CN102071454A - 用于多晶铸锭炉的气体冷却装置及方法 - Google Patents

用于多晶铸锭炉的气体冷却装置及方法 Download PDF

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高宇
傅林坚
石刚
叶欣
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Abstract

本发明涉及铸造法生长硅晶体的装置，旨在提供一种用于多晶铸锭炉的气体冷却装置及方法。该气体冷却装置设于铸锭炉内热场下方，是内部带有气流通道的石墨体。本发明的冷却方法是在铸锭炉内热场下方设置内部带有气流通道的石墨体；使惰性气体从气流通道的进气口进入，气体流经石墨体内部并带走热量，然后从气流通道的出气口排出。本发明通过在热场底部增加一个主动散热的气体冷却装置，并通过调节通入装置内的气体流量控制主动散热幅度，能够主动的控制晶体下方散热速率，有效控制晶体生长速度。

Description

用于多晶铸锭炉的气体冷却装置及方法
技术领域
本发明涉及铸造法生长硅晶体的装置，特别是用于多晶铸锭炉的气体冷却装置及方法。
背景技术
铸造法生长硅晶体是将多晶硅在坩埚内熔化，通过碳毡或其他种类保温材料保证热场内的温度以及适于晶体定向凝固的温度梯度。而在铸锭硅晶体生长过程中的温度控制，则普遍是通过降低加热器功率以及提升保温层位置的方法降低热场底部温度。该方法在铸锭多晶的生产中取得了广泛应用，但这是一种被动散热的方式，在晶体生长后期往往由于散热效率较低，导致晶体生长速率大幅度降低。
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，提供一种用于多晶铸锭炉的气体冷却装置及方法。
为解决技术问题，本发明的方案是：
提供一种用于多晶铸锭炉的气体冷却装置，设于铸锭炉内热场下方，该气体冷却装置是内部带有气流通道的石墨体。
作为一种改进，所述气体冷却装置是内部带有氩气气流通道的石墨体。
作为一种改进，所述气体冷却装置的气流通道呈“之”字往复形状布置。
作为一种改进，所述气体冷却装置的气流通道呈“回”字形交错盘绕布置。
作为一种改进，所述气流通道的转折处拐角呈直角圆弧形状。
进一步地，本发明还提供了一种用于多晶铸锭炉的气体冷却方法，是在铸锭炉内热场下方设置内部带有气流通道的石墨体；使惰性气体从气流通道的进气口进入，气体流经石墨体内部并带走热量，然后从气流通道的出气口排出。
作为一种改进，所述通入石墨体气流通道的惰性气体的温度为24℃～28℃。
作为一种改进，所述通入石墨体气流通道的惰性气体的流量为10～200slpm。
作为一种改进，所述惰性气体为氩气。
本发明的有益效果在于：
通过在热场底部增加一个主动散热的气体冷却装置，并通过调节通入装置内的气体流量控制主动散热幅度，能够主动的控制晶体下方散热速率，有效控制晶体生长速度。
本发明可用于铸造法生长晶体硅设备中，用于控制晶体下方热量传输速率，该装置也适用于热交换法生长蓝宝石晶体的设备中。
附图说明
图1为气体冷却装置放置在热场环境内的示意图；
图2为气体冷却装置内的气流通道示意图；
图3为气体冷却装置内的另一种气流通道示意图。
图中附图标记为：1加热器、2熔体硅、3导热体、4气体冷却装置、5进气口、6出气口。
具体实施方式
本发明采用石墨材料制成气体冷却装置，并放置在铸造法生长硅晶体热场中加热器的下方，该装置上有进出气孔以及用于惰性气体通过的气流通道。本实施例中，使用过程中以恒定温度、设定流量的氩气通过气流通道，起到调节散热的作用。
实施例1
当多晶硅完全融化后，逐渐降低加热器功率使硅熔体从坩埚底部开始结晶，随着晶体高度增加，结晶过程由生长界面处竖直向下的导热效率逐渐降低，晶体生长速率下降。由进气口充入氩气，氩气温度为24℃，起始流量为10slpm，逐渐升高气体流量，增加气冷装置的散热能力，使晶体生长速率维持在恒定水平。氩气温度一般可控制为24℃～28℃，流量为10～200slpm。气体冷却装置内部的气流通道可根据需要呈“之”字往复形状布置或者是呈“回”字形交错盘绕布置。为减少气体流动阻力，气流通道的转折处拐角设计为直角圆弧形状。
实施例2
多晶硅完全融化后，开始向气冷装置内通入氩气，氩气温度为24℃，起始流量为10slpm，随着氩气流量增大，坩埚底部散热能力增强，熔体开始自坩埚底部结晶，进一步增大氩气流量并逐渐降低加热器功率，使晶体生长速率维持在恒定水平。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。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 (10)

1.用于多晶铸锭炉的气体冷却装置，设于铸锭炉内热场下方，其特征在于，该气体冷却装置是内部带有气流通道的石墨体。
2.根据权利要求1所述的气体冷却装置，其特征在于，所述气体冷却装置是内部带有氩气气流通道的石墨体。
3.根据权利要求1或2中任意一项所述的气体冷却装置，其特征在于，所述气体冷却装置的气流通道呈“之”字往复形状布置。
4.根据权利要求3所述的气体冷却装置，其特征在于，所述气流通道的转折处拐角呈直角圆弧形状。
5.根据权利要求1或2中任意一项所述的气体冷却装置，其特征在于，所述气体冷却装置的气流通道呈“回”字形交错盘绕布置。
6.根据权利要求5所述的气体冷却装置，其特征在于，所述气流通道的转折处拐角呈直角圆弧形状。
7.用于多晶铸锭炉的气体冷却方法，其特征在于，是在铸锭炉内热场下方设置内部带有气流通道的石墨体；使惰性气体从气流通道的进气口进入，气体流经石墨体内部并带走热量，然后从气流通道的出气口排出。
8.根据权利要求8所述的气体冷却方法，其特征在于，所述通入石墨体气流通道的惰性气体的温度为24℃～28℃。
9.根据权利要求8所述的气体冷却方法，其特征在于，所述通入石墨体气流通道的惰性气体的流量为10～200slpm。
10.根据权利要求8所述的气体冷却方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
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