CN101775641A - 用于多晶硅垂直定向生长的随动隔热环热场结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多晶硅铸锭炉设计与制造技术领域，旨在提供用于多晶硅垂直定向生长的随动隔热环热场结构。该热场结构包括包括内设有侧面包围式的隔热笼体的炉室，坩埚及热场均置于隔热笼体中，隔热笼体的上端与提升装置相连；隔热笼体上下分别设置顶部保温板和下保温层，其中顶部保温板固定悬挂于电极上，下保温层及所述热交换台均固定于支撑柱上，顶部保温板与隔热笼体上端活动相接、下保温层与隔热笼体下端活动相接；一个环形的随动隔热环通过数个连接装置固定在隔热笼体的内部。本发明设计合理，能够增大多晶硅晶粒，减少晶界，改善晶体生长方向垂直度，从而提高多晶硅铸锭品质，同时随动隔热环也起到了降低能耗的作用。

Description

用于多晶硅垂直定向生长的随动隔热环热场结构
技术领域
本发明涉及多晶硅铸锭炉设计与制造技术领域，特别是一种用于多晶硅垂直定向生长的随动隔热环热场结构。
背景技术
铸造多晶硅内部存在大量的晶界，洁净的晶界呈非电活性，对少数载流子寿命并无影响或只有微小影响，而杂质的偏聚或沉淀会改变晶界的电活性，会显著降低少数载流子寿命，晶界越多，影响越大；但是研究表明，如果晶界垂直于器件表面，则晶界对材料电化学性能几乎没有影响，所以提高晶粒大小、改善长晶方向是提高多晶硅铸锭品质的有效方法。
多晶硅铸锭炉是一种硅的定向凝固设备、其功能是将多晶硅按照设定工艺经过熔化、定向结晶、退火、冷却几个阶段后成为有一定晶体生长方向的多晶硅锭。多晶硅铸锭过程所需环境即为多晶铸锭炉热场。通过合理的设计热场中加热器的功率分布，隔热材料的位置、厚度分布，可以改变最终多晶硅锭的晶体生长方向。多晶硅铸锭炉是一种能耗较高，工时较长的生产设备，在同样的晶体方向及晶粒尺寸条件下，缩短工时、节约能耗十分有利于企业竞争力的提升。而现有多晶铸锭炉配套热场由于结构设计上的缺陷，难以实现上述需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种用于多晶硅垂直定向生长的随动隔热环热场结构。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于多晶硅垂直定向生长的随动隔热环热场结构，包括置于炉室内的坩埚，坩埚的热场包括顶部加热器、侧部加热器和位于坩埚底部的热交换台，其中顶部加热器和侧部加热器固定于电极上；所述炉室内设有侧面包围式的隔热笼体，所述坩埚及热场均置于隔热笼体中，隔热笼体的上端与提升装置相连；隔热笼体上下分别设置顶部保温板和下保温层，其中顶部保温板固定悬挂于电极上，下保温层及所述热交换台均固定于支撑柱上，顶部保温板与隔热笼体上端活动相接、下保温层与隔热笼体下端活动相接；一个环形的随动隔热环通过数个连接装置固定在隔热笼体的内部。
作为一种改进，所述隔热笼体的下缘设有向内延伸的环形的下隔热条，所述随动隔热环通过连接装置固定在下隔热条上。
作为一种改进，所述随动隔热环与下隔热条的宽度相同。
作为一种改进，所述下保温层与下隔热条之间具有相互契合的接口形状。
作为一种改进，所述随动隔热环与连接装置之间设有垫片，垫片可增大随动隔热环的稳定性。
作为一种改进，所述连接装置是螺栓螺母连接结构，在一定范围内可以进行无级调节。
作为一种改进，氩气输入管穿过顶部保温板并延伸至坩埚上方。
本发明中，隔热笼体、顶部保温板及下保温层组成一个封闭的热场腔室，并由随动隔热环分为上下两个部分。隔热笼体的的空间，其上部为高温区、下部为低温区。在整个热场腔室中，在硅的结晶面上形成一个垂直的温度梯度。通过对铸锭工艺的改进、调整，及随动隔热环高度、厚度的调整，在整个长晶过程中，随动隔热环配合工艺要求随隔热笼体提升机构的运动而提升，可以动态改善热场内温度梯度分布，从而使硅的结晶凝固过程得到有效控制。
本发明经验证，可提高晶体生长的垂直度，改善结晶面结构形状，同时缩短整个工艺时间，提高企业生产能力，也提高生产过程中的安全系数。
本发明设计合理，能够增大多晶硅晶粒，减少晶界，改善晶体生长方向垂直度，从而提高多晶硅铸锭品质，同时随动隔热环也起到了降低能耗的作用。
附图说明
图1是本发明整体结构剖视图；
图2是本发明使用状态结构剖视图。
图中的附图标记为：1炉室、2顶部保温板、3顶部加热器、4隔热笼体、5侧部加热器、6坩埚、7热交换台、8支撑柱、9下保温层、10下隔热条、11连接装置、12垫片、13随动隔热环、14坩埚护板、15提升机构、16电极、17氩气输入管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本实施例中的随动隔热环热场结构，包括置于炉室1内的坩埚6，坩埚6的热场包括顶部加热器3、侧部加热器5和位于坩埚6底部的热交换台7，其中顶部加热器3和侧部加热器5固定于电极16上；所述炉室1内设有侧面包围式的隔热笼体4，所述坩埚6及热场均置于隔热笼体4中，隔热笼体4的上端与提升装置15相连；隔热笼体4上下分别设置顶部保温板2和下保温层9，其中顶部保温板2固定悬挂于电极16上，氩气输入管17穿过顶部保温板2并延伸至坩埚6上方。下保温层9及所述热交换台7均固定于支撑柱8上，顶部保温板2与隔热笼体4上端活动相接、下保温层9与隔热笼体4下端活动相接；隔热笼体4的下缘设有向内延伸的环形的下隔热条10，一个环形的随动隔热环13通过数个连接装置11固定在下隔热条10上。下保温层9与下隔热条10之间具有相互契合的接口形状。
连接装置11可以选用螺栓螺母连接结构，在一定范围内可以进行无级调节。随动隔热环13与连接装置11之间设有垫片，垫片可增大随动隔热环13的稳定性。
多晶硅铸锭炉正常生产时，多晶硅料在坩埚6中被加热熔化，熔化完成后，进入长晶阶段，隔热笼体4通过提升机构15以一定的速度缓缓提起，热交换台7在隔热笼体4的底部暴露出来，大量的热会通过热交换台7从隔热笼体4底部辐射到炉室1上。多晶硅原料底部冷却，开始长晶，由于坩埚6为方形结构，则其边角与隔热笼体4开度间隙距离更近，如若不采取措施，在长晶初期边角处温度散失将大于坩埚6其余各处，造成长晶界面为“凹”字形，且因为温度散失过快，使得晶粒偏小，晶向倾斜，能耗较大。而在长晶中后期，晶体增多，液体减少，固体与各加热器之间距离在减小，且热量散失主要靠热交换平台7，长晶界面为“凸”字形，需要增大边角散热。
采用本发明中的随动隔热环热场结构，将会通过隔热笼体4高度调整，进而对随动隔热环13的高度进行调整。在长晶初期，减小边角散热间隙，对边角进行保温，从而减缓长晶初期边角热量流失严重的问题。进入长晶末期，增大边角散温，整个过程可以改善热场内温度梯度分布，拉平长晶界线，增大晶粒，改善晶向，降低能耗。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。例如，本发明中的随动隔热环13可以直接固定在隔热笼体4上，其相对于隔热笼体4的位置也可采用螺栓固定方式进行调整。凡本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于多晶硅垂直定向生长的随动隔热环热场结构，包括置于炉室内的坩埚，坩埚的热场包括顶部加热器、侧部加热器和位于坩埚底部的热交换台，其中顶部加热器和侧部加热器固定于电极上；其特征在于：所述炉室内设有侧面包围式的隔热笼体，所述坩埚及热场均置于隔热笼体中，隔热笼体的上端与提升装置相连；隔热笼体上下分别设置顶部保温板和下保温层，其中顶部保温板固定悬挂于电极上，下保温层及所述热交换台均固定于支撑柱上，顶部保温板与隔热笼体上端活动相接、下保温层与隔热笼体下端活动相接；一个环形的随动隔热环通过数个连接装置固定在隔热笼体的内部。
2.根据权利要求1所述的随动隔热环热场结构，其特征在于，所述隔热笼体的下缘设有向内延伸的环形的下隔热条，所述随动隔热环通过连接装置固定在下隔热条上。
3.根据权利要求2所述的随动隔热环热场结构，其特征在于，所述随动隔热环与下隔热条的宽度相同。
4.根据权利要求2所述的随动隔热环热场结构，其特征在于，所述下保温层与下隔热条之间具有相互契合的接口形状。
5.根据权利要求2所述的随动隔热环热场结构，其特征在于，所述随动隔热环与连接装置之间设有垫片。
6.根据权利要求1至5所述的任意一种随动隔热环热场结构，其特征在于，所述连接装置是螺栓螺母连接结构。
7.根据权利要求1至5所述的任意一种随动隔热环热场结构，其特征在于，氩气输入管穿过顶部保温板并延伸至坩埚上方。
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