帶有局部冷卻裝置的多晶矽熱場的製作方法
2023-10-31 18:58:27
專利名稱：帶有局部冷卻裝置的多晶矽熱場的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多晶矽鑄錠爐的熱場改進裝置，尤其是一種帶有局部冷卻裝置的多晶鑄錠爐改良熱場。
背景技術：
多晶矽鑄錠爐是一種生長光伏材料的重要設備，生產中，將達到一定純度要求的多晶矽轉入爐中，按照工藝要求加熱熔化、定向長晶、熱處理、冷卻出爐。多晶矽重熔長晶的這樣一個核心環境，我們稱之為熱場，熱場不單為多晶矽熔化提供大量的熱能，在長晶過程中又提供合理的溫度梯度場以得到合乎要求的多晶矽晶體。鑄造多晶矽中存在大量的晶界，晶界是指晶粒和晶粒之間的分界面，潔淨的晶界不是電活性的，對少數載流子壽命並無影響。但雜質易於在晶界處偏聚或沉澱，此時晶界將具有電活性，會顯著降低少子壽命，晶界越多，影響越大。在利用鑄錠爐生長鑄造單晶晶體時，需要在石英坩堝底部放置單晶矽作為仔晶， 在多晶矽熔化階段為保護仔晶不熔化，通常需要打開隔熱籠，降低石英坩堝底部的溫度。但是由於傳統多晶爐熱場的缺陷，固液界面通常中心高，邊緣低，中心熔化到仔晶面時，邊緣仔晶早已部分或全部熔化，放置的仔晶只有部分發揮晶生長的誘導作用，在整個多晶晶錠中，類單晶比例較小。為擴大類單晶比例，往往需要提高仔晶的厚度，一方面增加了仔晶的成本，另一方面，凸起的結晶界面導致晶體中較大的殘留熱應力，制約了晶體質量的提高。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠提高晶體質量、提高類單晶比例的多晶矽熱場。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種帶有局部冷卻裝置的多晶矽熱場，包括由上爐體和下爐體組成的爐腔，所述的爐腔內設置有一個保溫腔，所述的保溫腔底板上設置有冷卻器，所述的冷卻器呈回字型往復結構布置，冷卻器的底部連通有導管， 所述的導管穿過保溫腔底板延升至爐腔外部。具體的說，本實用新型所述的保溫腔內設置有石墨助凝塊，所述的石墨助凝塊的外徑與冷卻器的外徑偏差小於50mm。所述的冷卻器的橫截面高為20 60mm，寬為100 200mm。為了增加冷卻時石墨助凝塊下表面所接觸到的冷卻介質的均勻性，本實用新型所述的冷卻器表面具有噴口，導管內的冷卻介質通過噴口直接噴向石墨助凝塊的下表面。進一步的說，本實用新型所述的冷卻介質為液體或惰性氣體。若冷卻介質為惰性氣體，工作方式為將惰性氣體直接從冷卻裝置噴向支撐多晶坩堝的石墨助凝塊，帶走石墨助凝塊的四周的熱量，從而使得石墨鑄錠塊四周和中心區域保持對石英坩堝底部均勻的冷卻效果；從而在高溫熔體凝固時，通過固/液界面的散熱量趨於平衡，便於維持較為平坦的結晶界面。冷卻氣體吸收熱量升溫後隨爐體內保護氣體一同排放出爐體外。若採用液體冷卻，吸收熱量升溫後液體需要重新排出爐體外，並通過設置在管路上的流量調節閥來調整流量達到控制冷卻強度的目的。本實用新型的有益效果是，解決了背景技術中存在的缺陷，一是增加多晶矽助凝塊底部溫度分布的均勻性，便於得到有助於提高晶體質量的平坦的結晶界面；二是在利用籽晶誘導法生長鑄錠單晶時，在化料後期強化邊緣冷卻效果，保護籽晶不被完全融化。由於強化的底部的冷卻效果，在化料過程中可以提高熱場溫度，加快籽晶以上部分矽料的熔化速度，縮短生長周期；三是減少晶體內徑向溫度分布，從而減少晶體內由於溫度梯度差引起的位錯等晶體缺陷密度，提高晶體質量；四是在結晶初期，提高徑向溫度梯度，促進晶粒橫向生長，增大多晶矽柱狀晶晶粒的直徑。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是本實用新型的優選實施例的結構示意圖；圖中1、保溫腔頂板；2、石英陶瓷坩堝；3、石墨坩堝；4、石墨助凝塊；5、下爐體； 6、支撐柱；7、保溫腔側壁拉杆；8、導氣筒；9、上爐體；10、加熱器；11、保溫腔側壁；12、保溫腔底板；13、冷卻器；14、導管。
具體實施方式
現在結合附圖和優選實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的構成。如圖1所示的一種帶有局部冷卻裝置的多晶矽熱場，由上爐體和下爐體組成爐腔，爐腔內設置有由保溫腔頂板、保溫腔側壁以及保溫腔底板組成的保溫腔，保溫腔內自上而下依次設置有石英陶瓷坩堝、石墨坩堝以及石墨助凝塊，石墨助凝塊的下表面的中部設置有支撐柱。石墨坩堝的外部上方設置有加熱器，所述的保溫腔頂板的中部設置有導氣筒， 保溫腔側壁的頂部設置有拉杆，所述的拉杆垂直延升至上爐體的外部。所述的保溫腔底板上設置有冷卻器，所述的冷卻器呈回字型往復結構布置，冷卻器的底部連通有導管，所述的導管穿過保溫腔底板延升至爐腔外部。利用本熱場進行鑄錠單晶生長時，熔化階段提高保溫腔側壁8cm、並在化料末期打開冷卻器，冷卻介質為氬氣，氬氣直接噴向石墨助凝塊下表面邊緣，保護石英坩堝底部邊緣仔晶不被融化，仔晶高度降低30%，晶錠表面類單晶比例提高20%。長晶過程開始後，關閉接入氬氣。普通多晶矽的生長，在長晶第一階段，保溫腔側壁向上提起，與保溫腔底板分離， 冷卻器通入氬氣並直接噴向石墨助凝塊下表面邊緣，提高石墨助凝塊徑向溫度梯度，長晶第一步結束後關閉氬氣接入，晶錠切片後，柱狀晶晶粒平均直徑提高10%。以上說明書中描述的只是本實用新型的具體實施方式
，各種舉例說明不對本實用新型的實質內容構成限制，所屬技術領域的普通技術人員在閱讀了說明書後可以對以前所述的具體實施方式
做修改或變形，而不背離實用新型的實質和範圍。
權利要求1.一種帶有局部冷卻裝置的多晶矽熱場，包括由上爐體和下爐體組成的爐腔，所述的爐腔內設置有一個保溫腔，其特徵在於所述的保溫腔底板上設置有冷卻器，所述的冷卻器呈回字型往復結構布置，冷卻器的底部連通有導管，所述的導管穿過保溫腔底板延升至爐腔外部。
2.如權利要求1所述的帶有局部冷卻裝置的多晶矽熱場，其特徵在於所述的保溫腔內設置有石墨助凝塊，所述的石墨助凝塊的外徑與冷卻器的外徑偏差小於50mm。
3.如權利要求1所述的帶有局部冷卻裝置的多晶矽熱場，其特徵在於所述的冷卻器的橫截面高為20 60mm，寬為100 200mm。
4.如權利要求2所述的帶有局部冷卻裝置的多晶矽熱場，其特徵在於所述的冷卻器表面具有噴口，導管內的冷卻介質通過噴口直接噴向石墨助凝塊的下表面。
5.如權利要求4所述的帶有局部冷卻裝置的多晶矽熱場，其特徵在於所述的冷卻介質為液體或惰性氣體。
6.如權利要求1所述的帶有局部冷卻裝置的多晶矽熱場，其特徵在於所述的導管上設置有通入液態冷卻介質時調節液體流量的流量調節閥。
專利摘要本實用新型涉及一種帶有局部冷卻裝置的多晶矽熱場，包括由上爐體和下爐體組成的爐腔，所述的爐腔內設置有一個保溫腔，所述的保溫腔底板上設置有冷卻器，所述的冷卻器呈回字型往復結構布置，冷卻器的底部連通有導管，所述的導管穿過保溫腔底板延升至爐腔外部。採用本實用新型可以增加多晶矽助凝塊底部溫度分布的均勻性，在利用籽晶誘導法生長鑄錠單晶時，在化料後期強化邊緣冷卻效果，保護籽晶不被完全融化；在化料過程中可以提高熱場溫度，加快籽晶以上部分矽料的熔化速度，縮短生長周期；能夠減少晶體內由於溫度梯度差引起的位錯等晶體缺陷密度，提高晶體質量；在結晶初期，提高徑向溫度梯度，促進晶粒橫向生長，增大多晶矽柱狀晶晶粒的直徑。
文檔編號C30B29/06GK202246974SQ201120321289
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者張志強 申請人:常州天合光能有限公司