Show simple item record

dc.contributor.advisorWiik, Kjell
dc.contributor.advisorMuggerud, Astrid Marie
dc.contributor.advisorBones, John Atle
dc.contributor.advisorDahl, Paul Inge
dc.contributor.authorCheung, Tsz Chung
dc.date.accessioned2019-10-15T14:01:27Z
dc.date.available2019-10-15T14:01:27Z
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2622359
dc.description.abstractKvartsglass av høy kvalitet brukes i digler til produksjon av monokrystallinske silisium "ingots" i solcellein- dustrien. Monokrystallinske wafere blir laget i slike digler ved Czochralski(CZ)-prosessen. Digelen kan ikke gjenbrukes etter en oppvarmingsyklus på grunn av dannelse av kristobalitt ved CZ-temperaturen. Det er ønskelig å maksimere utbytte per digel, noe som fører til etterspørsel etter større digler av kvartsglass. Derfor kreves en digel med høyere kvalitet og bedre stabilitet. Forståelsen av de kritiske karakteristikkene til digelmaterialet, som for eksempel urenheter og hvordan disse påvirker viskositeten, er av fundamental betydning for å forbedre kvaliteten til digelen. Hovedformålet med denne masteroppgaven har vært å undersøke effekten av tørkingsparametrene til kvartssand mht. hydroksyl(OH)-innhold og viskositet til kvartsglasset, samt vise forholder mellom OH- innhold og viskositet til kvartsglass. Viktigheten av dette prosjektet underbygges av det faktum at disse egenskapene er kritiske for ytelsen til digelen under CZ-prosessen, samtidig som eksisterende studier mangler data fra direkte målinger av disse egenskapene. Det antas at enten høyere tørkingstemperatur eller lengre størkingsperiode vil føre til lavere OH-innhold og høyere viskositet av kvartsglass. En prosess ble etablert for å produsere prøver av silikaglass. Prosessen bestod av både varmebehandling og smelting av kvartssand med høy kvalitet, basert på ulike kombinasjoner av varighet av temperatur under størkning. Måling av hydroksylinnhold i silikaglass ble gjort med FTIR spektrometer. Et eksperimentelt oppsett for å måle viskositet av kvartsglass ble utviklet. I tillegg ble bobler i glassene karakterisert med Micro X-Ray Computational Tomography (μ-CT). De fleste resultatene styrket hypotesen om at viskositet av kvartsglass øker med lavere hydroksyl-innhold. For tørkeperiode på 1 time ble en betydelig forskjell i OH-innhold mellom prøver ved ulik tørketemperatur observert. For tørkeperiode på 24 timer var forskjellene ikke signifikante. Resultatene bekrefter den antatte sammenhengen mellom OH-innhold og viskositet. De fremhever viktigheten av optimale tørkeparametre for kvartssand, for å forbedre de mekaniske egenskapene til silikaglass, og dermed den mekaniske ytelsen under CZ-prosessen.
dc.description.abstractHigh purity fused silica crucibles are commonly used in the production of monocrystalline silicon ingots with the Czochralski (CZ) process in the solar cell industry. Due to the formation of cristobalite at the CZ temperature, the crucibles are not reusable after the heating cycle. Consequently, a higher yield from each crucible is desired, leading to a demand of bigger fused silica crucible. Therefore, crucibles of higher quality and greater stability are needed. Understanding of some critical characteristics of the crucible material like the impurities and their influences is fundamental for improving the quality of the crucible. The aim of this project has been to show the relationship between OH-content and viscosity of fused silica by data and to investigate the effect of drying parameters for quartz sand on the hydroxyl (OH) content and viscosity of fused silica. The importance of this project stems from the fact that these properties are critical for the performance of the crucible during the CZ process, while the existing studies are lacking the data from direct measurement of these properties. It is anticipated that either higher drying temperature and longer drying period will result in a lower OH-content and an increased viscosity of the fused silica. A process involving both drying and melting of high purity quartz sands was established to produce fused silica samples based on combinations of different drying temperatures and periods. The OH-content and the viscosity of the samples were measured by FTIR spectrometer and a novel viscosity measurement setup respectively. The bubble distribution in the samples were also studied by Micro X-Ray computation tomography (μ-CT). The majority of the results aligns with the hypothesis that lower OH-content leads to a higher viscosity. A considerable difference in the OH-content was observed from the samples dried at different temperatures for a shorter period (i.e. 1 hour). The difference in OH-content was insignificant among samples dried for a longer period (i.e. 24 hours). The results are able to show the anticipated relationship between OH-content and viscosity. It highlights the importance of optimal drying parameters for quartz sands for the mechanical properties of fused silica, and, thus, the mechanical performance during CZ process.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleThe Relationship between Hydroxyl Content and Viscosity of Fused Silica for the Czochralski Process
dc.typeMaster thesis


Files in this item

FilesSizeFormatView

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record