单晶硅生长炉

江南电力光伏科技有限公司，公司引进消化吸收国外先进技术研发环保清洁可再生新能源产品——太阳能光伏发电站和风力发电站的相关设备。其中硅单晶生长炉设备有两大系列三个品种，具有自主知识产权。生产的单晶硅生长炉（TDR85/95/105-JN）

TDR—JN系列全自动晶体生长炉具有自主知识产权，是采用直拉法生长P型或N型单晶硅材料的专用设备。装料量从95Kg～150Kg，可拉制6"～12"电路级和太阳能级单晶硅棒。

上虞晶盛机电工程有限公司是一家专业从事半导体材料生产设备的设计、制造和调试的股份制企业。通过人才引进，公司拥有一批高、中级专业技术型的研发设计人员和经营管理人才，具有独立自主的产品设计开发能力和相当规模的生产能力。

公司依托浙江大学机械电子控制工程研究所的高科技优势，通过与浙江大学国家大学科技园杭州慧翔电液技术开发有限公司合作，共同开发出拥有自主知识产权的ZJS系列TDR80A，TDR80B，TDR85A，TDR95A型全自动晶体生长炉，并形成批量生产。

单晶硅生长炉研究所

国内以西安理工大学的晶体生长设备研究所为代表，自61年起开始生产晶体生长设备。主要产品有TDR-62B、TDR-70B、TDR-80。上虞晶盛机电工程有限公司是国内单晶硅生长炉行业的后起之秀，自主研发了真正的全自动控制系统，产品迅速占领了IC级硅材料行业和高端太阳能行业，主要产品有TDR80A-ZJS、TDR80B-ZJS、TDR80C-ZJS、TDR85A-ZJS、TDR95A-ZJS、TDR112A-ZJS。

单晶硅生长炉美国公司

国外以美国KAYEX公司为代表，生产全自动硅单晶体生长炉。KAYEX公司是目前世界上最大，最先进的硅单晶体生长炉制造商之一。KAYEX的产品早在80年代初就进入中国市场，已成为中国半导体行业使用最多的品牌。该公司生长的硅晶体生长炉从抽真空－检漏－熔料－引晶－放肩－等径－收尾到关机的全过程由计算机实行全自动控制。晶体产品的完整性与均匀性好，直径偏差在单晶全长内仅±1mm。主要产品有CG3000、CG6000、KAYEX100PV、KAYEX120PV、KEYEX150，Vision300型，投料量分别为30kg、60kg、100kg、120kg、150kg、300kg。

1、主机部分：

●机架，双立柱

●双层水冷式结构炉体

●水冷式阀座

●晶体提升及旋转机构

●坩埚提升及旋转机构

●氩气系统

●真空系统及自动炉压检测控制

●水冷系统及多种安全保障装置

●留有二次加料口

2、加热器电源：

全水冷电源装置采用专利电源或原装进口IGBT及超快恢复二极管等功率器件。配以特效高频变压器，构成新一代高频开关电源。采用移相全桥软开关（ZVS）及CPU独立控制技术，提高了电能转换效率，不需要功率因数补偿装置。

3、计算机控制系统：

采用PLC和上位工业平板电脑PC机，配备大屏幕触摸式HMI人机界面、高像素CCD测径ADC系统和具有独立知识产权的“全自动CZ法晶体生长SCADA监控系统”，可实现从抽真空—检漏—炉压控制—熔料—稳定—溶接—引晶—放肩—转肩—等径—收尾—停炉全过程自动控制。

首先，把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚，通过石墨加热器产生的高温将其熔化；然后，对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体（称作籽晶）插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长；接着，控制籽晶生长出一段长为100mm左右、直径为3～5mm的细颈，用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错，这个过程就是引晶；随后，放大晶体直径到工艺要求的大小，一般为75～300mm，这个过程称为放肩；接着，突然提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角；然后，进入等径工艺，通过控制热场温度和晶体提升速度，生长出一定直径规格大小的单晶柱体；最后，待大部分硅溶液都已经完成结晶时，再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体，称为收尾工艺。这样一个单晶拉制过程就基本完成，进行一定的保温冷却后就可以取出。

直拉法，也叫切克劳斯基（J.Czochralski）方法。此法早在1917年由切克劳斯基建立的一种晶体生长方法，用直拉法生长单晶的设备和工艺比较简单，容易实现自动控制，生产效率高，易于制备大直径单晶，容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低电阻率单晶。据统计，世界上硅单晶的产量中70%～80%是用直拉法生产的。

HD系列硅单晶炉的炉室采用3节设计。上筒和上盖可以上升并向两边转动，便于装料和维护等。炉筒升降支撑采用双立柱设计，提高稳定性。支撑柱安装在炉体支撑平台的上面，便于平台下面设备的维护。炉筒升降采用丝杠提升技术，简便干净。

全自动控制系统采用模块化设计，维护方便，可靠性高，抗干扰性好。双摄像头实时采集晶体直径信息。液面测温确保下籽晶温度和可重复性。炉内温度或加热功率控制方式可选，保证控温精度。质量流量计精确控制氩气流量。高精度真空计结合电动蝶阀实时控制炉内真空度。上称重传感器用于晶棒直径的辅助控制。伺服电机和步进电机的混合使用，即可满足转动所需的扭矩，又可实现转速的精确控制。质量流量计精确控制氩气流量。

自主产权的控制软件采用视窗平台，操作方便简洁直观。多种曲线和数据交叉分析工具提供了工艺实时监控的平台。完整的工艺设定界面使计算机可以自动完成几乎所有的工艺过程。

加热电源采用绿色纵向12脉冲直流电源。比传统直流电源节能近15%。

特殊的温场设计使晶体提拉速度提高20-30%。

在直拉法生长硅单晶的过程中，硅单晶生长的成功与否以及质量的高低是由热场的温度分布决定的。温度分布合适的热场，不仅硅单晶生长顺利,而且品质较高；如果热场的温度分布不是很合理，生长硅单晶的过程中容易产生各种缺陷，影响质量，情况严重的出现变晶现象生长不出来单晶。因此在投资硅单晶生长企业的前期，一定要根据生长设备，配置出最合理的热场,从而保证生产出来的硅单晶的品质。在直拉硅单晶生长工艺中,一般采用温度梯度来描述热场的温度分布情况，其中在固液界面处的温度梯度最为关键。

数值模拟是在一个低成本的情况下,利用电脑计算提供的详尽资料，用以支持真正的（且昂贵）实验。由于数值模拟提供了一个近似真实的过程，利用这一技术可以很容易的对任何类型的变化（几何尺寸、保温材料、加热器、外围环境等）对晶体质量的影响做出容易的判断。数值仿真是用来获得廉价的，完整的和全面细节的结晶过程，以此方法用来预测晶体生长,改善晶体生长技术。举例来说，对于无经验人员，可以形象化展示熔体流动的历史点缺陷和热应力细节。所以数值仿真是一种达到较高生产率和较好满足市场对晶体直径，质量要求的最好办法。

面向过程的仿真软件FEMAG为用户提供了可以深入研究的数值工具,用户通过有效的计算机模拟可以设计和优化工作流程。通过对单晶炉热场的仿真计算，优化设计单晶炉的机械结构，在拉晶过程中以仿真结果设定合理的理论拉晶曲线，就可以在实际生产中是完全可以生长出合格的单晶硅棒。 2100433B

1、新能源设备应用企业：公司是一家新能源设备及其应用的企业，主营业务为太阳能电池 硅材料生产与加工设备的研发、生产和销售，经营产品包括单晶硅生长炉、单晶硅切断机和单晶硅切方滚磨机等光伏设备，覆盖了人工晶体生长和加工的多个工序范围。公司在硅晶体生长设备和硅晶体加工设备制造方面拥有多项核心技术，已实现批量生产的产品和在研项目的技术水平在国内同行业中处于领先地位，部分达到国际先进水平。

2、单晶硅生长炉建设项目：公司“年产1200台单晶硅生长炉建设项目投资总额”为14094.4万元（截止2011年一季度末投资进度97.38%，后同），2011年一季度实现效益1388.24万元；“年产150台多晶硅铸锭炉建设项目投资总额”为9850.1万元（0%），预计年税后利润总额4305.9万元；“年产1200台单晶硅生长炉炉体建设项目”投资总额6840万元（100%），其中募资投入3761.8万元，2011年一季度实现效益328.59万元。

3、光伏设备战略路线：2010年末我国光伏单晶硅生长炉已经基本完成了进口替代，国产化率高达95%，国内单晶硅生长炉业务的增长已经步入“平稳期”。未来公司战略重心将逐步由单晶炉向依然被国际厂商垄断并且具有高附加值的多晶炉转移，2010年国内多晶硅铸锭炉市场以进口为主，2011年，公司将继续建设“多晶铸锭实验示范工厂项目”，还将开始批量销售硅片切割机（2010年已小批量生产），该设备用于将晶硅切片制作 成硅片的环节，多晶硅铸锭炉和切片机将在2011年放量。

4、LED MOCVD设备：2011年3月10日公司以超募资金投入5333.33万元与华晟光电设备（香港）成立合资公司（占56%），从事MOCVD设备及外延工艺的研发、生产、销售等，并且合资公司将在上海成立以研发为目的的子公司。华晟光电拥有创新的、具有自主知识产权的多项LED MOCVD技术，并且团队具有20多年所积累的世界一流大规模生产的半导体薄膜沉积设备的技术与经验。LED外延材料生产所需的MOCVD设备是整个LED产业链的关键设备，预计中国MOCVD的市场容量在3年内将达到年需求达到1000台以上。公司计划2012年底将产品切入市场，销售1-2台MOCVD设备，以验证产品的性能和树立产品的品牌。于2013年，如仅占3%的国内市场，即销售8台MOCVD设备，产业规模将到达1亿，到2014年，占有8.5%的市场，销售额将超过4.5亿，到2015年，如市场占有率增加到15%，产业规模超过9亿。

5、1.51亿扩产多晶硅片：2010年7月，股东大会通过公司用1.51亿元超募资金建设“多晶铸锭实验示范工厂项目”。项目计划采用10台自制的DRZF450型多晶铸锭炉及配套切片设备，可年产多晶硅片1540万片。通过产品的现场运行，将使客户减少适用产品试用这一环节，极大加快多晶铸锭炉这一新产品的推广，加速多晶铸锭炉这一产品成为公司的主要盈利点。项目达到预定可使用状态日期为2011年01月31日，预计建成后年净利润超过3500万元。本次项目完成后，产品检测实验中心满足了未来三年公司对研发技术设计、生产检验的需求，公司将对生产的多晶铸锭炉进行100%的检测，2011年一季度实现效益 104.77万元。

6、上海杰姆斯：2011年年初，公司用1.19亿元超募资金完成“上海杰姆斯电子材料有限公司”68%股权收购。上海杰姆斯主营业务是光伏行业用石墨热场的研发和制造，其提供的产品占整个太阳能石墨制品的市场份额的15%左右，并且是国内少数能够独立设计22英才石墨热场的供应商之一。股权出让方作出业绩承诺：2010年净香洲为2490万元，2011年净利润为3000万元。如果上海杰姆斯未能实现，则出让方同意以现金方式补足。通过本次收购，公司能够将产业链涵盖光伏设备使用中的易耗品环节，扩大了公司业务范围，围绕光伏设备形成企业的新盈利增长点，2011年一季度实现效益681.43万元。

7、光源坩埚：2011年5月，公司拟用超募资金4460万元收购增资光源坩埚，交易完成后持有其65%股权，光源坩埚主要经营石英坩埚、塑料制品（不含医用、食用）制造，销售 自产产品。2010年、2011年1-3月净利润1386万元、493万元，预计2011年光源坩埚的净利润较2010年增长不低于20%。同时，如果2012年公司方坩埚项目能够顺利建成且技术达到预期，预计将增加不低于1亿元销售收入，且该项目的毛利率将与现有产品相当。公司实验示范工厂项目将使用其生产的方坩埚产品，将有利于节约成本。