CN105603515A - 一种用于多晶铸锭炉的导流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多晶铸锭炉的导流装置，包括轴向连接的配接筒和导流筒；所述配接筒包括中空的配接筒部和进气台部，配接筒部的筒壁内设置与其共中心线的下端开口的第一缓冲腔，进气台部内设置进气孔，进气孔和第一缓冲腔连通；所述导流筒上端部的筒壁内设置上端面开口的且和第一缓冲腔对应的第二缓冲腔；所述导流筒的筒壁内设置至少一条自第二缓冲腔的下端面沿圆柱状螺旋线向下延伸的导流气道，导流气道的出口位于导流筒的下端部。本发明导流装置具有通向铸锭炉内的视场，导流装置使载气分散地吹射液态硅，增加载气和液态硅的接触面，减少载气导致的局域过冷及载气促进的杂质形成；同时载气驱动液态硅中产生旋转流场，促进杂质挥发。

Description

一种用于多晶铸锭炉的导流装置

技术领域

本发明涉及一种导流装置，尤其涉及一种用于多晶铸锭炉的用以引导载气流向的导流装置，属于晶体生长设备领域。

背景技术

多晶铸锭炉10主要由红外探测仪16、炉体11、导流装置12、隔热笼13、加热器14、石墨平台15构成，如图1所示。导流装置12包括石墨管123、配接螺母121和导流管122。导流管122的上端部设有和配接螺母121内螺纹相配合的外螺纹，导流管122的上端部穿过隔热笼的顶保温板中部的通孔，和顶保温板上方的配接螺母121固定，导流管122下端穿过石墨护板上方的盖板中部的通孔，正对坩埚内的硅料。石墨管123装配在配接螺母121和炉顶的观察孔之间。红外探测仪16设置在导流装置12的正上方，红外探测仪16的探头正对着铸锭炉内的硅料。导流装置12主要用于向炉内输送载气，观察炉内的状况，插入测晶棒测量晶体的生长速度，以及红外探测仪探测炉内硅料的状态。导流装置12是察看炉内状况特别硅料状况的唯一的观察途径。红外探测仪16用于探测硅料的状态是固态还是液态，在自动长晶工艺过程中，多晶铸锭炉根据红外探测仪16的信号的变化做出化料完成、中部长晶完成等报警处理，以警报操作人员及时通过导流装置12确认硅料的状态及长晶状况，并做出操作处理，进入下一步工序过程。

多晶铸锭炉采用四侧壁、顶面五面加热的加热方式，如图1所示。坩埚内液态硅的四侧的温度高于中部的温度，将形成四侧的液态硅上浮、中部的液态硅下沉的自然对流流场。四侧温度较高的液态硅中熔解的某些杂质(如碳、氮)的熔解度若达到或接近饱和，当其流到中部时，由于温度降低，杂质熔解度过饱和，将导致杂质如碳、氮等形核析出；杂质核随着液流下沉温度下降并逐步生长形成杂质夹杂物。如图1所示，载气经导流装置12的出口集中垂直地吹向液态硅17的中心区域，该区域单位面积上接触的载气量大，载气从该区域液态硅中带走的热量多，将造成该区域液态硅温度进一步下降，过冷度增强，从而促进液态硅中的杂质如碳、氮等杂质过饱和形核析出，并促进杂质核快速生长形成宏观杂质，如碳化硅杂质、氮化硅杂质。碳化硅杂质具有电活性，会影响太阳能电池的转化效率。申请号201310564191.X及201310564069.2的中国专利申请中均公开了一种改变载气流向的导流装置，目的是使坩埚中液态硅旋转加强杂质的挥发。两件专利申请中公开的导流装置均使载气倾斜地吹向液态硅，也能够减少液态硅单位面积上所接触的载气量，但存在诸多问题：载气集中吹射液态硅表面的某一区域，仍易造成该区域温度下降液态硅过冷，促进液态硅中杂质形核生长；导流装置中通向铸锭炉内的视场均被完全遮挡，通过炉顶的观察窗经导流装置无法察看铸锭炉内的状态，不方便司炉操作；测晶棒无法穿过导流装置插到铸锭炉内，晶体生长速度不能测量；以及红外探测仪无法探测炉内硅料的状态，自动长晶工艺不能正常进行。因此，亟需开发一种用于改变载气流向的用于多晶铸锭炉的导流装置，以使载气分散地吹在液态硅表面的不同区域，改变载气流的流向，增加载气流和液态硅表面的接触面积，同时导流装置中具有通向铸锭炉内的视场。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于多晶铸锭炉的用以引导载气流向的导流装置。以克服现有技术的导流装置在应用中所存的问题：载气集中吹射液态硅表面的某一区域，载气从该区域带走大量热量，造成该区域液态硅局域过冷，促进液态硅中杂质形核生长；导流装置中通向铸锭炉内的视场被完全遮挡，通过观察窗经导流装置无法察看铸锭炉内的状态，不方便司炉操作；测晶棒不能穿过导流装置而无法插到铸锭炉内，晶体生长速度不便测量；红外探测仪无法探测炉内硅料的状态，自动长晶工艺不能正常进行。

本发明的一种技术方案是提供一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其设计要点在于：包括轴向固定连接的配接筒和导流筒；所述配接筒包括中空的配接筒部和进气台部，配接筒部的筒壁内设置与其共中心线的下端开口的第一缓冲腔，进气台部上设置用于载气流入的进气孔，进气孔和第一缓冲腔间通过连通气道连通；所述导流筒上端部的筒壁内设置与其共中心线的上端面开口的第二缓冲腔，第二缓冲腔和第一缓冲腔相对应；所述导流筒的筒壁内设置至少一条自第二缓冲腔下端面沿圆柱状螺旋线向下延伸的导流气道，导流气道的出口位于导流筒的下端。

在应用中，导流装置的导流筒的上端部穿过隔热笼的顶保温板中部的通孔，和设置在顶保温板上方的配接筒轴向装配，配接筒和导流筒通过螺纹紧固连接，使导流筒固定在顶保温板上。石墨管装配于配接筒和铸锭炉炉顶的观察孔之间，输气管设置在石墨管内，上端和铸锭炉上已有的载气的进气口连通，下端和本发明导流装置的进气孔连通。导流装置中具有通向铸锭炉内的视场，通过导流装置从炉顶的观察窗可察看铸锭炉内的状态、插入测晶棒、红外探测仪可正常探测铸锭炉内的硅料的状态，自动长晶工艺顺利进行。导流装置使载气分散倾斜地吹在液态硅表面的不同区域，增加载气流和液态硅表面的接触面积，载气流所接触区域的液态硅的过冷度减小，从而减少甚至避免了液态硅中由载气所促进的杂质的生成。

在具体实施中，本发明还有如下进一步优选的技术方案。

作为优选地，所述连通气道的一端部和进气孔相切连通，另一端部和第一缓冲腔的侧面相切连通。

作为优选地，所述进气台部和配接筒部一体成型，并设置在配接筒部的内部。

作为优选地，所述导流气道出口段的螺旋线的螺距逐渐减小，导流气道的出口位于导流筒的下端面；或者，

所述导流气道出口段的螺旋线的螺距逐渐减小、半径逐渐增大，导流气道的出口位于导流筒外侧面的下端或位于导流筒的外侧面和下端面的交处。

作为优选地，所述导流气道的数量为2个、3个或4个。

作为优选地，所述配接筒的下端部设有内螺纹，所述导流筒的上端部设有和所述内螺纹相配合的外螺纹。

作为优选地，所述导流筒的中部设有沿其外表面做周向延伸的呈环状的凸缘。

作为优选地，所述配接筒和导流筒的材质为石墨或钼。

本发明导流装置的进气台部设置在配接筒部的内部，为了避免在多晶铸锭炉的双层水冷的钢制炉体上、以及隔热笼的保温板上开设输气管贯穿的通孔，也方便输气管的布置连通。进气台部对导流装置中通向铸锭炉内的视场产生了遮挡，但被遮挡的面积不足视场面积的四分之一，导流装置中具有通向铸锭炉内的视场。通过导流装置从炉顶的观察窗可以察看铸锭炉内硅料的状态，可以插入测晶棒测量晶体的生长速度；红外探测仪通过导流装置可以探测炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利进行。导流装置把载气分成多束载气流分别倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，有效地增加了载气和液态硅表面的接触面积，单位面积所接触的载气量较少，载气从单位面积带走的热量较少，载气导致该区域液态硅温度的降幅减小，过冷度减弱，减少甚至消除了该区域液态硅中由载气所导致的杂质过饱和形核以及所促进的杂质核生长形成杂质夹杂物。导流装置流出的出射载气流分散倾斜地吹射液态硅表面的，所吹射区域围绕液态硅的中心分布，出射载气流对液态硅产生载气应力，载气应力驱动表层液态硅流动，并形成作周向流动的旋转流场。旋转流场有利于液态硅内部的杂质输运到表面，促进杂质的挥发；旋转流场还有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布，使晶体的径向电阻率分布更均匀。

本发明的另一技术方案是提供一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其设计要点在于：包括固定连接的中空的导流筒部和进气台部，所述导流筒部上端部的筒壁内设置与其共中心线的缓冲腔；进气台部上设置用于载气流入的进气孔，进气孔和缓冲腔间通过连通气道连通；所述导流筒部的筒壁内设置至少一条自缓冲腔的下端面沿圆柱状螺旋线向下延伸的导流气道，导流气道的出口位于导流筒部的下端。

应用中，把本发明的导流装置装配于现有技术的导流装置的导流管的下端，输气管设置在现有技术的导流装置的内部，输气管的上端和铸锭炉上已有的载气的进气口连通，下端和本发明导流装置的进气孔连通。本发明导流装置中具有通向铸锭炉内的视场，通过该导流装置从炉顶的观察窗可察看铸锭炉内的状况、插入测晶棒、红外探测仪可正常探测铸锭炉内的硅料的状态，自动长晶工艺顺利进行。该导流装置使载气分散倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，增加载气流和液态硅表面的接触面积，载气流所吹射区域的液态硅的过冷度减小，从而减少甚至避免了液态硅中由载气所促进的杂质的生成。

作为优选地，所述连通气道的一端部和进气孔相切连通，另一端部和缓冲腔的侧面相切连通。

作为优选地，所述导流筒部和进气台部一体成型，进气台部设置在导流筒部的内部。

作为优选地，所述导流气道出口段的螺旋线的螺距逐渐减小，导流气道的出口位于导流筒部的下端面；或者，

所述导流气道出口段的螺旋线的螺距逐渐减小、半径逐渐增大，导流气道的出口位于导流筒部外侧面的下端或位于导流筒部的外侧面和下端面的交处。

作为优选地，所述导流气道的数量为3个、4个或5个。

作为优选地，所述导流装置的导流筒部的上端部设置沿中心线方向的内螺纹或外螺纹。

作为优选地，所述导流装置的材质为石墨或钼。

本发明导流装置的进气台部设置在导流筒部的内部，为了避免在多晶铸锭炉的双层水冷的钢制炉体上、以及隔热笼的保温板上开设输气管贯穿的通孔，并方便输气管的布置连通。所述进气台部对导流装置中通向铸锭炉内的视场产生了遮挡，但被遮挡的面积不足视场面积的四分之一，导流装置中具有通向铸锭炉内的视场。通过该导流装置从炉顶的观察窗可以察看铸锭炉内硅料的状态，可以插入测晶棒测量晶体的生长速度；红外探测仪通过导流装置可以探测炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利进行。导流装置把载气分成多束载气流分别倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，有效地增加了载气和液态硅表面的接触面积，单位面积所接触的载气量较少，载气流从单位面积带走的热量较少，载气流导致该区域的液态硅的温度降幅减小，过冷度减弱，减少甚至消除了该区域液态硅中由载气所促进的杂质过饱和形核以及杂质核生长形成杂质夹杂物。导流装置流出的出射载气流分散倾斜地吹射液态硅表面，所吹射区域围绕液态硅的中心分布，出射载气流对液态硅产生载气应力，载气应力驱动表面层液态硅流动，并在液态硅中形成作周向流动的旋转流场，有利于液态硅内部的杂质输运到表面，促进杂质的挥发；旋转流场还有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布，使晶体的径向电阻率分布更均匀。

本发明的再一种技术方案是提供一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其设计要点在于：包括缓冲腔部、进气管部和至少一条导流气管；所述缓冲腔部主要由内侧壁、外侧壁、上端壁和下端壁所构成的呈环状的密闭腔体；进气管部的一端部和缓冲腔部固定并连通；所述导流气管沿圆柱状螺旋线分布在缓冲腔部的下方，导流气管上端的进口和缓冲腔部的下端壁连通并固定，导流气管下端的出口围绕缓冲腔部的中心线沿着相同的角向分布。

使用中，把本发明的导流装置装配于现有技术的导流装置的导流管的下端，输气管设置在现有技术的导流装置的内部，输气管的上端和铸锭炉上已有的载气的进气口连通，下端和本发明导流装置的进气管部连通。本发明导流装置中具有通向铸锭炉内的视场，通过该导流装置从炉顶的观察窗可察看铸锭炉内的状态、插入测晶棒、红外探测仪可正常探测铸锭炉内的硅料的状态。该导流装置使载气分散倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，增加载气和液态硅表面的接触面积，单位面积上被载气带走的热量减少，载气所吹射区域的液态硅的过冷度减小，从而减少甚至避免了液态硅中由载气所促进的杂质的生成。

作为优选地，所述进气管部和缓冲腔部间通过连通管连通，所述连通管的一端部和进气管部相切连通并固定，另一端部和缓冲腔部的侧壁相切连通并固定。

作为优选地，所述进气管部设置在缓冲腔部的内部。

作为优选地，所述导流气管出口段的螺旋线的螺距逐渐减小，导流气管的出口位于缓冲腔部下端壁的正下方；或者，

所述导流气管出口段的螺旋线的螺距逐渐减小、半径逐渐增大，导流气管的出口位于缓冲腔部外侧壁的延伸面的下端或位于缓冲腔部外侧壁的延伸面的外部。

作为优选地，所述导流气管的数量为2个、3个或4个。

作为优选地，所述导流装置还包括中空的呈筒状的紧固部，紧固部和缓冲腔部顶端轴向固定，紧固部没有沿中心线方向的内螺纹或外螺纹。

作为优选地，所述缓冲腔部、进气管部、导流气管和紧固部的材质为钼。

本发明导流装置的进气管部设置在缓冲腔部的内部，一方面避免了在多晶铸锭炉的双层水冷的钢制炉体上、以及隔热笼的保温板上开设输气管贯穿的通孔，另一方面方便输气管的布置连通。所述进气管部对导流装置中通向铸锭炉内的视场产生了遮挡，但被遮挡的面积不足视场面积的四分之一，导流装置中具有通向铸锭炉内的视场。通过导流装置从炉顶的观察窗可以察看铸锭炉内的硅料的状态，可以插入测晶棒测量晶体的生长速度；红外探测仪通过导流装置可以探测炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利进行。导流装置把载气分成多束载气流分别倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，有效地增加了载气和液态硅表面的接触面积，单位面积所接触的载气量较少，载气流从单位面积带走的热量较少，载气流所导致的该区域液态硅的温度降幅减小，过冷度减弱，减少甚至消除了该区域液态硅中由载气所促进的杂质过饱和形核以及杂质生长形成杂质夹杂物。导流装置的出射载气流分散倾斜地吹向液态硅的表面，所吹射区域围绕液态硅的中心分布，出射载气流对吹射区域的液态硅产生较大的载气应力，载气应力驱动表面层液态硅流动，并在液态硅中形成作周向流动的旋转流场，有利于液态硅内部的杂质输运到表面，促进杂质的挥发；旋转流场还有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布，使晶体的径向电阻率分布更均匀。

有益效果

导流装置中具有通向铸锭炉内的视场，通过把进气台部(进气管部)设置在配接筒部/导流筒部(缓冲腔部)内，其虽对视场有遮挡，但被遮挡的面积不足视场面积的四分之一，导流装置中具有通向铸锭炉内的视场；通过导流装置可顺利地察看铸锭炉内的状态，方便司炉操作；通过导流装置插入测晶棒，测量晶体的生长速度；红外探测仪通过导流装置可探测铸锭炉内的硅料的状态，自动长晶工艺可顺利进行。

减少液态硅中载气所导致的局域过冷，导流装置的多个导流通道使载气分成多束载气流，多束载气流分散倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，有效地增加了载气和液态硅表面的接触面积，载气流吹射区域的液态硅的单位面积上接触的载气量减少，载气流从该单位面积上所带走的热量减少，该区域由载气流所导致的局域温度降幅减小，从而减少甚至避免了液态硅中由载气所导致的局域过冷，以及所促进的杂质形核生长。

促进杂质挥发和杂质均匀分布，提高晶体的质量，导流装置的多个导流通道围绕导流装置的中心线均匀分布，载气经多个导流通道分成多束载气流，载气流分别倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，载气流所吹射区域围绕液态硅表面的中心分布，载气流对液态硅产生驱动层流的载气应力，载气应力驱动着液态硅流动，形成绕其中心流动的旋转流场。旋转流场有利于把液态硅表面漂浮的杂质输运到液态硅边缘，减少漂浮的杂质对晶体良率的影响，提高晶体的成品率；还有利于将液态硅内部的杂质输运到液态硅的表面，加速液态硅中杂质的挥发；液态硅在自然对流流场和旋转流场的共同作用下，有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布，避免杂质局域富集，使晶体径向电阻率分布更均匀，晶体的质量得到进一步提高。

本发明导流装置，不需要对铸锭炉的钢制炉体及隔热笼的保温板进行改造，改造成本低，改造难度小。

附图说明

图1现有技术中多晶铸锭炉的结构构造示意图。

图2实施方式1的导流装置的使用状态的装配关系示意图。

图3图2中的配接筒21的剖视示意图。

图4图3中的A-A方向剖视示意图。

图5图2中的导流筒22的剖视示意图。

图6图5中的B-B方向剖视示意图。

图7图5的仰视示意图。

图8图2中的导流筒22沿图6中OR面切展开后导流气道222分布的示意图。

图9图2中的配接筒21的另一种结构的剖视示意图。

图10图9中的C-C方向剖视示意图。

图11实施方式2的导流装置的使用状态的装配关系示意图。

图12图11中的导流装置30的剖视示意图。

图13图12中的D-D方向剖视示意图。

图14图12的仰视示意图。

图15图11中的导流装置30沿图13中OR面切展开后导流气道36分布的示意图。

图16图11中的导流装置30的另一种结构的剖视示意图。

图17图16中的E-E方向剖视示意图。

图18实施方式3的导流装置的应用状态的装配关系示意图。

图19图18中的导流装置40的剖视示意图。

图20图19中的F-F方向剖视示意图。

图21导流通道设计示意图。

图中，12-导流装置，121-配接螺母，122-导流管，123-石墨管，60-顶隔热板，20、30、40-导流装置，21-配接筒，22-导流筒，221-配接筒部，212-进气台部，213、33-进气孔，214/34-连通气道，215-第一缓冲腔，216-环形台阶，217、37、46-内螺纹，221-第二缓冲腔，222、36-导流气道，223-凸缘，224-外螺纹，31-导流筒部，32-进气台部，35-缓冲腔，41-缓冲腔部，42-进气管部，43-导流气管，44-连通管，45-紧固部。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的介绍。

实施方式1

本发明的一种用于多晶铸锭炉的导流装置，如图2所示，所述导流装置20包括配接筒21和导流筒22。所述配接筒21的下端部设有内螺纹217，导流筒22的上端部设有外螺纹224；配接筒21的内螺纹217和导流筒22的外螺纹224相配合。导流筒22的中部设有沿其外表面做周向延伸的凸缘223，如图5所示，凸缘223环绕导流筒22外表面一周，在导流筒22的表面上形成呈环状的凸起结构，起限位、固定作用。在应用中，导流筒22的上端部穿过隔热笼的顶保温板60中部的通孔，和设置在顶保温板60上方的配接筒21轴向装配，配接筒21和导流筒22通过上述的内、外螺纹217、224紧固连接。配接筒21和凸缘223共同作用把导流筒22固定在顶保温板60上。所述配接筒21和导流筒22的材质为石墨，优先地为等静压石墨，也可以为成本较高的金属钼或钛。

其中，所述配接筒21，如图3所示，包括配接筒部211和进气台部212，配接筒部211为中部设有与其共中心线的通孔的圆柱体，即为圆筒，配接筒部211的顶部设置内径大于该通孔的沉孔，所述沉孔和通孔共中心线，该沉孔和通孔共同作用使配接筒部211的顶部形成环形台阶216。所述环形台阶216用于装配现有技术中用于输运载气的石墨管123，如图2所示。配接筒部211的筒壁内设置作周向延伸的呈环状的下端开口的第一缓冲腔215，第一缓冲腔215和配接筒部211共中心线，如图3、图4所示，第一缓冲腔215位于环形台阶216的下方。所述配接筒部211的下端部设置上述的内螺纹217，位于第一缓冲腔215的下方。所述内螺纹217沿配接筒部211的中心线方向延伸，并和配接筒部211共中心线，如图3所示。

所述进气台部212设置在配接筒部211的内部，如图3、4所示，进气台部212和配接筒部211一体成型，以避免石墨材质部件不易固定连接的问题。进气台部212内设置用于载气流入的进气孔213，进气孔213和第一缓冲腔215间通过连通气道214连通。所述连通气道214沿顺时针方向布置，如图4所示，连通气道214的一端部和进气孔213相切连通，另一端部和第一缓冲腔215的侧面相切连通，所述连通气道214中的载气气流以顺时针方向流入第一缓冲腔215内。

其中，所述导流筒22上端部设置上述的外螺纹224，该外螺纹224和上述内螺纹217相配合。导流筒22上端部的筒壁内设置上端面开口的第二缓冲腔221，第二缓冲腔221为环绕导流筒22中心线一周的呈环状的腔室，如图5所示，所述外螺纹224嵌套在第二缓冲腔221的外侧壁的外侧，所述第二缓冲腔221、外螺纹224和导流筒22共中心线。所述第二缓冲腔221和第一缓冲腔215相对应，即第二缓冲腔221的上端开口和第一缓冲腔215下端开口正相对。所述导流筒22的筒壁内设置4条导流气道222，如图5-8所示，4条导流气道222围绕着导流筒22的中心线均匀分布，如图6所示，导流气道222也可以是2条或3条或5条以上。该导流气道222自第二缓冲腔221的下端面起沿着圆柱状的螺旋线向下延伸，即导流气道222的中心线沿着螺旋线方向向下延伸，并和该螺旋线重合。所述螺旋线非等螺距，上端的螺距长下端的螺距短，导流气道出口处的螺距最短；螺旋线位于导流筒22的筒壁内，沿顺时针方向旋转(从上向下看时)，与连通气道214中载气气流的方向相同，螺旋线和导流筒22共中心线。导流气道222的上端部的进口和第二缓冲腔221的下端面连通，导流气道222的下端部的出口位于导流筒22的下端部，如图8所示。

所述导流气道222和连通气道214沿相同的螺旋方向布置，连通气道214和进气孔213、第一缓冲腔215分别相切连通，在连通处分别平滑过渡。如此方式布局的气道可以减少载气流通的阻力，使载气保持较高的动能，进入第一、二缓冲腔215、221，载气在第一、二缓冲腔内旋转，有较长的流程，有利于载气较均匀地流入导流气道222内。所述载气流经进气孔213、连通气道214、第一二缓冲腔215、221和导流气道222所遇到的流通阻力较小，动能损耗较少，载气流到导流气道222的出口处仍具有较高的能量，使得载气具有较高的出射速度，出射载气流对液态硅产生较大的载气应力，有助于促进液态硅旋转，在液态硅中产生较强的旋转流场。

通过改变导流气道222出口段的螺旋线的螺距和半径，来设计导流气道222的出口位于导流筒22的下端部的位置，以及该导流气道222的出口处的载气流的出射方向，也即导流气道222的出口处的中心线的切线方向。所述导流筒22下端部的螺旋线的螺距逐渐减小、半径不变时，导流气道222的出口位于导流筒22的下端面上，如图7所示，导流气道222的出口处的中心线的切线(即载气的出射方向)和导流筒22的下端面(平行于液态硅表面)间的夹角(切线和下端面法线间的夹角)逐渐增大，出射载气流和液态硅表面的接触面积逐渐增大；当导流气道222出口处的螺距接近于导流气道222的孔的内径时，导流气道222的出口处的中心线的切线和导流筒22下端面(平行于液态硅表面)间的夹角接近90度，即导流气道222出口处中心线的切线和导流筒22下端面接近平行，此时出射载气流的和液态硅表面接近平行，出射载气流和液态硅表面的接触面积最大，液态硅的被载气流吹射的区域的单位面积上接触的载气的量最少，载气流从该区域的单位面积上所带走的热量最小，载气流吹射区域的液态硅的温度降幅最小，过冷度减弱，大大减少甚至消除了液态硅中由载气所促进的熔体过冷及杂质形成。另外，还可以根据地需要，改变导流气道222出口段的螺旋线的螺距和半径，使螺旋线下端部的螺距逐渐减小、半径逐渐增大，则导流气道222的出口位于导流筒22外侧面的下端，也可以位于导流筒22的外侧面和下端面的交处，如图9、图10所示，以方便设计导流气道222的出口方向，优化载气流在液态硅表面上吹射的区域，在载气压力确定的情况下，使液态硅中产生较强的旋转流场；以及增加载气流和液态硅表面相接触的面积，减少液态硅的单位表面积上被载气流所带走的热量，降低液态硅中的由载气所导致的局域温度的降幅，减少载气导致液态硅中产生的杂质，提高晶体的质量。

本实施方式的导流装置设有4条用以改变载气流向的导流气道，4条导流气道围绕着导流装置的中心线均匀分布，4条导流气道的出口分别对着液态硅表面的不同区域，液态硅表面上将形成4个载气流的吹射区域。载气经导流装置的4条导流气道分成4条载气流，该4条载气流分别分散地吹射液态硅表面的4个区域，出射载气流所吹射的4个区域围绕着液态硅的中心分布，每个吹射区域所接触的载气量只有输气量的1/4，且出射载气流倾斜地吹射液态硅的表面，出射载气流和液态硅表面的接触面要大于载气流束的截面，则每束载气流从吹射区域的液态硅中所带走的热量小于现有技术的集中垂直吹气的1/4，载气流所吹射区域的液态硅的局域温度降幅大大减少，过冷度减小，液态硅中载气导致的杂质的形核机率减少，降低了载气所促进的杂质的形成。通过调整导流气道的出口方向，改变出射载气流和液态硅表面间的夹角(出射载气流和液态硅表面法线的夹角)，增大该夹角，可以增加载气流和液态硅表面的接触面积，该接触面积将增加到载气流束截面积的上述夹角余弦值的倒数倍。此方式和多条导流通道的方式相结合，可以有效地增加载气和液态硅表面的接触面积，使载气流从吹射区域的液态硅的单位面积上带走更少的热量。适当地减小出射载气流和液态硅表面间的夹角，如30-40度，出射载气流倾斜地吹射液态硅的表面，载气流吹射区域的液态硅的单位面积上接触的载气量略有增加，但出射载气流对液态硅产生较大的驱动层流的载气应力，载气应力驱动表面层液态硅流动；载气流所吹射的区域围绕着液态硅的中心分布，载气应力围绕着液态硅的中心分布，则在液态硅中形成作周向流动的较强的旋转流场。旋转流场有利于把液态硅表面漂浮的杂质输运到液态硅的边缘，减少漂浮的杂质对晶体良率的影响，提高晶体的成品率；同时还有利于将液态硅内部的杂质输送到表面，促进杂质的挥发；液态硅在自然对流流场和旋转流场的共同作用下，有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布，晶体的径向电阻率更均匀，晶体的质量得到进一步提高。

本发明导流装置包括配接筒21和导流筒22，配接筒21由配接筒部211和进气台部212构成，进气台部212设置在配接筒部211内部，改变载气流向的导流气道222设置在导流筒22的筒壁内。此外，所述进气台部212也可以设置在配接筒部211的外部，进气台部212将对本发明导流装置中通向铸锭炉内的视场没有任何遮挡，但是，需要对铸锭炉的钢制炉体及隔热笼的保温板进行改造，其难度大，成本高。本发明选择把进气台部212设置在配接筒部211内部，进气台部212虽然对导流装置中通向铸锭炉内的视场产生了遮挡，但被遮挡的面积非常小，不足视场面积的四分之一，如图4所示，对炉内状态的察看、测晶棒的插入、红外探测仪对硅料状态的探测均没有影响。更重要的是，不必在多晶铸锭炉的双层水冷的钢制炉体上、以及隔热笼的保温板上开设输气管50贯穿的通孔，还简化了输气管50和本发明导流装置的连通布局。本发明导流装置中的进气台部212虽然对导流装置中通向铸锭炉内的视场产生了遮挡，但被遮挡的面积不足视场面积的四分之一；因此，通过本发明的导流装置从炉顶的观察窗可以看到炉内硅料的状态，方便司炉操作；设置在导流装置正上方的红外探测仪通过导流装置可以探测到炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利地进行；通过导流装置可以将测晶棒插入到铸锭炉内，晶体生长速度方便测量。

实施方式2

本发明的一种用于多晶铸锭炉的导流装置，如图11、图12所示，所述导流装置30包括导流筒部31和进气台部32，导流筒部31和进气台部32的材质为价格较低的石墨，优选地为等静压石墨，也可以是成本较高的钼或钛。所述导流筒部31为中部设有沿中心线方向通孔的圆柱体，即圆筒，该通孔和导流筒部31共中心线，导流筒部31的上端设置用于固定连接的内螺纹37，内螺纹37沿导流筒部31的中心线方向延伸，根据需要也可以设置外螺纹。所述导流筒部31上端部的筒壁内设置沿周向延伸的缓冲腔35，缓冲腔35为环绕导流筒部31中心线一周的呈环状的腔室，缓冲腔35位于所述内螺纹37的下方，并与导流筒部31共中心线。所述进气台部32设置在导流筒部31的内部，如图12、图13所示，导流筒部31和进气台部32一体成型，以避免石墨部件不易固定连接的问题。进气台部32内设置用于载气流入的进气孔33，进气孔33和缓冲腔35间通过连通气道34连通。所述连通气道34沿顺时针方向布置，连通气道34的一端部和进气孔33相切连通，另一端部和缓冲腔35的侧面相切连通，如图13所示，以使连通气道34中载气气流沿顺时针方向流入缓冲腔35内。

所述导流筒部31的筒壁内设置4条导流气道36，如图13-15所示，4条导流气道36围绕着导流筒部31的中心线均匀分布，如图14、15所示，该导流气道36自缓冲腔35的下端面起沿着圆柱状螺旋线向下延伸，即导流气道36的中心线沿着螺旋线方向向下延伸，并和该螺旋线重合。所述螺旋线位于导流筒部31的筒壁内，螺旋线沿顺时针方向旋转(从上向下看时)，与连通气道34中载气气流的流动方向相同，螺旋线和导流筒部31共轴心线。所述导流气道36的上端部的进口和缓冲腔35的下端面连通，下端部的出口位于导流筒部31的下端。所述导流气道的数量也可以为2个、3个或5个及以上。

所述导流气道36和连通气道34沿相同的螺旋方向布置，连通气道34和进气孔33、缓冲腔35分别相切连通，在连通处分别平滑过渡。如此方式布局的气道可以减少载气流通的阻力，减少载气的能量损耗，使载气保持较高的动能，进入缓冲腔35，载气在缓冲腔35内旋转，有较长的流程，有利于载气较均匀地流入导流气道36内。所述载气流经进气孔33、连通气道34、缓冲腔35和导流气道36所遇到的流通阻力较小，动能损耗较少，载气流到导流气道36的出口处仍具有较高的能量，使得载气具有较高的出射速度，出射的载气流对液态硅产生较大的载气应力，有助于促进液态硅旋转，在液态硅中产生较强的旋转流场。

通过改变导流气道36出口段的螺旋线的螺距和半径，来设计导流气道36的出口位于导流筒部31的下端部的位置，以及该导流气道36的出口处的载气流的出射方向，也即导流气道36的中心线在出口处的切线方向。所述导流气道36的出口段的螺旋线的螺距逐渐减小、半径不变时，导流气道36的出口位于导流筒部31的下端面上，如图14所示，导流气道36的中心线在出口处的切线(即载气流的出射方向)和导流筒部31的下端面(平行于液态硅表面)间的夹角(切线和下端面法线间的夹角)逐渐增大，出射的载气流和液态硅表面的接触面积逐渐增大；当导流气道36出口段的螺距接近于导流气道36的孔的孔径时，导流气道36的中心线在出口处的切线和导流筒部31下端面(平行于液态硅表面)间的夹角接近90度，即导流气道36的中心线在出口处的切线和导流筒部31下端面接近平行，此时出射的载气流和液态硅表面接近平行，出射载气流和液态硅表面的接触面积最大，液态硅的被载气流吹射区域的单位面积上所接触的载气量最少，载气流从液态硅的单位面积上所带走的热量最少，载气流所接触的液态硅的温度降幅最小，则大大减少甚至消除了液态硅中由载气所促进的杂质形成。另外，还可以根据地需要，改变导流气道36出口段的螺旋线的螺距和半径，使螺旋线下端部的螺距逐渐减小、半径逐渐增大，则导流气道36的出口位于导流筒部31外侧面的下端，也可以位于导流筒部31的外侧面和下端面的交处，如图16、图17所示，以方便设计导流气道36的出口方向，优化载气流和液态硅表面相接触的位置，如使其在液态硅中心和液态硅边沿之间的中间位置，在载气压力一定的情况下，使液态硅中产生较强的旋转流场；以及增加载气流和液态硅表面相接触的面积，减少载气流从其吹射区域的液态硅的单位表面积上所带走的热量，降低载气导致的液态硅中的局部温度的降幅，减少载气导致液态硅中产生的杂质，提高晶体的质量。

本实施方式的导流装置设置了4条用以改变载气流向的导流气道，4条导流气道围绕着导流装置的中心线均匀分布，4条导流气道的出口分别对着液态硅表面的不同区域，出射载气流在液态硅表面将形成4个吹射区域。载气经导流装置的4条导流气道分成4束载气流，该4束载气流分别分散地吹射液态硅表面，出射载气流在液态硅表面上形成4个吹射区域，所述4个吹射区域围绕着液态硅的中心分布，每个吹射区域所接触的载气量只有输气量的1/4，且出射载气流倾斜地吹射液态硅的表面，出射载气流和液态硅表面间的接触面积要大于出射载气流的截面面积，则每束载气流从吹射区域所带走的热量小于现有技术中集中垂直吹气的1/4，载气流所吹射区域的液态硅的温度降幅大大减少，过冷度减小，液态硅中载气导致的杂质形核机率减少，降低了载气所促进的杂质的形成。通过调整导流气道的出口方向，改变出射载气流和液态硅表面的夹角(出射载气流和液态硅表面法线的夹角)，增大该夹角，可以增加载气流和液态表面的接触面积，该接触面积将增加到载气流截面积的上述夹角余弦值的倒数倍。此方式和多条导流通道的方式相结合，可以有效地增加载气流和液态硅表面的接触面积，使载气流从其吹射区域的液态硅的单位面积上带走更少的热量。适当地减小出射载气流和液态硅表面间的夹角，出射载气流对液态硅产生更大的驱动层流的载气应力，使得液态硅中由载气产生的流场增强。调整导流气道的出口方向，使导流气道的中心线在出口处的切线和导流筒部31的下端面(平行于液态硅表面)间的夹角较小，如30-40度，即减小出射载气流和液态硅表面间的夹角，出射载气流倾斜地吹射液态硅的表面，吹射区域的液态硅的单位面积上接触的载气量略有增加，但出射载气流对液态硅产生较大的驱动层流的载气应力，载气应力驱动表面层液态硅流动；载气流所吹射的区域围绕着液态硅的中心分布，载气应力围绕着液态硅的中心分布，则在液态硅中形成沿周向流动的较强的旋转流场。旋转流场有利于把液态硅表面漂浮的杂质输运到液态硅的边缘，减少漂浮的杂质对晶体良率的影响，提高晶体的成品率；同时还有利于将液态硅内部的杂质输送到表面，促进杂质的挥发；液态硅在自然对流流场和旋转流场的共同作用下，有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布，晶体的径向电阻率分布更均匀，晶体的质量得到进一步提高。

在应用中，如图1、图11所示，现有技术中的导流装置12包括轴向依次连接的石墨管123、配接螺母121和导流管122。导流管122的上端部设有和配接螺母121内螺纹相配合的外螺纹。导流管122的上端部穿过隔热笼的顶保温板60中部的通孔，和设置在顶保温板60上方的配接螺母121相紧固，导流管122下端设置和本发明导流装置30上部的内螺纹37相配合的外螺纹。本发明导流装置30和导流管122通过所述内、外螺纹轴向紧固连接，导流装置30的下端部伸入设置在坩埚护板上的盖板的中部通孔，导流装置30的下端部的载气出口位于所述盖板下方，并和坩埚内的硅料相对。输气管50设置在现有技术的导流装置12内，如图11所示，输气管50的上端和铸锭炉上已有的载气的进气管连通，下端和本发明导流装置的进气孔33连通。本发明导流装置直接装配在现有技术导流装置12的导流管123的下端，仅需要在该导流管下端部上设置外螺纹，无需改造其它部件，改造更方便、成本更低。

本发明导流装置30包括导流筒部31和进气台部32，进气台部32设置在导流筒部31内部，改变载气流向的导流通道36设置在导流筒部31的筒壁内。此外，所述进气台部32也可以设置在导流筒部31的外部，这样的布局，进气台部32将对本发明导流装置中通向铸锭炉内的视场没有遮挡，但是，需要对铸锭炉的钢制炉体及隔热笼的保温板进行改造，其难度大，成本高。本发明选择把进气台部32设置在导流筒部31内，进气台部32虽然对导流装置中通向铸锭炉内的视场产生了遮挡，但被遮挡的面积非常小，不足视场面积的四分之一，如图13所示，对炉内状态的察看、测晶棒的插入、红外探测仪对硅料状态的探测均没有影响。更重要的是，不必在多晶铸锭炉的双层水冷的钢制炉体上、以及隔热笼的保温板上开设输气管50贯穿的通孔，还简化了输气管50和本发明导流装置的连通布局。本发明导流装置中的进气台部32虽然对导流装置30中通向铸锭炉内的视场产生了遮挡，但被遮挡的面积不足视场面积的四分之一；因此，通过本发明的导流装置从炉顶的观察窗可以看到炉内硅料的状态，方便司炉操作；设置在导流装置正上方的红外探测仪通过导流装置可以探测到炉内硅料的状态，有利自动长晶工艺顺利地进行；通过导流装置可以将测晶棒插入到铸锭炉内，方便测量晶体的生长速度。

实施方式3

本发明的一种用于多晶铸锭炉的导流装置，如图18、图19所示：所述导流装置40包括紧固部45，缓冲腔部41、进气管部42、连通管44和导流气管43，其材质为钼，也可以使用成本高的钛等耐高温材料。紧固部45为中空的筒，设置在缓冲腔部41的顶部，并和其轴向固定。紧固部45的内壁上设置沿缓冲腔部41中心线方向的内螺纹46，根据地需要也可以设置外螺纹。所述缓冲腔部41为呈环形筒状的密闭腔体，主要由内侧壁、外侧壁、上端壁和下端壁构成，内侧壁和外侧壁为筒状，内侧壁嵌套在外侧壁内，并共中心线。所述进气管部42设置在缓冲腔部41的内部，如图19、图20所示，进气管部42和缓冲腔部41固定，进气管部42和缓冲腔部41间通过连通管44连通，连通管44沿顺时针方向设置；所述连通管44的一端部和进气管部42相切连通并固定，另一端部和缓冲腔部41的侧壁相切连通并固定，如图20所示，以使连通管44中载气气流沿顺时针方向流入缓冲腔部41。所述缓冲腔部41的下方设置4条用以改变载气流向的导流气管43，如图20所示，4条导流气管43围绕缓冲腔部41的轴心线均匀分布，导流气管43也可以是2条或3条或5条以上。所述导流气管43沿圆柱状螺旋线分布在缓冲腔部41的正下方，即导流气管43的中心线沿着螺旋线方向向下延伸，并和该螺旋线重合。所述螺旋线位于缓冲腔部41下端壁的正下方，螺旋线沿顺时针方向旋转(从上向下看时)，与连通管44中载气气流的方向相同，螺旋线和缓冲腔部41共轴心线。导流气管43的上端部的进口端和缓冲腔部41的下端壁连通并固定，导流气管43的下端部的出口端位于缓冲腔部41下端壁的下方。所述导流气管的出口围绕缓冲腔部41的中心线沿着相同的角向均匀分布。

所述导流气管43和连通管44沿相同的螺旋方向布置，连通管44和进气管部42、缓冲腔部41的分别相切连通，在连通处分别做平滑过渡。如此方式布局的气道可以减少载气流通的阻力，使载气保持较高的动能，进入缓冲腔部41，在缓冲腔部41内旋转，有较长的流程，有利于载气较均匀地流入导流气管43内。所述载气流经进气管部42、连通管44、缓冲腔部41和导流气管43所遇到的流通阻力较小，动能损耗较小，载气流到导流气管43的出口处仍具有较高的能量，使得载气具有较高的出射速度，出射的载气流对液态硅产生较大的载气应力，有助于促进液态硅流动，在液态硅中产生较强的旋转流场。

通过改变导流气管43出口段的螺旋线的螺距和半径，来设计导流气管43的出口位于缓冲腔部41下端壁下方的位置，以及该导流气管43的出口处的载气流的出射方向，也即导流气管43的中心线在出口处的切线方向。所述导流气管43出口段的螺旋线的螺距逐渐减小、半径不变，导流气管43的出口位于缓冲腔部41的下端壁的正下方；导流气管43的中心线在出口处的切线(即载气流的出射方向)和缓冲腔部41下端壁面(平行于液态硅表面)间的夹角(切线和下端面法线间的夹角)逐渐增大，出射的载气流和液态硅表面间的接触面积逐渐增大；当导流气管43出口处的螺距接近于导流气管43的管内径时，导流气管43的中心线在出口处的切线和缓冲腔部41下端壁面(平行于液态硅表面)间的夹角接近90度，即导流气管43的中心线在出口处的切线和缓冲腔部41下端壁面接近于平行，此时出射的载气流和液态硅表面接近平行，出射载气流和液态硅表面的接触面积最大，液态硅被载气流吹射的表面上的单位面积所接触的载气量最少，载气流从液态硅的单位面积上所带走的热量最少，载气流所吹射区域的液态硅的温度降幅最小，过冷度减弱，大大减少甚至消除了液态硅中由载气所促进的杂质的形成。另外，根据需要，还可以改变导流气管43出口段的螺旋线的螺距和半径，当螺旋线下端部的螺距逐渐减小、半径逐渐增大时，则导流气管43的出口位于缓冲腔部41外侧壁的延伸面的下端，也可以选择位于缓冲腔部41外侧壁的延伸面的外部；以方便设计导流气管43的出口方向，优化出射的载气流和液态硅表面的相接触的位置，如使其处于液态硅中心和液态硅边沿之间的中间位置，在载气压力一定的情况下，使液态硅中产生较强的旋转流场；以及增加载气流和液态硅表面相接触的面积，减少载气流从其所吹射区域的液态硅的单位表面积上所带走的热量，降低载气流导致的液态硅中的局部温度的降幅，减少载气导致液态硅中产生的杂质，提高晶体的质量。

本实施方式的导流装置设有4条用以改变载气流向的导流气管，4条导流气管围绕着导流装置的中心线均匀分布，4条导流气管的出口分别对着液态硅表面的不同区域，出射载气流和液态硅表面将形成4个相接触的区域。载气经导流装置的4条导流气管分成4束载气流，该4束载气流分散地吹射液态硅表面，出射载气流在液态硅表面上形成4个吹射区域，4个吹射区域围绕着液态硅的中心分布，每个吹射区域所接触的载气量只有输气量的1/4，且出射载气流倾斜地吹射液态硅的表面，出射载气流和液态硅表面的接触面积要大于出射载气流的截面面积，则每束载气流从吹射区域所带走的热量小于现有技术的集中垂直吹气的1/4，载气流所吹射区域的液态硅的温度降幅大大减少，局域过冷度减小，液态硅中载气导致的杂质形核机率减少，降低了载气所促进的杂质的形成。通过调整导流气管的出口方向，改变出射载气流和液态硅表面间的夹角(出射载气流和液态硅表面法线的夹角)，增大该夹角，可以增加载气流和液态表面的接触面积，该接触面积将增加到载气流截面积的上述夹角余弦值的倒数倍；此方式和多条导流气管分散输送载气的方式共同作用，可有效地增加载气流和液态硅表面的接触面积，使载气流从吹射区域的液态硅的单位面积上带走的热量更少。适当地减小出射载气流和液态硅表面间的夹角，出射载气流对液态硅产生更强的驱动层流的载气应力，使得液态硅中由载气产生的流场增强。调整导流气管的出口方向，使导流气管的中心线在出口处的切线和缓冲腔部的下端壁面(平行于液态硅表面)间的夹角较小，如30-40度，出射载气流倾斜地吹射液态硅的表面，载气流吹射区域的液态硅的单位面积上接触的载气量略有增加，但出射载气流对吹射区域的液态硅产生较大的驱动层流的载气应力，载气应力驱动表层液态硅流动，载气流所吹射的区域围绕着液态硅的中心分布，载气应力围绕着液态硅的中心分布，则在液态硅中形成作周向流动的较强的旋转流场。旋转流场有利于把液态硅表面漂浮的杂质输运到液态硅的边缘，减少漂浮的杂质对晶体良率的影响，提高晶体的成品率；同时还有利于将液态硅内部的杂质输送到表面，促进杂质的挥发；液态硅在自然对流流场和旋转流场的共同作用下，有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布，避免杂质局域富集，晶体的径向电阻率分布更均匀，晶体的质量得到进一步提高。

在应用中，如图1、图18所示，现有技术中的导流装置12包括轴向装配的石墨管123、配接螺母121和导流管122。导流管122的上端部设有和配接螺母121内螺纹相配合的外螺纹。导流管122的上端部穿过隔热笼的顶保温板60的中部的通孔，和设置在顶保温板60上方的配接螺母121相紧固，导流管122下端设置和本发明导流装置40上部的内螺纹46相配合的外螺纹。本发明导流装置40和导流管122通过所述内、外螺纹轴向紧固连接，导流装置40的下端部伸入设置在坩埚护板上的盖板的中部通孔，导流装置40的下端部的载气出口位于所述盖板下方，并和坩埚内的硅料相对。本发明导流装置直接装配在现有技术的导流装置12的导流管122的下端，仅需要在该导流管122下端部上设置外螺纹，无需改造其它部件，改造成本更低。

本发明导流装置40包括进气管部42、缓冲腔部41和导流气管43；进气管部42设置在缓冲腔部41的内部，改变载气流向的导流气管43设置在缓冲腔部41的正下方。此外，所述进气管部42也可以设置在缓冲腔部41的外部，这样的布局，进气管部42将对本发明导流装置中通向铸锭炉内的视场没有遮挡，但是，需要对铸锭炉的钢制炉体及隔热笼的保温板进行改造，其难度大，成本高。本发明选择把进气管部42设置在缓冲腔部41的内部，进气管部42虽然对导流装置中通向铸锭炉内的视场产生了遮挡，但被遮挡的面积非常小，不足视场面积的四分之一，如图20所示，通过本发明导流装置，对炉内状态的察看、测晶棒的插入、红外探测仪对炉内硅料状态的探测均没有影响。更重要的是，不必在多晶铸锭炉的双层水冷的钢制炉体上、以及隔热笼的保温板上开设输气管50贯穿的通孔，还简化了输气管50和本发明导流装置的连通布局。本发明导流装置中的进气管部42虽然对导流装置40中的通向铸锭炉内的视场产生了遮挡，但被遮挡的面积不足视场面积的四分之一；因此，通过本发明的导流装置从炉顶的观察窗可以看到炉内硅料的状态，方便司炉操作；设置在导流装置正上方的红外探测仪通过导流装置可以探测到炉内硅料的状态，有利自动长晶工艺顺利地进行；通过导流装置可以将测晶棒插入到铸锭炉内，方便测量晶体的生长速度。

接下来为了方便描述，对三个实施方式中的相对应的技术名称进行统一化处理。所述进气孔213、33、进气管部42将通称为进气口；连通气道214、34、连通管44将通称为连通通道；第一二缓冲腔、缓冲腔35、缓冲腔部41将通称为缓冲腔；导流气道36、222、导流气管43将通称为导流通道。

导流通道的出口处的载气的出射方向，也即导流通道的中心线在出口处的切线方向，如图21所示，导流通道的中心线在出口处的切线和导流装置下端面间的夹角(切线和下端面法线间的夹角)标记为β，则载气流的出射方向和液态硅表面法线间的夹角也为β；出射载气流和液态硅表面的相接触面的中心处标识为A，导流通道的出口处到液态硅表面的距离标记为h，液态硅表面的中心位置标记为O，液态硅表面的中心O到载气和液态硅表面的相接触面中心A之间的距离标记为a，导流通道的出口处的螺旋线的半径标记为r，则a、r、h、β之间的关系可以近似地表达为：tgβ＝(a-r)/h；该公式可以用于导流通道的中心线在出口处的切线方向的设计依据，即载气流的出射方向的设计依据。若需要液态硅在载气流的驱动下产生较强的旋转流场，在设计导流通道的出口位置时，使出射载气流和液态硅表面相接触的位置尽量远离液态硅的中心，如处于液态硅中心O到液态硅边缘之间的中间位置或该中间位置偏外的位置，即让β较大，使图20中A点的位置尽量远离液态硅的中心O，并向坩埚靠拢。同时，减小导流装置的导流通道的出口距离液态硅表面的距离，减少导流通道的出口处的截面积、增加载气的供气压力，均有利提高出射载气在液态硅表面处的流速，出射载气对液态硅产生更大的载气应力，增强液态硅的流动，产生较强的旋转流场。

本发明导流装置的工作原理是：输气管把载气输送到本发明导流装置的进气口，载气经进气口流入导流装置的缓冲腔，并在缓冲腔内旋转，而后从缓冲腔的下端分别流入多条均匀分布的导流通道内，再从导流通道的出口处出射，出射的载气流倾斜地吹射液态硅的表面。多条导流通道使载气分散地吹射液态硅表面的不同区域，有效地增加了载气和液态硅表面的接触面积，单位面积上接触的载气量减少。现有技术中将载气集中吹射液态硅表面的中部区域，载气从该区域带走大量的热量，导致该区域液态硅的温度产生较大的降幅，过冷度增强，促进该区域的杂质过饱和形核并生成杂质夹杂物。本发明导流装置通过导流通道使载气分成多束载气流，多束载气流分别分散地吹射液态硅表面的不同区域，相比于现有技术中载气集中垂直吹射的方式，则被载气流吹射区域的液态硅的单位面积上接触的载气量较少，载气从该区域液态硅表面的单位面积上所带走的热量较少，载气流所吹射区域的液态硅的温度的降幅大大减小，过冷度减弱，从而减少甚至消除了液态硅中由载气所促进的杂质过饱和形核析出，以及所促进的杂质核生长形成杂质夹杂物，有利提高晶体特别载气吹射处的晶体的成品率和质量。导流装置的多条导流通道围绕着导流装置的中心线均匀分布；导流通道出口处的出射载气流绕着导流装置的中心线，也即液态硅的中心，均匀分布；出射载气流倾斜地吹射液态硅的表面，出射载气流和液态硅表面的相接触的区域围绕液态硅的中心均匀分布，载气流对所吹射区域的液态硅产生驱动层流的载气应力，载气应力围绕液态硅的中心均匀分布；载气应力驱动表层液态硅流动，并绕着液态硅的中心部沿周向流动，在液态硅中形成作周向流动的较强的旋转流场。旋转流场有利于把液态硅表面漂浮的杂质输运到液态硅的边缘，减少漂浮的杂质对晶体良率的影响，提高晶体的成品率；同时，有利于将液态硅内部的杂质输运到液态硅的表面，加速液态硅中杂质的挥发；液态硅在自然热对流流场和旋转流场的共同作用下，有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布，避免杂质局域富集，使晶体的径向电阻率分布更均匀，晶体的电性能得到优化，晶体的质量得到进一步提高。此外，通过设计导流通道的中心线在出口处的切线方向，调整出射载气流和液态硅表面间的夹角(出射载气流和液态硅表面法线间的夹角)β，增加夹角β可以增加载气流和液态硅表面的接触面积，接触面积将增加到载气流截面积的(1/cosβ)倍。适当地减小夹角β可以使出射载气流对液态硅产生更大的驱动层流的载气应力，使得液态硅中由载气产生的流场增强。因此，增加载气流和液态硅表面的接触面积，有效的方式是采用多条导流通道分散输送载气的方式和增加出射载气流和液态硅表面间的夹角的方式相结合。

和现有技术相比，本发明具有如下技术进步性。

1)导流装置中具有通向铸锭炉内的视场，通过把进气台部(进气管部)设置在配接筒部/导流筒部(缓冲腔部)内，其虽对视场有遮挡，但被遮挡的面积不足视场面积的四分之一，导流装置中具有通向铸锭炉内的视场；通过导流装置可顺利地察看铸锭炉内的状态，方便司炉操作；通过导流装置插入测晶棒，测量晶体的生长速度；红外探测仪通过导流装置可探测铸锭炉内的硅料的状态，自动长晶工艺可顺利进行。

2)减少液态硅中载气所导致的局域过冷，导流装置的多个导流通道使载气分成多束载气流，多束载气流分散倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，有效地增加了载气和液态硅表面的接触面积，载气流吹射区域的液态硅的单位面积上接触的载气量减少，载气流从该单位面积上所带走的热量减少，该区域由载气流所导致的局域温度降幅减小，从而减少甚至避免了液态硅中由载气所导致的局域过冷，以及所促进的杂质形核生长。

3)促进杂质挥发和杂质均匀分布，提高晶体的质量，导流装置的多个导流通道围绕导流装置的中心线均匀分布，载气经多个导流通道分成多束载气流，载气流分别倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，载气流所吹射区域围绕液态硅表面的中心分布，载气流对液态硅产生驱动层流的载气应力，载气应力驱动着液态硅流动，形成绕其中心流动的旋转流场。旋转流场有利于把液态硅表面漂浮的杂质输运到液态硅边缘，减少漂浮的杂质对晶体良率的影响，提高晶体的成品率；还有利于将液态硅内部的杂质输运到液态硅的表面，加速液态硅中杂质的挥发；液态硅在自然对流流场和旋转流场的共同作用下，有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布，避免杂质局域富集，使晶体径向电阻率分布更均匀，晶体的质量得到进一步提高。

4)本发明导流装置，不需要对铸锭炉的钢制炉体及隔热笼的保温板进行改造，改造成本低，改造难度小。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其特征在于：包括轴向固定连接的配接筒和导流筒；所述配接筒包括中空的配接筒部和进气台部，配接筒部的筒壁内设置与其共中心线的下端开口的第一缓冲腔，进气台部上设置用于载气流入的进气孔，进气孔和第一缓冲腔间通过连通气道连通；所述导流筒上端部的筒壁内设置与其共中心线的上端面开口的第二缓冲腔，第二缓冲腔和第一缓冲腔相对应；所述导流筒的筒壁内设置至少一条自第二缓冲腔下端面沿圆柱状螺旋线向下延伸的导流气道，导流气道的出口位于导流筒的下端。

2.根据权利要求1所述的一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其特征在于：所述连通气道的一端部和进气孔相切连通，另一端部和第一缓冲腔的侧面相切连通。

3.根据权利要求2所述的一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其特征在于：所述进气台部和配接筒部一体成型，并设置在配接筒部的内部。

4.一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其特征在于：包括固定连接的中空的导流筒部和进气台部，所述导流筒部上端部的筒壁内设置与其共中心线的缓冲腔；进气台部上设置用于载气流入的进气孔，进气孔和缓冲腔间通过连通气道连通；所述导流筒部的筒壁内设置至少一条自缓冲腔的下端面沿圆柱状螺旋线向下延伸的导流气道，导流气道的出口位于导流筒部的下端。

5.根据权利要求4所述的一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其特征在于：所述连通气道的一端部和进气孔相切连通，另一端部和缓冲腔的侧面相切连通。

6.根据权利要求5所述的一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其特征在于：所述导流筒部和进气台部一体成型，进气台部设置在导流筒部的内部。

7.一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其特征在于：包括缓冲腔部、进气管部和至少一条导流气管；所述缓冲腔部主要由内侧壁、外侧壁、上端壁和下端壁所构成的呈环状的密闭腔体；进气管部的一端部和缓冲腔部固定并连通；所述导流气管沿圆柱状螺旋线分布在缓冲腔部的下方，导流气管上端的进口和缓冲腔部的下端壁连通并固定，导流气管下端的出口围绕缓冲腔部的中心线沿着相同的角向分布。

8.根据权利要求7所述的一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其特征在于：所述进气管部和缓冲腔部间通过连通管连通，所述连通管的一端部和进气管部相切连通并固定，另一端部和缓冲腔部的侧壁相切连通并固定。

9.根据权利要求8所述的一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其特征在于：所述进气管部设置在缓冲腔部的内部。

10.根据权利要求9所述的一种用于多晶铸锭炉的导流装置，其特征在于：

所述导流气管出口段的螺旋线的螺距逐渐减小，导流气管的出口位于缓冲腔部下端壁的正下方；或者，

所述导流气管出口段的螺旋线的螺距逐渐减小、半径逐渐增大，导流气管的出口位于缓冲腔部外侧壁的延伸面的下端或位于缓冲腔部外侧壁的延伸面的外部。