直拉單晶制備是把多硅晶塊放入石英坩堝中，在單晶爐中加熱融化，再將一根直徑只有10mm的棒狀晶種（稱籽晶）浸入融液中。在合適的溫度下，融液中的硅原子會順著晶種的硅原子排列結(jié)構(gòu)在固液交界面上形成規(guī)則的結(jié)晶，成為單晶體。把晶種微微旋轉(zhuǎn)向上提升，融液中的硅原子會在前面形成的單晶體上繼續(xù)結(jié)晶，并延續(xù)其規(guī)則的原子排列結(jié)構(gòu)。若整個結(jié)晶環(huán)境穩(wěn)定，就可以周而復(fù)始地形成結(jié)晶，最后形成一根圓柱形的原子排列整齊的硅單晶晶體，即硅單晶錠。當(dāng)結(jié)晶加快時，晶體直徑會變粗，提高升速可以使直徑變細(xì)，增加溫度能抑制結(jié)晶速度。反之，若結(jié)晶變慢，直徑變細(xì)，則通過降低拉速和降溫進(jìn)行控制。拉晶開始，先引出一直徑為3～5mm的細(xì)頸，以消除結(jié)晶位錯，這個過程稱為引晶。然后放大單晶體直徑至工藝要求，進(jìn)入等徑階段，直至大部分硅融液都結(jié)晶成單晶錠，只剩下少量剩料?？刂浦睆?，保證晶體等徑生長是單晶制造的重要環(huán)節(jié)。硅的熔點約為1 450℃，拉晶過程始終保持在高溫負(fù)壓的環(huán)境中進(jìn)行。直徑檢測必須隔著觀察窗在拉晶爐體外部非接觸式實現(xiàn)。拉晶過程中，固態(tài)晶體與液態(tài)融液的交界處會形成一個明亮的光環(huán)，亮度很高，稱為光圈。光圈其實是固液交界面處的彎月面對坩堝壁亮光的反射。當(dāng)晶體變粗時，光圈直徑變大，反之則變小。通過對光圈直徑變化的檢測，可以反映出單晶直徑的變化情況。自動直徑檢測就是基于這個原理發(fā)展起來的。

CZ法的主要設(shè)備及示意圖如圖5－1、圖5－2所示。

圖5－1　CZ法的設(shè)備示意圖

圖5－2　直拉單晶生長示意圖