问题的能力并为学生从事太阳能光伏研究、技术开发和产 业生产行业提供参考,使学生具备在新能源材料相关领域工作的能力。支撑毕业要求:2. 2,2.3,在 0.01 档显示:0.6282 表示电流为:0.01 x0.6282=0.006282(4)如果根据计算公式手动进行计算时,
4、仪器电压表读数方法为:如电压表显示01000 (忽略小 数点),则电压读数为lO.OOmV,即当选择不同档位进行测量时,不论小数点移动到哪里,读取电压值 时小数点相当于固定在000.00处。电流档的选择采用循环步进式的选择,在仪器面板上有一个电流选择按钮,每按一次进一档,仪器通 电后自动设定在常用的1.0档,如果你不断地按下电流选择按钮,电流档位按下列顺序不断地循环。 L0玲103100玲001玲0.1玲L0玲10玲 可以快速找到你所需要的档位。(4)恒流源开关是在发现探针带电压触被测材料影响测量数据(或材料性能)时,再使用,即先 让探针头压触在被测材料上,后开恒流源开关,避免接触瞬间打火。为
5、了提高工作效率,如探针带电 压触单晶对材料及测量并无影响时、恒流源开关可一直处于开的状态。(5)正、反向测量开关只有在手动状态下才能人工操作,在自动状态下连接KDY测量系统时使用, 因此在手动状态下正反向开关不起作用时,先检查手动/自动开关是否处于手动状态。相反在使用数据 处理器测量材料电阻率时,仪器处于自动状态,否则KDY测量系统无法正常工作。(6)在使用KDY测量系统时,严格按照使用说明操作,特别注意输入数据的单位。有关测量系统的 操作详见其说明书。实验二化学腐蚀法检测晶体缺陷实验目的:学习化学腐蚀法的作用机理,学习化学腐蚀剂的选择原则,确定适宜的腐蚀速度,学 习金相显微镜的操作方法,通过
6、观察分析缺陷的类型、数量和分布情况。实验设备:金相显微镜实验内容及步骤:实验内容半导体晶体的化学腐蚀机理及常用腐蚀剂,半导体单晶中的缺陷,硅单晶中位错的检测,硅单 品中漩涡缺陷的检测,金相显微镜简介;掌握化学腐蚀法检测单晶硅缺陷的方法,掌握化学腐蚀剂 的选用原则,能够操作金相显微镜,通过观察,能够分析缺陷的类型、数量及分布情况,找出缺陷 形成、增殖和晶体制备工艺及器件工艺的关系,为改进工艺,减少缺陷、提高器件合格率和器件性 能提供线索。实验步骤(1)单晶硅片的电化学腐蚀利用半导体晶体在各种酸或碱性电解质溶液中,表面构成了微电池,由于微电池的电化学作用使 晶体表面受到腐蚀,其实质是一种氧化还原反
7、应。在N03和F溶液电解质溶液中的腐蚀负极:Si + 2H2O + 2p = SiO2 + 4H + + 2eSiO2 + 6HF = H2SiF6 + 1H2O正极:HNO.+3H+ = NOt +2H2O + 3p总反应:3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2SiF6 + ANO T +8”。在NaO和KO溶液电解质溶液中的腐蚀负极:9Si+6OH- = SiO +3/2。+46正极- 上人怖 2H+2e = H? T乙总反应:Si+6O/T + 4+ = SiO; +3H2O+2H2 T(2)金相显微镜操作(1)将光源插头接上电源变压器,然后将变压器接上户内220V电源即可使用
8、。照明系统在出厂 前已经经过校正。(2)每次更换灯泡时,将灯座反复调校。灯泡插上灯座后,在孔径光栏上面放上滤色玻璃,然后 将灯座转动及前后调节,以使光源均匀明亮地照射于滤色玻璃上,这样,灯泡已调节正确,这时则将 灯座的偏心环转动一个角度,以便将灯座紧固于底盘内。灯座及偏心环上有红点樗,如卸出时,只要 将红点相对即可。(3)观察前原则上要装上各个物镜。在装上或除下物镜时,须把载物台升起,以免碰触透镜。如 选用某种放大倍率,可参照总倍率表来选择目镜和物镜。(4)试样放上载物台时,使被观察表面复置在载物台当中,如果是小试样,可用弹簧压片把它压 紧。(5)使用低倍物镜观察调焦时,注意避免镜头与试样撞击
9、,可从侧面注视接物镜,将载物台尽 量下移,直至镜头几乎与试样接触(但切不可接触),再从目镜中观察。此时应先用粗调节手轮调节至 初见物像,再改用细调节手轮调节至物像十分清楚为止。切不可用力过猛,以免损坏镜头,影响物像 观察。相衬显微镜当使用高倍物镜观察,或使用油浸系物镜时,先注意极限标线,务必使支架上的标线保持在齿轮 箱外面二标线的中间,使微动留有适当的升降余量。当转动粗动手轮时,要小心地将载物台缓缓下降, 当月镜视野里刚出现了物像轮廓后,立即改用微动手轮作正确调焦至物像最清晰为止。(6)使用油浸系物镜前,将载物台升起,用一支光滑洁净小棒蘸上一滴杉木油,滴在物镜的前透 镜上,这时要避免小棒碰压透
10、镜及不宜滴上过多的油,否则会弄伤或弄脏透镜。(7)为配合各种不同数值孔径的物镜,设置了大小可调的孔径光栏和视场光栏,其目的是为了获 得良好的物像和显微摄影衬度。当使用某一数值孔径的物镜时,先对试样正确调焦,之后,可调节视 场光栏,这时从目镜视场里看到了视野逐渐遮蔽,然后再缓缓调节使光栏孔张开,至遮蔽部分恰到视 场出现时为止,它的作用是把试样的视野范围之外的光源遮去,以表面反射的漫射散光。为配合使用不同的物镜和适应不同类型试样的亮度要求设置了大小可调的孔径光栏。转动孔径光 栏套圈,使物像达到清晰明亮,轮廓分明。在光栏上刻有分度,表示孔径尺寸。实验三 硅单晶少数载流子寿命的测试实验目的:学习少数载
11、流子寿命测试仪的原理与构造,学习少数载流子寿命的测试方法,并能通 过测试结果分析单晶硅的性能。实验设备:LT-1高频光电导少数载流子寿命测试仪实验内容及步骤:实验内容掌握非平衡少数载流子寿命的测量方法;熟悉少数载流子寿命测试仪的原理构造,能够熟练操作 少数载流子寿命测试仪,并能够通过分析测试结果判定、评价单晶硅的物理性能。实验步骤(1)开机前检查电源开关、电源开关是否处于关断状态:“0”处于低位,“1”在高位一一关态 在使用仪信号输出端也示波器通道1(C1)之间,用随机配置的信号线联接。拧紧寿命仪背板的 保险管帽,插好电源线。(2)打开寿命仪电源开关即将电源开关“1”按下,此时“1”处于低位,
12、“0”在高位。开关指示灯亮。先在被青铜电极点上 两滴自来水,后将单晶放在电极上准备测量。(3)开启脉冲光源开关光脉冲发生器为双电源供电,先按下光源开关“1”,此时“1”在低位,“0”在高位,寿命仪内 脉冲发生器开始工作。再顺时针方向拧响带开关电位器(光强调节),此时光强指示数字表在延时十秒 左右(储能电容完成充电)数值上升。光强调节电位器顺时针方向旋转,脉冲光源工作电压升高,光强增强,可调到12V,此时流经发 光管的电流高达12Ao警告:特别要注意的是光强调节开关开启后,红外发光管已通入很大的脉冲电流,此时切勿再关 或开光源开关,以免损坏昂贵的发光管。只有光强调节电位器逆时针旋转到关断状态(会
13、听到响声) 再关或开光源开关。(4)使用前请开机预热23分钟。更换单晶测量时无需再开关仪器。(5)批量测试时,如发现信号不佳时,请先考虑补充两个金属电极的水滴,但注意水滴不要流入出 光孔。(6)长期使用后,锢电极会氧化变黑,此时如加水也不能信号波形,请用塑料片轻刮发黑部分, 并用酒精棉签或纸巾将电极擦净(7)将寿命仪主机信号线接入Y C2高频插座,按示波器顶盖电源开关。检查 CURSORS (光标)、MEASURE (自动测量)、C2、RUN/STOP4个绿灯是否亮,如有缺亮的灯,请按相应按键。RUR/SOTP灯红色时为停止,绿色方能运转。(8)数字示波器前面板操作:基本设置完成后关闭电源示波
14、器将自动保存设置,下次开机即可直接使用,蓝色AUTO为自动设置 键,按一下变成了出厂设置,不是我们要用的,如无意按下,需按要求重新设置(9)首先打开示波器顶端的电源开关,选择所使用的通道C1或C2,(10)选好通道以后进行基本参数设置,其中设置菜单均在屏幕右边,并使用旁边对应的五个蓝 色按钮来选择要设置的项,进入二级菜单时使用旋钮,通过旋转使光标锁定在所需项,这时按下旋钮 来确定,(11)调节波形:通过旋转水平Volt/div及垂直S/div旋钮来调节波形的大小(12)数字示波器可以取信号的叠加平均值,显著降低噪声,提升波形的质量,平均次数愈多波 形和读数愈稳定,但只要波形稳定,为了提高测量速
15、度一般选在32次即可。按功能键“采样ACQUIRE 即可选获取为平均,同时选择平均次数、按测量键(MEASURE)采集灯自动熄灭。(13)使用数字式寿命仪我们会发现,影响寿命测量值的诸多因素:样品表面状态、波长、光强、采 集次数、波形在屏幕上的左右位置、衰退曲线的读数部位都会对寿命值有影响,因此在验收产品时供 需双方要互相沟通,摸索出较好的测量条件,以便达成共识。实验四离子交换法制备纯水以及高纯水的检测实验目的:了解纯水在半导体生产中的应用,学习离子交换法制备纯水的原理,采用离子交换法 制备出纯水,并对其进行检测,了解纯水制备系统的运行于清洗。实验设备:超纯水制备系统实验内容及步骤:实验内容离
16、子交换法制备纯水的原理,纯水制备系统的设备及工作原理,高纯水的检测;了解离子交换 法制备纯水的原理,了解离子交换法制备纯水仪器的基本操作,掌握离子交换法制备纯水的步骤与 方法,掌握纯水的测试方法,制备出合格的纯水,对其进行检测。实验步骤1、开启进水球阀,接通水源,观察系统各处有否渗漏。若有渗漏水应关闭进水球阀后进行重装。2、通水10-20秒后打开机箱后部电源开关接通电源,当有源水时,面板上的“进水压力”灯点亮。 本机R0系统即启动运行。当源水水压无或水压不稳时,“进水压力”开始灯闪烁。3、开机运行一段时间后,储水箱达到高水位,增压泵自动停机。面板上的“水箱水满”灯点亮, 表明压力水箱已储满水。
17、当储水箱水位下降时,“水箱水满”灯熄灭,表明压力水箱没有满水,增压泵 自动开机直到高水位时停机。4、纯水取用:轻按“R0”按钮取水阀打开,从主机前左侧取水嘴即可取用纯水,出水量为1-1. 2 L/mino5、超纯水取用:轻按“UP”按钮取水阀打开,从主机前右侧取水嘴即可取用纯水,出水量为1-1.2 L/mino同时本机控制面板上部的水质监测仪显示此时管路内的超纯水电阻率,再按即可停止取用超纯 水。六、实验报告格式实验名称(-)实验目的(-)实验设备(三)实验内容及步骤(四)结果与分析(五)问题讨论七、考核实验报告成绩占20%,实验考核占20%,实验操作成绩占60 %八、教学资源实验指导书:3.
18、 1,3. 2, 4. 2 o素质目标:学生利用硅材料生产技术所学的专业知识,根据实际的工程需要,通过调研,查阅文 献等能够进行工程设计和技术改造。支撑毕业要求:3.2,3. 3,4. 2, 4.3。四、课程教学内容、学时分配和具体安排(一)学时分配主题或 知识点教学内容总学 时学时完成课程 教学目标讲课实验实践主题或 知识点1结晶理论44001. 1, 1.3, 2. 2主题或 知识点2区熔单晶硅的制备62402. 3, 3. 2,4. 1,5.3主题或 知识点3直拉单晶硅的制备84402. 3, 3. 2, 4. 1,4.3主题或 知识点4多晶硅铸锭基础理论22001. 1, 1.3, 2
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