CN105603522B - 一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流装置；导流装置设置多条导流气道，用于将输入载气分成多条出射载气流，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，载气流从单位面积上带走的热量更少，该区域液态硅的温度降幅减少，过冷度减小，降低了载气所导致的杂质形核及杂质形成。出射载气流对液态硅产生载气应力，其驱动液态硅流动，并形成作周向流动的旋转流场；旋转流场有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布。炉顶的观察窗经导流装置具有通向铸锭炉内的视场，通过观察窗可察看炉内的状态、将测晶棒插到炉内，红外探测仪可探测炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利地进行。

Description

一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉

技术领域

本发明涉及一种多晶硅铸锭炉，尤其涉及一种带有用于改变载气流向的导流装置的多晶硅铸锭炉，属于晶体生长设备领域。

背景技术

多晶硅铸锭炉主要由红外探测仪90、炉体11、导流装置12、隔热笼14、加热器15、换热平台16和石墨立柱17构成，如图1所示，炉体11上的顶端盖113的中部设有观察窗114。加热器15包括四侧的侧加热器151和顶加热器152。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的上端部穿过隔热笼14的顶隔热板142中部的通孔，和顶隔热板142上方的配接螺母121固定，导流管122的下端出口正对着坩埚18内的硅料19；石墨管123装配在配接螺母121和观察窗114之间。红外探测仪90设置在观察窗114的正上方，红外探测仪90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是从观察窗114察看炉内状况的唯一的观察途径。红外探测仪90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，多晶硅铸锭炉根据红外探测仪90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观察窗114确认炉内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。

多晶硅铸锭炉采用四侧壁、顶面五面加热的加热方式，如图1所示，则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下端的出口集中垂直地吹向液态硅的中心区域，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，将造成该中心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。现有多晶硅铸锭炉的液态硅中只有自然对流流场，没有作周向流动的旋转流场，不利杂质挥发，还易造成杂质局域富集，使晶体的径向电阻率分布差异较大。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。但存在诸多问题：载气集中吹射液态硅表面的某一区域，没有周向分布的驱动力，难以形成旋转流场，且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，通过观察窗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，亟需开发一种可增加载气和液态硅接触面积的并驱动液态硅中产生旋转流场的带有导流装置的多晶硅铸锭炉，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，并驱动液态硅中产生旋转流场，同时导流装置不影响观察窗中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中存在的问题，提供一种可以增加载气和液态硅接触面积的并驱动液态硅中产生旋转流场的带有导流装置的多晶硅铸锭炉。以克服现有技术中所存的问题：载气集中吹射液态硅表面的某一区域，没有周向分布的驱动力，液态硅中难以形成旋转流场；且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，晶体生长速度不便测量；红外探测仪透过观察窗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带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流装置，所述隔热笼为主要由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其设计要点在于：所述导流装置至少由配接筒和导流筒构成；所述配接筒包括固定连接的配接筒部和进气台部，配接筒部为沿其中心线方向设置通孔的柱体，进气台部设置在配接筒部的内部，进气台部上设置用于载气流入的进气孔，配接筒部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的下端开口的第一分流腔，所述进气孔和第一分流腔间通过连通气道连通；所述导流筒为沿其中心线方向设置通孔的柱体，导流筒上端部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的上端面开口的第二分流腔，第二分流腔和第一分流腔相对应；所述导流筒的筒壁内设置至少一条自第二分流腔下端面沿着非等螺距的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；所述导流筒的上端部穿过顶隔热板中部的通孔，和设置在顶隔热板上方的配接筒轴向固定连接；所述输气管设置在导流装置的内部，输气管的一端和设置在铸锭炉上的用于输送载气的进气管连通，另一端和进气台部的进气孔连通。

在应用中，本发明的多晶硅铸锭炉还有如下进一步优选的技术方案。

优选地，所述连通气道的一端部和进气孔相切连通，另一端部和第一分流腔的侧面相切连通。

优选地，所述进气台部和配接筒部一体成型。

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。

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。

优选地，所述导流气道的数量为2个、3个或4个，围绕着导流筒的中心线均匀分布。

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。

本发明多晶硅铸锭炉的导流装置内置多条用以改变载气流向的导流气道，导流气道的出口围绕着导流装置的中心线沿相同的角向均匀分布，载气经导流装置被分成多条载气流，多条载气流分别分散倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，该区域围绕着液态硅的中心分布。多条导流气道分散输送载气并使出射载气流倾斜地吹射液态硅表面，有效地增加了载气和液态硅表面的接触面积，相比于现有技术中载气集中垂直吹射液态硅的中心部，则载气流从其所吹射区域的液态硅的单位面积上带走的热量更少，该区域的液态硅的局域温度降幅大幅减少，过冷度减小，载气所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。出射载气流倾斜地吹射液态硅的表面，出射载气流对液态硅产生较大的驱动层流的载气应力，载气应力围绕着液态硅的中心分布，载气应力驱动表面层液态硅随着载气流流动，并在液态硅中形成作周向流动的旋转流场。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，晶体的质量得到提高。所述导流装置的进气台部设置在配接筒部的内部，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，炉顶的观察窗经导流装置具有通向铸锭炉内的视场，从观察窗中可以看到炉内硅料的状态，方便司炉操作；红外探测仪通过观察窗可以探测到炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利地进行；测晶棒穿过导流装置可插到铸锭炉内，晶体生长速度方便测量。

本发明的另一种技术方案是提供一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流管，所述隔热笼为主要由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其设计要点在于：还包括导流装置，所述导流装置包括固定连接的导流筒部和进气台部，导流筒部为沿其中心线方向设置通孔的柱体，进气台部设置在导流筒部的内部；所述导流筒部的上端设置沿其中心线方向的第一螺纹，导流筒部上端部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的分流腔；进气台部上设置用于载气流入的进气孔，进气孔和分流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分流腔的下端面沿着非等螺距的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；所述导流管的下端设置与所述第一螺纹相配合的第二螺纹，导流管装配在顶隔热板上，其下端穿过顶隔热板中部的通孔，并从顶隔热板的下端面伸出；所述导流装置和导流管通过所述第一、第二螺纹轴向固定连接；输气管设置在导流管内，输气管的一端和铸锭炉上的用于输送载气的进气管连通，另一端和进气台部的进气孔连通。

在应用中，本发明的多晶硅铸锭炉还有如下进一步优选的技术方案。

优选地，所述连通气道的一端部和进气孔相切连通，另一端部和分流腔的侧面相切连通。

优选地，所述进气台部和导流筒部一体成型。

优选地，所述第一螺纹、第二螺纹分别为内螺纹、外螺纹。

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。

优选地，所述导流气道的数量为3个、4个或5个，围绕着导流装置的中心线均匀分布。

优选地，所述导流装置的材质为石墨或钼。

本发明多晶硅铸锭炉的导流装置内置多条用以改变载气流向的导流气道，导流气道的出口围绕着导流装置的中心线沿相同的角向均匀分布，载气经导流装置被分成多条载气流，多条载气流分散倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，该区域围绕着液态硅的中心分布。多条导流气道分散输送载气并使出射载气流倾斜地吹射液态硅表面，有效地增加了载气和液态硅表面的接触面积，相比于现有技术中载气集中垂直吹射液态硅的中心部，则载气流从其所吹射区域的液态硅的单位面积上带走的热量更少，该区域的液态硅的局域温度降幅大幅减少，过冷度减小，载气所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。出射载气流倾斜地吹射液态硅的表面，出射载气流对液态硅产生较大的驱动层流的载气应力，载气应力围绕着液态硅的中心分布，载气应力驱动表面层液态硅随着载气流流动，并在液态硅中形成作周向流动的旋转流场。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，晶体的质量得到提高。所述导流装置的进气台部设置在导流筒部的内部，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，炉顶的观察窗经导流装置具有通向铸锭炉内的视场，从观察窗中可以看到炉内硅料的状态，方便司炉操作；红外探测仪通过观察窗可以探测到炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利地进行；测晶棒穿过导流装置可插到铸锭炉内，晶体生长速度方便测量。

本发明的再一种技术方案是提供一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流管，所述隔热笼为主要由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其设计要点在于：还包括导流装置，所述导流装置包括连接部，分流腔部、进气管部和至少一条导流气管；所述分流腔部主要由内侧壁、外侧壁、上端壁和下端壁所构成的呈环状的密闭腔体；进气管部设置在分流腔部的内侧壁的内部，进气管部的一端和分流腔部的内侧壁固定并连通；所述连接部为沿其中心线方向设置通孔的柱体，连接部和分流腔部的上端轴向固定连接，连接部的侧壁上设置沿中心线方向的第一螺纹；所述导流气管沿着非等螺距的圆柱状螺旋线分布在分流腔部的下方，导流气管的上端部和分流腔部的下端壁连通并固定，导流气管的下端部为出口；所述导流管的下端设置与所述第一螺纹相配合的第二螺纹，导流管装配在顶隔热板上，其下端穿过顶隔热板中部的通孔，并从顶隔热板的下端面伸出；所述导流装置和导流管通过所述第一、第二螺纹轴向固定连接；输气管设置在导流管内，输气管的一端和铸锭炉上的用于输送载气的进气管连通，另一端和进气管部连通。

在应用中，本发明的多晶硅铸锭炉还有如下进一步优选的技术方案。

优选地，所述进气管部和分流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，另一端部和分流腔部的侧壁相切连通并固定。

优选地，所述第一螺纹、第二螺纹分别为内螺纹、外螺纹。

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导流筒部的下端面；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分流腔部外侧壁的延伸面的下端或位于分流腔部的外侧壁的延伸面的外部。

优选地，所述导流气管的数量为3个、4个或5个，围绕着导流装置的中心线均匀分布。

优选地，所述导流装置的材质为钼。

本发明多晶硅铸锭炉的导流装置内置多条用以改变载气流向的导流气管，导流气管的出口围绕着导流装置的中心线沿相同角向均匀分布，载气经导流装置被分成多条载气流，多条载气流分散倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，该区域围绕着液态硅的中心分布。多条导流气道分散输送载气并使出射载气流倾斜地吹射液态硅表面，有效地增加了载气和液态硅表面的接触面积，相比于现有技术中载气集中垂直吹射液态硅的中心部，则载气流从其所吹射区域的液态硅的单位面积上带走的热量更少，该区域的液态硅的局域温度降幅大幅减少，过冷度减小，载气所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。出射载气流倾斜地吹射液态硅的表面，出射载气流对液态硅产生较大的驱动层流的载气应力，载气应力围绕着液态硅的中心分布，载气应力驱动表面层液态硅随着载气流流动，并在液态硅中形成作周向流动的旋转流场。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，晶体的质量得到提高。所述导流装置的进气管部设置在分流腔部的内部，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，炉顶的观察窗经导流装置具有通向铸锭炉内的视场，从观察窗中可以看到炉内硅料的状态，方便司炉操作；红外探测仪通过观察窗可以探测到炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利地进行；测晶棒穿过导流装置可插到铸锭炉内，晶体生长速度方便测量。

有益效果

炉顶的观察窗中具有通向铸锭炉内的视场，通过把导流装置的进气台部(进气管部)设置在导流装置的配接筒部/导流筒部(分流腔部)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，炉顶的观察窗经导流装置具有通向铸锭炉内的视场；通过观察窗可察看铸锭炉内的状况，方便司炉操作；测晶棒可穿过导流装置插到铸锭炉内，晶体的生长速度方便测量；红外探测仪通过观察窗可探测铸锭炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利进行。

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，载气流所吹射的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。

附图说明

图1现有技术中多晶硅铸锭炉的结构示意图。

图2实施方式1的一种多晶硅铸锭炉的结构示意图。

图3图2中A区域的放大示意图。

图4导流装置20的结构示意图。

图5图4中的A-A方向视图。

图6图4中导流筒22的仰视示意图。

图7导流筒22的另一种结构示意图。

图8图7中的B-B方向视图。

图9实施方式2的一种多晶硅铸锭炉的结构示意图。

图10图9中B区域的放大示意图。

图11导流装置30的一种结构示意图。

图12图11中的C-C方向视图。

图13图11中的导流装置30的仰视示意图。

图14导流装置30的另一种结构示意图。

图15图14中的D-D方向视图。

图16实施方式3的一种多晶硅铸锭炉的结构示意图。

图17图16中C区域的放大示意图。

图18导流装置40的一种结构示意图。

图19图18中的E-E方向视图。

图中，11-炉体，12-导流组件，13-笼架，131-升降丝杆，14-隔热笼，15-加热器，16-换热平台，17-石墨立柱，50-输气管，20、30、40-导流装置，111-上炉体，112-下炉体，113-顶端盖，114-观察窗，121-配接螺母，122-导流管，123-石墨管，141-侧隔热板，142-顶隔热板，143-底隔热板，151-侧加热器，152-顶加热器，18-坩埚，181-石墨底板，182-石墨护板，183-盖板，19-硅料19，21-配接筒，22-导流筒，222、36-导流气道，217、37、46-内螺纹，224-外螺纹，223-凸缘，211-配接筒部，212、32-进气台部，213-进气孔，214、34-连通气道，216-环形台阶，215-第一分流腔，221-第二分流腔，31-导流筒部，35-分流腔，41-分流腔部，42-进气管部，43-导流气管，44-连通管，45-紧固部，90-红外探测仪。

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

本发明的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，如图2所示，所述铸锭炉包括炉体11、笼架13、升降丝杆131、隔热笼14、加热器15、换热平台16、石墨立柱17、石墨管123、输气管50和导流装置20。炉体11包括上炉体111、下炉体112和顶端盖113，所述上炉体111盖合在下炉体112上，顶端盖113盖合在上炉体111的顶端开口。所述笼架13由4面侧壁架构成，顶面和底面开口。笼架13设置在炉体11内，通过升降丝杆131悬挂于上炉体111的炉顶。所述隔热笼14为由四面侧隔热板141、一面顶隔热板142和一面底隔热板143构成的方形腔体。所述隔热笼14设置在笼架13内，隔热笼14的四面侧隔热板141分别固定在笼架13的四面侧壁架上，顶隔热板142通过电极上的限位台阶悬挂在上炉体111的炉顶上，底隔热板143通过石墨立柱17中部的环形台阶装配在下炉体112炉底的上方。加热器15包括侧加热器151和顶加热器152，加热器15设置在隔热笼14内，并靠近隔热笼14的内壁；加热器15与悬挂于上炉体111的炉顶上的电极固定连接。换热平台16位于隔热笼14内部。换热平台16通过三个石墨立柱17装配在下炉体112的炉底部上，并位于隔热笼14的底隔热板143的上方。换热平台16上放置方形的石墨底板181，石墨底板181上放置坩埚18，石墨底板181的四边侧分别放置4块石墨护板182，石墨护板182和坩埚18的侧壁相贴合，相临两个石墨护板182间采用螺栓固定。石墨护板182的上端面上盖合盖板183，盖板183的中部设有用于输送载气的通孔。顶端盖113的中部设有观察窗114。导流装置20装配在隔热笼14的顶隔热板142上，导流装置20的下端穿过隔热笼14的顶隔热板142中心的通孔，伸入隔热笼14内，如图2所示。所述石墨管123装配于导流装置20的顶端和顶端盖113的观察窗114之间。所述输气管50设置在石墨管123内，输气管50的上端和观察窗114下方的载气的进气口相连通(图中未画出)，下端和导流装置20的进气孔相连通，如图3所示。

所述导流装置20包括配接筒21和导流筒22，如图3、图4所示，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4、图7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。在装配中，导流筒22的上端部穿过隔热笼14的顶隔热板142中部的通孔，和设置在顶隔热板142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固定在顶隔热板142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4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3所示。配接筒部211的筒壁内设置下端开口的第一分流腔215，第一分流腔215为环绕配接筒部211中心线一周的呈环状的腔室，第一分流腔215和配接筒部211共中心线，如图3、图4所示，第一分流腔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，位于第一分流腔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4所示。所述进气台部212设置在配接筒部211的内部，如图4、图5所示，进气台部212和配接筒部211一体成型，避免石墨材质部件不易固定连接的难题。进气台部212内设置用于载气流入的进气孔213，进气孔213和第一分流腔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5所示，连通气道214的一端部和进气孔213相切连通，另一端部和第一分流腔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分流腔215内。

其中，所述导流筒22为中部设有与其共中心线的通孔的圆柱体，即为圆筒。导流筒22上端部设置上述的外螺纹224，如图4所示，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分流腔221，第二分流腔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嵌套在第二分流腔221的外侧壁的外侧。所述第二分流腔221、外螺纹224和导流筒22共中心线。所述第二分流腔221和第一分流腔215相对应，即第二分流腔221的上端开口和第一分流腔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、图6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5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自第二分流腔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，上端部的螺距长下端部的螺距短，导流气道出口段的螺距最短；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分流腔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，如图4、图7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、第一分流腔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、二分流腔215、221，载气在第一、二分流腔内旋转，有较长的流程，有利于载气较均匀地流入导流气道222内。载气通过所述进气孔213、连通气道214、第一二分流腔215、221和导流气道222流通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，有助于促进表面层的液态硅流动，在液态硅中产生较强的旋转流场。

通过改变导流气道222出口段的螺旋线的螺距和半径，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。所述导流气道222的出口段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6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，使导流气道222的出口段的螺旋线的螺距逐渐减小、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7、图8所示，以方便设计导流气道222的出口方向，优化出射载气流在液态硅表面上的吹射区域，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。

本实施方式根据现有多晶硅铸锭炉的已有的结构特点，如载气从观察窗下方通向炉内的视场输入，优选地把导流装置的进气台部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5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，不必在多晶硅铸锭炉的双层水冷的钢制炉体上、以及隔热笼的隔热板上开设输气管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。炉顶的观察窗114经导流装置20具有通向铸锭炉内的视场，操作人员通过观察窗114、导流装置20可以看到炉内硅料的状态，方便司炉操作；固定在观察窗114上方的红外探测仪经过观察窗、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到铸锭炉内，晶体生长速度方便测量。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隔热板进行改造，其难度大，成本高。

本实施方式多晶硅铸锭炉的导流装置20内置了4条用以改变载气流向的导流气道，导流气道围绕着导流装置的中心线分布，导流气道的出口绕着导流装置的中心线沿着相同的角向均匀分布，分别对着液态硅表面的不同区域，在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，该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的截面，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，则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。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间的夹角)，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截面积的上述夹角余弦值的倒数倍。此方式和多条导流气道输送载气的方式相结合，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的热量更少。因此，增加载气和液态硅表面的接触面积，有效的方式是采用多条导流气道分散输送载气的方式和增加出射载气流和液态硅表面的夹角的方式相结合。适当地减小出射载气流和液态硅表面间的夹角，优选地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，载气应力围绕着液态硅的中心分布，载气应力驱动表面层液态硅随着载气气流流动，并在液态硅中形成作周向流动的旋转流场。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。

实施方式2

本发明的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，如图9所示，所述铸锭炉包括炉体11、导流组件12、笼架13、升降丝杆131、隔热笼14、加热器15、换热平台16、石墨立柱17、输气管50和导流装置30。炉体11包括上炉体111、下炉体112和顶端盖113，所述上炉体111盖合在下炉体112上，顶端盖113盖合在上炉体111的顶端开口，顶端盖113的中部设有观察窗114。所述笼架13由4面侧壁架构成，顶面和底面开口，笼架13通过升降丝杆131悬挂于上炉体111的炉顶。所述隔热笼14为由四面侧隔热板141、一面顶隔热板142和一面底隔热板143构成的方形腔体。所述隔热笼14设置在笼架13内，隔热笼14的侧隔热板141固定在笼架13的侧壁架上，顶隔热板142通过电极上的限位台阶悬挂在上炉体111的炉顶，底隔热板143通过石墨立柱17中部的环形台阶装配在下炉体112炉底的上方。加热器15包括侧加热器151和顶加热器152，加热器15设置在隔热笼14内，并靠近隔热笼14的内壁。加热器15与悬挂于上炉体111的炉顶上的电极固定连接。换热平台16位于隔热笼14内部。换热平台16通过三个石墨立柱17装配在下炉体112的炉底部上，并位于隔热笼14的底隔热板143的上方。换热平台16上放置方形的石墨底板181，石墨底板181上放置坩埚18，石墨底板181上的四边侧放置石墨护板182，石墨护板182和坩埚18的侧壁相贴合，两相临的石墨护板182间采用螺栓固定。石墨护板182的上端面上盖合盖板183，盖板183的中部设有用于输送载气的通孔。导流组件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14的顶隔热板142中部的通孔，和设置在顶隔热板142上方的配接螺母121相紧固。所述石墨管123装配于配接螺母121和顶端盖113的观察窗114之间。所述导流装置30和导流管122的下端部轴向紧固连接，导流装置30的下端部伸入盖板183中部的通孔，导流装置30的下端部的载气出口位于所述盖板183的下方，并和坩埚内的硅料相对。所述输气管50设置在石墨管123内，输气管50的上端和观察窗114下方的载气的进气口相连通(图中未画出)，下端和导流装置30的进气孔相连通，如图10所示。

其中，所述导流装置30，如图10、图11所示，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柱体，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的内螺纹37和导流管122的下端部的外螺纹相配合，用于导流装置30和导流管122轴向固定连接。所述导流筒部31上端部的筒壁内设置沿周向延伸的分流腔35，分流腔35为环绕导流筒部31中心线一周的呈环状的腔室，分流腔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11、图12所示，导流筒部31和进气台部32一体成型，避免石墨材质部件不易固定连接的难题。进气台部32内设置用于载气流入的进气孔33，进气孔33和分流腔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，另一端部和分流腔35的侧面相切连通，如图12所示，以使连通气道34中载气气流沿顺时针方向流入分流腔35内。

所述导流筒部31的筒壁内设置4条导流气道36，导流气道36围绕着导流筒部31的中心线均匀分布，如图12、13、15所示，导流气道的数量也可以为2个、3个或5个及以上。该导流气道36自分流腔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。所述螺旋线非等螺距，导流气道36出口处的螺旋线的螺距最短，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的上端部的进口和分流腔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、分流腔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，进入分流腔35，在分流腔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。所述载气通过进气孔33、连通气道34、分流腔35和导流气道36流通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。

通过改变导流气道36出口段的螺旋线的螺距和半径，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13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出口处的螺旋线的螺距接近于导流气道36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，载气流从该区域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，载气所致过冷度最小，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，还可以根据需要，改变导流气道36出口段的螺旋线的螺距和半径，使该出口段的螺旋线的螺距逐渐减小、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14、图15所示，以方便设计导流气道36的出口方向，优化出射载气流在液态硅表面上的吹射区域，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。

本实施方式根据现有铸锭炉已有的结构特点，如载气从观察窗下方经导流组件12输入，优选地把进气台部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12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，不必在多晶硅铸锭炉的双层水冷的钢制炉体上、以及隔热笼的隔热板上开设输气管50贯穿的通孔，还简化了输气管50和导流装置30的连通布局。观察窗114经导流装置30具有通向铸锭炉内的视场，操作人员从观察窗114可以看到炉内硅料的状态，方便司炉操作；固定在观察窗114上方的红外探测仪经过观察窗、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到铸锭炉内，晶体生长速度方便测量。所述进气台部32也可以设置在导流筒部31的外部，进气台部32将对导流装置30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隔热板进行改造，其难度大，成本高。

本实施方式铸锭炉的导流装置30内置了4条用以改变载气流向的导流气道，导流气道围绕着导流装置的中心线分布，导流气道的出口绕着导流装置的中心线沿着相同的角向均匀分布，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，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。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，使载气流从液态硅的单位面积上带走更少的热量，载气流导致的局域温度降幅更小。适当地减小出射载气流和液态硅表面的夹角，优选地30-40度，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，但出射载气流对所吹射区域的液态硅产生较大的驱动层流的载气应力，载气应力驱动表面层液态硅随着载气流流动；载气应力沿液态硅的中心周向分布，则在液态硅中形成沿周向流动的旋转流场。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。

实施方式3

本发明的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，如图16所示，所述多晶硅铸锭炉包括炉体11、导流组件12、笼架13、升降丝杆131、隔热笼14、加热器15、换热平台16、石墨立柱17、输气管50和导流装置40。炉体11包括上炉体111、下炉体112和顶端盖113，所述上炉体111盖合在下炉体112上，顶端盖113盖合在上炉体111的顶端开口，顶端盖113的中部设有观察窗114。所述笼架13由4面侧壁架构成，顶面和底面开口，笼架13通过升降丝杆131悬挂于上炉体111的炉顶。所述隔热笼14为由四面侧隔热板141、一面顶隔热板142和一面底隔热板143构成的方形腔体。所述隔热笼14设置在笼架13内，隔热笼14的侧隔热板141固定在笼架13的侧壁架上，顶隔热板142通过电极上的限位台阶悬挂在上炉体111的炉顶，底隔热板143通过石墨立柱17中部的环形台阶装配在下炉体112的炉底的上方。加热器15包括侧加热器151和顶加热器152，加热器15设置在隔热笼14内，并靠近隔热笼14的内壁。加热器15与悬挂于上炉体111的炉顶上的电极固定连接。换热平台16位于隔热笼14内部。换热平台16通过三个石墨立柱17装配在下炉体112的炉底部上，并位于隔热笼14的底隔热板143的上方。换热平台16上放置方形的石墨底板181，石墨底板181上放置坩埚18，石墨底板181的四边侧放置石墨护板182，石墨护板182和坩埚18的侧壁相贴合，两相临的石墨护板182间采用螺栓固定。石墨护板182的上端面上盖合盖板183，盖板183的中部设有用于输送载气的通孔。导流组件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14的顶隔热板142中部的通孔，和设置在顶隔热板142上方的配接螺母121相紧固。所述石墨管123装配于配接螺母121和顶端盖113的观察窗114之间。所述导流装置40装配在导流管122的下端部，并和导流管122轴向紧固连接，导流装置40的下端部伸入盖板183中部的通孔，导流装置40的下端部的载气出口位于所述盖板183下方，并和坩埚内的硅料相对。所述输气管50设置在石墨管123内，输气管50的上端和观察窗114下方的载气的进气口相连通(图中未画出)，下端和导流装置40的进气管部相连通，如图17所示。

其中，所述导流装置40，如图18、图19所示，包括紧固部45，分流腔部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，设置在分流腔部41的顶部，并和其轴向固定。紧固部45的内壁上设置沿其中心线方向的内螺纹46，根据地需要也可以设置外螺纹。所述分流腔部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设置在分流腔部41的内部，如图18、图19所示，进气管部42和分流腔部41的内侧壁固定，进气管部42和分流腔部41间通过连通管44连通，连通管44沿顺时针方向设置，如图19所示；所述连通管44的一端部和进气管部42相切连通并固定，另一端部和分流腔部41的侧壁相切连通并固定，以使连通管44中载气气流沿顺时针方向流入分流腔部41。所述分流腔部41的下方设置4条用以改变载气流向的导流气管43，如图18、19所示，4条导流气管43围绕分流腔部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分流腔部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，如图18所示。所述螺旋线位于分流腔部41下端壁的正下方，为非等螺距螺旋线，导流气管43出口处的螺距最短，螺旋线和分流腔部41共轴心线。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。导流气管43的上端部的进口端和分流腔部41的下端壁连通并固定，导流气管43的下端部的出口位于分流腔部41下端壁的下方，并绕着导流装置的中心线沿着相同的角向均匀分布，对着液态硅表面的不同区域。

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、分流腔部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降低载气流通的阻力，减少载气的能量损耗，使载气保持较高的动能，进入分流腔部41，在分流腔部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。所述载气通过进气管部42、连通管44、分流腔部41和导流气管43流通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，设计导流气管43的出口位于分流腔部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、半径不变时，导流气管43的出口位于分流腔部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)和分流腔部41下端壁面(平行于液态硅表面)间的夹角(切线和下端壁面法线间的夹角)逐渐增大，出射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分流腔部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分流腔部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区域的单位面积所接触的载气量最少，载气流从该区域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，使该出口段的螺旋线的螺距逐渐减小、半径逐渐增大，则导流气管43的出口位于分流腔部41外侧壁的延伸面的下端，也可以选择位于分流腔部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，优化出射载气流在液态硅表面上的吹射区域，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。

本实施方式根据现有多晶硅铸锭炉已有的结构特点，如载气从观察窗下方经导流组件12输入，优选地把进气管部42设置在分流腔部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19所示，从炉顶的观察窗114经导流装置40，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，不必在多晶硅铸锭炉的双层水冷的钢制炉体上、以及隔热笼的隔热板上开设输气管50贯穿的通孔，还简化了输气管50和导流装置40的连通布局。炉顶上的观察窗114经导流装置40具有通向铸锭炉内的视场，操作人员从观察窗114可以看到炉内硅料的状态，方便司炉操作；固定在观察窗114上方的红外探测仪经观察窗114、导流装置40可以探测到炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利地进行；测晶棒通过导流装置可以插到铸锭炉内，晶体生长速度方便测量。所述进气管部42也可以设置在分流腔部41的外部，进气管部42将对所述导流装置40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隔热板进行改造，其难度大，成本高。

本实施方式铸锭炉的导流装置40中设有4条用以改变载气流向的导流气管，导流气管围绕着导流装置的中心线分布，导流气管的出口绕着导流装置的中心线沿着相同的角向均匀分布，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。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，优选地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，载气应力驱动表面层液态硅流动；载气应力沿液态硅的中心周向分布，则在液态硅中形成作周向流动的旋转流场。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。

为了方便描述，下面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；第一二分流腔、分流腔35、分流腔部41将通称为分流腔；导流气道36、222、导流气管43将通称为导流通道。

本发明多晶硅铸锭炉的工作原理是：首先把石英坩埚18放在石墨底板181上，向石英坩埚18内装满硅料，再把4块石墨护板182分别直立地放置在石墨底板181的边侧，并使石墨护板182和坩埚18的侧壁相贴合，再用螺栓把两相临石墨护板182依次固定，最后再把盖板183盖合在石墨护板182的顶端面上。打开多晶铸锭的下炉体，用叉车的叉臂拖起石墨底板181，将其移入炉内并放在换热平台16上，合上下炉体，启动自动长晶工艺进行铸定。输气管把载气输送到所述导流装置的进气口，载气经进气口流入导流装置的分流腔，并在分流腔内旋转，而后从分流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，出射的载气流分别分散地吹射液态硅的表面的不同区域。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。本发明铸锭炉的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，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。此外，设计导流通道的出口方向，增加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，可以进一步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。因此，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可以有效地增加载气流和液态硅表面的接触面积。相比于现有技术中载气集中垂直吹射的方式，则载气流所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局域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区域的晶体的成品率和质量。导流装置的多条导流通道围绕导流装置的中心线分布，导流通道的出口绕着导流装置的中心线沿着相同的角向均匀分布，导流通道的出射载气流分别分散地吹射液态硅表面的不同区域，所述吹射区域围绕着液态硅的中心均匀分布，出射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分布，载气应力驱动着表层液态硅流动，绕着液态硅的中心部旋转，则在液态硅中形成作周向流动的旋转流场。适当地减小出射载气流和液态硅表面间的夹角β，优选地30-40度，出射载气流倾斜地吹射液态硅的表面，出射载气流对液态硅产生更大的驱动层流的载气应力，液态硅中产生更强的旋转流场。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。

和现有技术相比，本发明具有如下技术进步性。

1)炉顶的观察窗中具有通向铸锭炉内的视场，通过把导流装置的进气台部(进气管部)设置在导流装置的配接筒部/导流筒部(分流腔部)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，炉顶的观察窗经导流装置具有通向铸锭炉内的视场；通过观察窗可察看铸锭炉内的状况，方便司炉操作；测晶棒可穿过导流装置插到铸锭炉内，晶体的生长速度方便测量；红外探测仪通过观察窗可探测铸锭炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利进行。

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，载气流所吹射的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。

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 (20)

1.一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流装置，所述隔热笼为主要由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其特征在于：所述导流装置至少由配接筒和导流筒构成；所述配接筒包括固定连接的配接筒部和进气台部，配接筒部为沿其中心线方向设置通孔的柱体，进气台部设置在配接筒部的内部，进气台部上设置用于载气流入的进气孔，配接筒部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的下端开口的第一分流腔，所述进气孔和第一分流腔间通过连通气道连通；所述导流筒为沿其中心线方向设置通孔的柱体，导流筒上端部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的上端面开口的第二分流腔，第二分流腔和第一分流腔相对应；所述导流筒的筒壁内设置至少一条自第二分流腔下端面沿着非等螺距的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；所述导流筒的上端部穿过顶隔热板中部的通孔，和设置在顶隔热板上方的配接筒轴向固定连接；所述输气管设置在导流装置的内部，输气管的一端和铸锭炉上用于输送载气的进气管连通，另一端和进气台部的进气孔连通。

2.根据权利要求1所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述连通气道的一端部和进气孔相切连通，另一端部和第一分流腔的侧面相切连通。

3.根据权利要求2所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述进气台部和配接筒部一体成型。

4.根据权利要求3所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：

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。

5.根据权利要求4所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：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。

6.根据权利要求5所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述导流气道的数量为2个、3个或4个，围绕着导流筒的中心线均匀分布。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：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。

8.一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流管，所述隔热笼为主要由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其特征在于：还包括导流装置，所述导流装置包括固定连接的导流筒部和进气台部，导流筒部为沿其中心线方向设置通孔的柱体，进气台部设置在导流筒部的内部；所述导流筒部的上端设置沿其中心线方向的第一螺纹，导流筒部上端部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的分流腔；进气台部上设置用于载气流入的进气孔，进气孔和分流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分流腔的下端面沿着非等螺距的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；所述导流管的下端设置与所述第一螺纹相配合的第二螺纹，导流管装配在顶隔热板上，其下端穿过顶隔热板中部的通孔，并从顶隔热板的下端面伸出；所述导流装置和导流管通过所述第一、第二螺纹轴向固定连接；输气管设置在导流管内，输气管的一端和铸锭炉上的用于输送载气的进气管连通，另一端和进气台部的进气孔连通。

9.根据权利要求8所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述连通气道的一端部和进气孔相切连通，另一端部和分流腔的侧面相切连通。

10.根据权利要求9所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述进气台部和导流筒部一体成型。

11.根据权利要求10所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述第一螺纹、第二螺纹分别为内螺纹、外螺纹。

12.根据权利要求11所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：

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。

13.根据权利要求12所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述导流气道的数量为3个、4个或5个，围绕着导流装置的中心线均匀分布。

14.根据权利要求8-13任一权利要求所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述导流装置的材质为石墨或钼。

15.一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流管，所述隔热笼为主要由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其特征在于：还包括导流装置，所述导流装置包括连接部，分流腔部、进气管部和至少一条导流气管；所述分流腔部主要由内侧壁、外侧壁、上端壁和下端壁所构成的呈环状的密闭腔体；进气管部设置在分流腔部的内侧壁的内部，进气管部的一端和分流腔部的内侧壁固定并连通；所述连接部为沿其中心线方向设置通孔的柱体，连接部和分流腔部的上端轴向固定连接，连接部的侧壁上设置沿中心线方向的第一螺纹；所述导流气管沿着非等螺距的圆柱状螺旋线分布在分流腔部的下方，导流气管的上端部和分流腔部的下端壁连通并固定，导流气管的下端部为出口；所述导流管的下端设置与所述第一螺纹相配合的第二螺纹，导流管装配在顶隔热板上，其下端穿过顶隔热板中部的通孔，并从顶隔热板的下端面伸出；所述导流装置和导流管通过所述第一、第二螺纹轴向固定连接；输气管设置在导流管内，输气管的一端和铸锭炉上的用于输送载气的进气管连通，另一端部和进气管部连通。

16.根据权利要求15所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述进气管部和分流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，另一端部和分流腔部的侧壁相切连通并固定。

17.根据权利要求16所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述第一螺纹、第二螺纹分别为内螺纹、外螺纹。

18.根据权利要求17所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，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导流筒部的下端面；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分流腔部外侧壁的延伸面的下端或位于分流腔部的外侧壁的延伸面的外部。

19.根据权利要求18所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述导流气管的数量为3个、4个或5个，围绕着导流装置的中心线均匀分布。

20.根据权利要求19所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述导流装置的材质为钼。