CN105424135A - 多晶硅铸锭炉中高温液态硅中籽晶高度的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅铸锭炉中高温液态硅中籽晶高度的测量装置，解决了多晶硅铸锭半熔工艺中测量铸锭炉中底部籽晶高度时偏差大和测量成本高的问题。包括在多晶硅铸锭炉炉体顶盖（5）的测量孔（12）上设置有测量支架（13），在测量支架（13）上分别设置有伺服电机（11）和导向轮（4），在伺服电机（11）的输出轴上设置有碳绳收放轮（1），碳绳（2）的一端缠绕在碳绳收放轮（1）上，在碳绳（2）的另一端的端部吊接有氮化硅测晶棒（6），在测量支架（13）上分别设置有碳绳（2）的张力传感器（9）和氮化硅测晶棒（6）的光电位置传感器（10）。本发明具有操作简单，测量迅速准确，成本低廉的特点。

Description

多晶硅铸锭炉中高温液态硅中籽晶高度的测量装置

技术领域

本发明涉及一种高温液态硅中底部籽晶的高度测量装置，特别涉及一种多晶硅铸锭炉中高温液态硅固液面的测量装置。

背景技术

多晶硅铸锭环节的工艺过程控制会影响晶体的重要电学参数，直接影响到后续电池转换效率的高低。多晶硅铸锭工艺技术由最初国外掌握的传统的全熔工艺，如美国GT-SOLAR公司和法国ECM公司，到后续的由国内外同时研发的准单晶技术，如德国的ALD公司和国内的晶澳光伏、凤凰光伏等企业，再到只有我国进行研发的全熔高效工艺，再到目前的半熔高效多晶铸锭工艺国内已成为主流，每一次铸锭工艺的提升，都会使硅片的电学性能更加稳定，晶体结构更加理想，位错进一步减少。半熔过程中关键控制点就是底部籽晶高度的控制，籽晶保留过高，会影响得料率，籽晶保留过低，可能变为全熔，没有半熔的效果。因此目前所有厂家均采取人工测量，采用高纯石英棒缓慢插入高温液态硅中，等玻璃棒达到固态硅时，通过工人的手感来判断再标识位置，通过直尺的测量计算完成高度的确定。该操作对人员要就高，而且人员工作量大，误差大，而且所有的高纯石英棒在高温下容易弯曲变形，影响到原点的判断，一般最多使用两次就报废了，相对测量的耗材费用偏高。

发明内容

本发明提供了一种多晶硅铸锭炉中高温液态硅中籽晶高度的测量装置，解决了多晶硅铸锭半熔工艺中测量底部籽晶高度时偏差大，操作复杂和测量成本高的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种多晶硅铸锭炉中高温液态硅中籽晶高度的测量装置，包括多晶硅铸锭炉中的固态籽晶，在固态籽晶上设置有液态硅，在多晶硅铸锭炉炉体顶盖上设置有测量孔，在测量孔上设置有测量支架，在测量支架上分别设置有伺服电机和导向轮，在伺服电机的输出轴上设置有碳绳收放轮，碳绳的一端缠绕在碳绳收放轮上，碳绳的另一端依次通过导向轮和测量孔后伸入到多晶硅铸锭炉中，在碳绳的另一端的端部吊接有氮化硅测晶棒，在测量支架上分别设置有碳绳的张力传感器和氮化硅测晶棒的光电位置传感器。

在测量孔正上方的测量支架上设置有观察窗，氮化硅测晶棒的底端面为四分之一圆弧曲面。

本发明选取了氮化硅材质的测晶棒，其高温稳定性好且不与液态硅发生反应，伺服电机驱动其在自重作用下匀速下降，可下沉到液态硅中，当到达固液界面时，碳绳所受拉力会瞬间为接近零，此时张力传感器将会检查到张力突然减小，即可认为此位置已经到了固液界面，通过伺服电机的旋转圈数和碳绳的比例关系，可换算距离原点的位置，进而可以确定剩余籽晶的高度。然后伺服电机反向运转将测温棒提起，当测温棒到顶部的达光电位置传感器时，检查到原点位置，伺服电机停止运转。

本发明通过测晶棒在重力作用下和到达固液界面时的支持作用使碳绳拉力的突变来判断固液位置，通过系统自动换算确定半熔高效时籽晶的剩余高度，该装置不需要对现有炉体进行任何改动，安装在原来炉体的观察窗口位置，具有操作简单，测量迅速准确，成本低廉的特点。附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明在俯视方向上的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种多晶硅铸锭炉中高温液态硅中籽晶高度的测量装置，包括多晶硅铸锭炉中的固态籽晶8，在固态籽晶8上设置有液态硅7，在多晶硅铸锭炉炉体顶盖5上设置有测量孔12，在测量孔12上设置有测量支架13，在测量支架13上分别设置有伺服电机11和导向轮4，在伺服电机11的输出轴上设置有碳绳收放轮1，碳绳2的一端缠绕在碳绳收放轮1上，碳绳2的另一端依次通过导向轮4和测量孔12后伸入到多晶硅铸锭炉中，在碳绳2的另一端的端部吊接有氮化硅测晶棒6，在测量支架13上分别设置有碳绳2的张力传感器9和氮化硅测晶棒6的光电位置传感器10。

在测量孔12正上方的测量支架13上设置有观察窗3，氮化硅测晶棒6的底端面为四分之一圆弧曲面。

在碳绳2经过导向轮4下端挂有氮化硅测晶棒6，氮化硅测晶棒6初始位置经过光电位置传感器10确定，伺服电机顺时针旋转时，氮化硅测晶棒6在重力作用下下降，进入炉体顶盖5，一直垂直降到炉内坩埚中液态硅7中，由于氮化硅测晶棒6的密度大于液态硅的密度，其将继续下降，此时张力传感器9测量到的张力会逐渐减小，当氮化硅测晶棒6到达固态籽晶8的界面时，碳绳2所受到的拉力会接近为零，此时张力传感器9的张力会接近于零，伺服电机11自动记录此时为固液分界线，通过计算自动显示固态硅8的剩余高度。同时在整个检测过程中人员也可以从观察窗3对测量过程进行观察以确保检测数据的准确性。为了防止碳绳2断裂，氮化硅测晶棒6掉落砸破坩埚造成溢流的危险，氮化硅测晶棒6下端特采取了大圆弧底设计，保证氮化硅测晶棒6在自由下落进液态硅7时，在液态硅的不平衡冲击力下自然发生侧移，倾倒，减少重量直接冲击坩埚底部的危险。

使用该装置后，测量时均自动完成，伺服电机从原点开始降落，当测量的氮化硅棒到达固液面时，张力传感器的拉力瞬时为零，控制器即可判断此位置为固液面，通过伺服电机旋转的圈数自动换算下降高度，通过原点计算显示出目前的固液位置。操作简单方便，而且氮化硅棒只需定期清理上面的硅残留，一直可以反复使用。

Claims (2)

1.一种多晶硅铸锭炉中高温液态硅中籽晶高度的测量装置，包括多晶硅铸锭炉中的固态籽晶（8），在固态籽晶（8）上设置有液态硅（7），其特征在于，在多晶硅铸锭炉炉体顶盖（5）上设置有测量孔（12），在测量孔（12）上设置有测量支架（13），在测量支架（13）上分别设置有伺服电机（11）和导向轮（4），在伺服电机（11）的输出轴上设置有碳绳收放轮（1），碳绳（2）的一端缠绕在碳绳收放轮（1）上，碳绳（2）的另一端依次通过导向轮（4）和测量孔（12）后伸入到多晶硅铸锭炉中，在碳绳（2）的另一端的端部吊接有氮化硅测晶棒（6），在测量支架（13）上分别设置有碳绳（2）的张力传感器（9）和氮化硅测晶棒（6）的光电位置传感器（10）。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭炉中高温液态硅中籽晶高度的测量装置，其特征在于，在测量孔（12）正上方的测量支架（13）上设置有观察窗（3），氮化硅测晶棒（6）的底端面为四分之一圆弧曲面。