CN106544726A - 一种拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅棒的方法 - Google Patents

一种拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅棒的方法 Download PDF

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袁玉平
袁佳斌
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
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    • C30B15/002—Continuous growth

Abstract

本发明涉及一种拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅棒的方法，它包括在坩埚内装料；加热化料；拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行；通过提拉装置上的一个提拉头拉成规定长度或一定长度的棒；通过转换提拉装置上的另一个提拉头后继续拉晶、加料、化料、分离杂质；重复拉制直至硅棒品质因杂质影响接近标准要求，然后停炉、清炉。本发明既可以大大降低拉晶成本，又可以提高单晶硅棒品质。

Description

一种拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅 棒的方法
技术领域
本发明涉及一种单晶硅棒的拉制方法，具体涉及一种单晶硅棒的连续拉制方法。
背景技术
随着社会的发展，人民生活的不断提高，对电的需求越来越多，传统煤和石化原料发电既消耗了不可再生的资源，又对大气造成了严重污染，发展清洁能源越来越被全世界人民公认，特别是太阳能发电在清洁能源中是最理想的能源，但是由于制作成本偏高，严重制约它的大规模发展。
目前单晶硅棒拉制的方法是分步法，所谓分步法就是：装料-化料-拉晶-拉完可用的料-停炉-取棒-清炉，都是独立进行，其存在生产效率低，单晶硅棒的品质低，生产成本高等问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种既可以大大降低拉晶成本，又可以提高单晶硅棒品质的拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅棒的方法。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所述的一种拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅棒的方法，它包括以下步骤，
（1）在坩埚内装料；
（2）加热化料；
（3）拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行；
（4）通过提拉装置上的一个提拉头拉成规定长度或一定长度的棒；
（5）通过转换提拉装置上的另一个提拉头后继续拉晶、加料、化料、分离杂质；
（6）重复拉制直至硅棒品质因杂质影响接近标准要求，然后停炉、清炉。
在所述步骤（3）中，坩埚内的物料液面一直保持在步骤（2）中完全化料后的物料液面位置。
在所述步骤（3）中，同时添加多晶硅和母合金。
在所述步骤（3）中，通过提拉装置上的称重装置提供拉出晶体质量，然后通过PLC发出指令给加料装置，进行同步、等量加料，使拉出晶体的质量和添加硅料的质量一致。
在所述步骤（4）中，提拉装置上的两个提拉头重复切换。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：
（1）高效：通过拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行，节省了以前装料、化料、晶棒冷却、停炉、清炉的时间，拉速明显提高，拉晶的稳定性也明显提高，通过两个可以重复切换的提拉头，冷却、取棒都和拉晶同步进行，大大节约了时间，产能是目前单晶炉的2.5倍以上；
（2）高品质：用传统方法拉制的单晶棒，单晶棒的电阻分布不均匀，一般都是头部高，尾部低，差距很大，原因是传统方法单晶炉拉晶前把母合金一次性加下去了，然后由于拉制时间比较长，部分母合金会在拉晶过程中向下沉淀，因此到尾部电阻会很低，本方法是在拉制过程中逐步添加母合金，消耗量和添加量一致，因此用本发明方法拉晶的单晶棒电阻头部和尾部基本一致，大大提高了硅棒的品质；
（3）稳定性好：在本发明中，在拉晶时由于拉出晶体质量和添加硅料质量一致，因此长晶液面位置是恒定的，长晶液面的温度波动就很小，长晶时就会很稳定，而用传统方法拉晶时，长晶液面的稳定是通过晶棒的直径和坩埚的直径比例来调节的，精确性很差，因此液面的稳定性不好；
（4）低成本：用本发明方法拉制单晶硅棒的单位成本比传统方法拉制单晶硅棒的单位成本要节约百分之五十以上，重点体现在电费和石英坩埚及热场损耗和人力成本；电费主要体现在不需要停炉以及单独化料，停炉过程中损失大量的热量，从高温降到低温，然后又需要把低温加热到高温，单独化料需要在高功率下进行，既浪费电能，还容易损伤装备，热场经过反复的高温、低温变换容易老化。另外节省了大量的石英坩埚，石英坩埚的消耗是传统方法的十分之一，热场使用寿命比传统方法下要提高5倍以上。人工成本也明显降低，节约了清炉时间。传统方法拉制每吨成品单晶硅棒的成本在75000元（电费为0.8元每度计算），用本发明方法拉制每吨成品单晶硅棒的成本在30000元（电费为0.8元每度计算）以下，用本发明方法制作的单晶炉每年可以比传统方法单晶炉节约成本216万元。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明所述的一种拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅棒的方法，它包括以下步骤，
（1）在坩埚内装料；
（2）加热化料；
（3）拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行：加料是同时添加多晶硅和母合金；拉晶和加料同步进行，是通过提拉装置上的称重装置提供拉出晶体质量，然后通过PLC发出指令给加料装置，进行同步、等量加料，使拉出晶体的质量和添加硅料的质量一致，使坩埚内的物料液面一直保持在步骤（2）中完全化料后的物料液面位置；
（4）通过提拉装置上的一个提拉头拉成规定长度或一定长度的棒；
（5）通过转换提拉装置上的另一个提拉头后继续拉晶、加料、化料、分离杂质；
（6）重复拉制直至硅棒品质因杂质影响接近标准要求，然后停炉、清炉。
在所述步骤（4）中，提拉装置上的两个提拉头重复切换。
本发明中，通过拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行，节省了以前装料、化料、晶棒冷却、停炉、清炉的时间，通过两个可以重复切换的提拉头，冷却、取棒都和拉晶同步进行，大大节约了时间，在拉制过程中逐步添加母合金，消耗量和添加量一致，因此用本发明方法拉晶的单晶棒电阻头部和尾部基本一致，大大提高了硅棒的品质，在拉晶时由于拉出晶体质量和添加硅料质量一致，因于长晶液面位置是恒定的，长晶液面的温度波动就很小，长晶时就会很稳定，一般情况原材料品质没有问题，连续拉制可以一个月以上。
本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅棒的方法，其特征在于：它包括以下步骤，
（1）在坩埚内装料；
（2）加热化料；
（3）拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行；
（4）通过提拉装置上的一个提拉头拉成规定长度或一定长度的棒；
（5）通过转换提拉装置上的另一个提拉头后继续拉晶、加料、化料、分离杂质；
（6）重复拉制直至硅棒品质因杂质影响接近标准要求，然后停炉、清炉。
2.根据权利要求1所述的拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅棒的方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，坩埚内的物料液面一直保持在步骤（2）中完全化料后的物料液面位置。
3.根据权利要求1所述的拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅棒的方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，同时添加多晶硅和母合金。
4.根据权利要求1所述的拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅棒的方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，通过提拉装置上的称重装置提供拉出晶体质量，然后通过PLC发出指令给加料装置，进行同步、等量加料，使拉出晶体的质量和添加硅料的质量一致。
5.根据权利要求1所述的拉晶、加料、化料、分离杂质同步进行的连续拉制单晶硅棒的方法，其特征在于：在所述步骤（4）中，提拉装置上的两个提拉头重复切换。
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