用於多晶矽垂直定向生長的隨動隔熱環熱場結構的製作方法
2023-07-22 18:29:21
專利名稱：用於多晶矽垂直定向生長的隨動隔熱環熱場結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及多晶矽鑄錠爐設計與製造技術領域，特別是一種用於多晶矽垂直定向
生長的隨動隔熱環熱場結構。
背景技術：
鑄造多晶矽內部存在大量的晶界，潔淨的晶界呈非電活性，對少數載流子壽命並 無影響或只有微小影響，而雜質的偏聚或沉澱會改變晶界的電活性，會顯著降低少數載流 子壽命，晶界越多，影響越大；但是研究表明，如果晶界垂直於器件表面，則晶界對材料電化 學性能幾乎沒有影響，所以提高晶粒大小、改善長晶方向是提高多晶矽鑄錠品質的有效方 法。 多晶矽鑄錠爐是一種矽的定向凝固設備、其功能是將多晶矽按照設定工藝經過熔 化、定向結晶、退火、冷卻幾個階段後成為有一定晶體生長方向的多晶矽錠。多晶矽鑄錠過 程所需環境即為多晶鑄錠爐熱場。通過合理的設計熱場中加熱器的功率分布，隔熱材料的 位置、厚度分布，可以改變最終多晶矽錠的晶體生長方向。多晶矽鑄錠爐是一種能耗較高， 工時較長的生產設備，在同樣的晶體方向及晶粒尺寸條件下，縮短工時、節約能耗十分有利 於企業競爭力的提升。而現有多晶鑄錠爐配套熱場由於結構設計上的缺陷，難以實現上述 需求。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術中的不足，提供一種用於多晶矽垂直定 向生長的隨動隔熱環熱場結構。 本發明解決該技術問題所採用的技術方案是提供一種用於多晶矽垂直定向生長 的隨動隔熱環熱場結構，包括置於爐室內的坩堝，坩堝的熱場包括頂部加熱器、側部加熱器 和位於坩堝底部的熱交換臺，其中頂部加熱器和側部加熱器固定於電極上；所述爐室內設 有側面包圍式的隔熱籠體，所述坩堝及熱場均置於隔熱籠體中，隔熱籠體的上端與提升裝 置相連；隔熱籠體上下分別設置頂部保溫板和下保溫層，其中頂部保溫板固定懸掛於電極 上，下保溫層及所述熱交換臺均固定於支撐柱上，頂部保溫板與隔熱籠體上端活動相接、下 保溫層與隔熱籠體下端活動相接；一個環形的隨動隔熱環通過數個連接裝置固定在隔熱籠 體的內部。 作為一種改進，所述隔熱籠體的下緣設有向內延伸的環形的下隔熱條，所述隨動 隔熱環通過連接裝置固定在下隔熱條上。 作為一種改進，所述隨動隔熱環與下隔熱條的寬度相同。 作為一種改進，所述下保溫層與下隔熱條之間具有相互契合的接口形狀。 作為一種改進，所述隨動隔熱環與連接裝置之間設有墊片，墊片可增大隨動隔熱
環的穩定性。 作為一種改進，所述連接裝置是螺栓螺母連接結構，在一定範圍內可以進行無級調節。 作為一種改進，氬氣輸入管穿過頂部保溫板並延伸至坩堝上方。 本發明中，隔熱籠體、頂部保溫板及下保溫層組成一個封閉的熱場腔室，並由隨動
隔熱環分為上下兩個部分。隔熱籠體的的空間，其上部為高溫區、下部為低溫區。在整個熱
場腔室中，在矽的結晶面上形成一個垂直的溫度梯度。通過對鑄錠工藝的改進、調整，及隨
動隔熱環高度、厚度的調整，在整個長晶過程中，隨動隔熱環配合工藝要求隨隔熱籠體提升
機構的運動而提升，可以動態改善熱場內溫度梯度分布，從而使矽的結晶凝固過程得到有
效控制。 本發明經驗證，可提高晶體生長的垂直度，改善結晶面結構形狀，同時縮短整個工 藝時間，提高企業生產能力，也提高生產過程中的安全係數。 本發明設計合理，能夠增大多晶矽晶粒，減少晶界，改善晶體生長方向垂直度，從 而提高多晶矽鑄錠品質，同時隨動隔熱環也起到了降低能耗的作用。
圖1是本發明整體結構剖視圖；
圖2是本發明使用狀態結構剖視圖。 圖中的附圖標記為1爐室、2頂部保溫板、3頂部加熱器、4隔熱籠體、5側部加熱 器、6坩堝、7熱交換臺、8支撐柱、9下保溫層、10下隔熱條、11連接裝置、12墊片、13隨動隔 熱環、14坩堝護板、15提升機構、16電極、17氬氣輸入管。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。 本實施例中的隨動隔熱環熱場結構，包括置於爐室1內的坩堝6，坩堝6的熱場包 括頂部加熱器3、側部加熱器5和位於坩堝6底部的熱交換臺7，其中頂部加熱器3和側部 加熱器5固定於電極16上；所述爐室1內設有側面包圍式的隔熱籠體4，所述坩堝6及熱 場均置於隔熱籠體4中，隔熱籠體4的上端與提升裝置15相連；隔熱籠體4上下分別設置 頂部保溫板2和下保溫層9，其中頂部保溫板2固定懸掛於電極16上，氬氣輸入管17穿過 頂部保溫板2並延伸至坩堝6上方。下保溫層9及所述熱交換臺7均固定於支撐柱8上， 頂部保溫板2與隔熱籠體4上端活動相接、下保溫層9與隔熱籠體4下端活動相接；隔熱籠 體4的下緣設有向內延伸的環形的下隔熱條10，一個環形的隨動隔熱環13通過數個連接裝 置11固定在下隔熱條10上。下保溫層9與下隔熱條10之間具有相互契合的接口形狀。
連接裝置11可以選用螺栓螺母連接結構，在一定範圍內可以進行無級調節。隨動 隔熱環13與連接裝置11之間設有墊片，墊片可增大隨動隔熱環13的穩定性。
多晶矽鑄錠爐正常生產時，多晶矽料在坩堝6中被加熱熔化，熔化完成後，進入長 晶階段，隔熱籠體4通過提升機構15以一定的速度緩緩提起，熱交換臺7在隔熱籠體4的底 部暴露出來，大量的熱會通過熱交換臺7從隔熱籠體4底部輻射到爐室1上。多晶矽原料 底部冷卻，開始長晶，由於坩堝6為方形結構，則其邊角與隔熱籠體4開度間隙距離更近，如 若不採取措施，在長晶初期邊角處溫度散失將大於坩堝6其餘各處，造成長晶界面為"凹" 字形，且因為溫度散失過快，使得晶粒偏小，晶向傾斜，能耗較大。而在長晶中後期，晶體增多，液體減少，固體與各加熱器之間距離在減小，且熱量散失主要靠熱交換平臺7，長晶界面 為"凸"字形，需要增大邊角散熱。 採用本發明中的隨動隔熱環熱場結構，將會通過隔熱籠體4高度調整，進而對隨 動隔熱環13的高度進行調整。在長晶初期，減小邊角散熱間隙，對邊角進行保溫，從而減緩 長晶初期邊角熱量流失嚴重的問題。進入長晶末期，增大邊角散溫，整個過程可以改善熱場 內溫度梯度分布，拉平長晶界線，增大晶粒，改善晶向，降低能耗。 最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。顯然，本發明不限 於以上實施例，還可以有許多變形。例如，本發明中的隨動隔熱環13可以直接固定在隔熱 籠體4上，其相對於隔熱籠體4的位置也可採用螺栓固定方式進行調整。凡本領域的普通 技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護 範圍。
權利要求
一種用於多晶矽垂直定向生長的隨動隔熱環熱場結構，包括置於爐室內的坩堝，坩堝的熱場包括頂部加熱器、側部加熱器和位於坩堝底部的熱交換臺，其中頂部加熱器和側部加熱器固定於電極上；其特徵在於所述爐室內設有側面包圍式的隔熱籠體，所述坩堝及熱場均置於隔熱籠體中，隔熱籠體的上端與提升裝置相連；隔熱籠體上下分別設置頂部保溫板和下保溫層，其中頂部保溫板固定懸掛於電極上，下保溫層及所述熱交換臺均固定於支撐柱上，頂部保溫板與隔熱籠體上端活動相接、下保溫層與隔熱籠體下端活動相接；一個環形的隨動隔熱環通過數個連接裝置固定在隔熱籠體的內部。
2. 根據權利要求1所述的隨動隔熱環熱場結構，其特徵在於，所述隔熱籠體的下緣設 有向內延伸的環形的下隔熱條，所述隨動隔熱環通過連接裝置固定在下隔熱條上。
3. 根據權利要求2所述的隨動隔熱環熱場結構，其特徵在於，所述隨動隔熱環與下隔 熱條的寬度相同。
4. 根據權利要求2所述的隨動隔熱環熱場結構，其特徵在於，所述下保溫層與下隔熱 條之間具有相互契合的接口形狀。
5. 根據權利要求2所述的隨動隔熱環熱場結構，其特徵在於，所述隨動隔熱環與連接 裝置之間設有墊片。
6. 根據權利要求1至5所述的任意一種隨動隔熱環熱場結構，其特徵在於，所述連接裝 置是螺栓螺母連接結構。
7. 根據權利要求1至5所述的任意一種隨動隔熱環熱場結構，其特徵在於，氬氣輸入管 穿過頂部保溫板並延伸至坩堝上方。
全文摘要
本發明涉及多晶矽鑄錠爐設計與製造技術領域，旨在提供用於多晶矽垂直定向生長的隨動隔熱環熱場結構。該熱場結構包括包括內設有側面包圍式的隔熱籠體的爐室，坩堝及熱場均置於隔熱籠體中，隔熱籠體的上端與提升裝置相連；隔熱籠體上下分別設置頂部保溫板和下保溫層，其中頂部保溫板固定懸掛於電極上，下保溫層及所述熱交換臺均固定於支撐柱上，頂部保溫板與隔熱籠體上端活動相接、下保溫層與隔熱籠體下端活動相接；一個環形的隨動隔熱環通過數個連接裝置固定在隔熱籠體的內部。本發明設計合理，能夠增大多晶矽晶粒，減少晶界，改善晶體生長方向垂直度，從而提高多晶矽鑄錠品質，同時隨動隔熱環也起到了降低能耗的作用。
文檔編號C30B15/14GK101775641SQ20101010887
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月9日 優先權日2010年2月9日
發明者傅林堅, 唐駿, 沈維根, 石剛 申請人:寧波晶元太陽能有限公司;上虞晶盛機電工程有限公司