CN110453282A - 一种多晶硅铸锭炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多晶硅铸锭炉，包括：用于承载铸锭硅料的坩埚；用于支撑坩埚的DS块；可拆卸地设于DS块背离坩埚底部的表面，用于调节坩埚底部热场分布的保温块和散热块；其中，保温块和散热块在所述DS块表面分布位置可调。本申请中在铸锭炉内部，用于支撑坩埚的DS块上设置保温块和散热块，既能够对散热过快的位置保温，又能够对散热过慢的位置加快散热；相对于现有技术中仅仅通过隔热层调节热场温度，本申请中同时采用散热块和保温块进行温度调节，具有更好的调节效果；另外，本申请中保温块和散热块采用可拆卸的方式连接，以便基于铸锭工艺的不同需要，改变保温块和散热块的布局，提高对铸锭炉热场的调节能力。
Description
技术领域
本发明涉及多晶铸锭技术领域，特别是涉及一种多晶硅铸锭炉。
背景技术
多晶硅铸锭工艺是获得纯净硅料的主要工艺方法之一，所获得的硅料可用于光伏电池的制作以及其他半导体器件的生产制造。在多晶硅铸锭过程中，温度是影响硅锭生长的重要因素之一。目前在各种多晶硅铸锭工艺中，为了保证铸锭炉中温度符合硅锭的生长要求，会根据铸锭炉的加热器分布位置，以及铸锭炉本身结构对散热的影响，在铸锭炉上设置隔热层。但是，在多晶硅铸锭过程中，不同类型的晶硅产品需匹配不同的工艺，对铸锭炉内热场分布的要求也不相同，因此，现有技术中设置铸锭炉上的隔热层的方式，难以满足目前的铸锭工艺的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种多晶硅铸锭炉，解决了现有技术中对铸锭炉内的热场调节性能差的问题，提高了对热场调节的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种多晶硅铸锭炉，包括：
用于承载铸锭硅料的坩埚；
用于支撑坩埚的DS块；
可拆卸地设于所述DS块背离所述坩埚底部的表面，用于调节所述坩埚底部热场分布的保温块和散热块；
其中，所述保温块和所述散热块在所述DS块表面分布位置可调。
其中，所述散热块为石墨块。
其中，所述散热块长为5cm～30cm，宽为5cm～30cm，厚度为1.5cm～6cm；且设置在所述DS块上的多个散热块的厚度不完全相同。
其中，所述散热块背离所述DS块的表面分布有多条相互交错的凹槽，所述凹槽的宽度为4mm～20mm，深度为5mm～40mm。
其中，所述保温块包括碳纤维板和设于两个所述碳纤维板之间的碳纤维毡。
其中，所述保温块长为5cm～30cm，宽为5cm～30cm，厚度为3cm～20cm；且设置在所述DS块上的多个保温块的厚度不完全相同。
其中，所述DS块上设置有螺栓孔阵列；所述保温块和所述散热块上设置和所述螺栓孔阵列中的螺栓孔相配合的螺孔。
其中，所述DS块为石墨块，长和宽均为1m～1.5m，厚度为5cm～20cm，所述螺栓孔的孔深2cm～5cm，直径6mm～14mm。
其中，所述保温块沿所述DS块边缘区域环形设置，所述散热块设于所述DS块中心区域。
其中，所述保温块设于所述DS块三个顶点区域，所述散热块设于所述DS块未设置所述保温块的顶点区域。
本发明所提供的多晶硅铸锭炉，包括：用于承载铸锭硅料的坩埚；用于支撑坩埚的DS块；可拆卸地设于DS块背离坩埚底部的表面，用于调节坩埚底部热场分布的保温块和散热块；其中，保温块和散热块在所述DS块表面分布位置可调。
本申请中在铸锭炉内部，用于支撑坩埚的DS块上设置保温块和散热块，既能够对散热过快的位置保温，又能够对散热过慢的位置加快散热；相对于现有技术中仅仅通过隔热层调节热场温度，本申请中同时采用散热块和保温块进行温度调节，具有更好的调节效果；另外，本申请中保温块和散热块采用可拆卸的方式连接，以便基于铸锭工艺的不同需要，改变保温块和散热块的布局，提高对铸锭炉热场的调节能力。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的多晶硅铸锭炉的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的DS块的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种保温块和散热块的布局结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种保温块和散热块的布局结构示意图；
图5为本发明实施例提供的散热块3的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的保温块的结构示意图。
具体实施方式
目前在多晶硅铸锭炉中，调节铸锭炉的温度主要采取的解决办法有两种：一是在较热区域的DS块侧部塞隔热条来阻挡加热器的热辐射，二是在较冷区域加高钢笼内侧隔热条，减少热量散失。
DS块侧部塞的隔热条对投出炉操作有影响，故每次投出炉都需要对隔热条拆装一次，由于隔热条为碳纤维材质，频繁拆装容易磨损，影响隔热性能；在高钢笼内测加隔热条减少了加高处热量的散失，但随着晶体的生长，钢笼需慢慢提升，钢笼的提升会削弱加高侧的隔热性能，温度分布又逐渐回到了不均匀状态。因此，在实际应用中，这两种方式对热场温度分布的调整能力都十分有限。
其次，对于多晶硅铸锭而言，各种不同的铸锭工艺对热场的要求各不相同，例如，半熔铸锭工艺要求坩埚底部的温度较为均匀，以求形成平缓或微凸的固液界面，使晶体竖直生长；类单晶工艺要求中部温度更低，边缘温度高，形成更凸的固液界面，抑制籽晶拼接缝处和坩埚侧面的位错增殖。目前对铸锭炉中温度进行调节的方式，基本都是防止铸锭炉边缘位置散热，并不能满足不同的铸锭工艺的需求。
另外，目前常规的多晶硅铸锭炉的热场温度调节的方式还存在一个容易被忽略的问题，随着设备使用的年限逐渐增加，加热器也会存在一定的老化，若各个加热器使用的时长不同，各个加热器发热能力也可能不同，而目前设置隔热条都是按照各个加热器加热效果相同进行设计的，对于隔热条设置的位置、厚度等不会做调整，随着多晶硅铸锭炉使用时间原来越长，隔热条对铸锭炉内热场的温度调整能力也就越来越弱。
最后，对多晶硅铸锭炉的热场的调节，更多的是对整个铸锭炉的纵向温度进行调节，而不关注铸锭炉横向的温度变化梯度，也在一定程度上影响多晶硅的铸锭效果。
基于上述问题，本申请中提供了一种多晶硅铸锭炉，在DS块上设定温度调节的部件，从而更好的调节多晶硅铸锭炉铸锭过程中的热场分布，满足各种不同的铸锭需求。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，图1为本发明实施例提供的多晶硅铸锭炉的结构示意图，图2为本发明实施例提供的DS块的结构示意图。该多晶硅铸锭炉可以包括：
用于承载铸锭硅料的坩埚1；
用于支撑坩埚的DS块2；
可拆卸地设于DS块2背离坩埚1底部的表面，用于调节坩埚1底部热场分布的保温块4和散热块3；
其中，保温块4和散热块3在DS块2表面分布位置可调。
具体地，保温块4和散热块3在DS块2上分布位置可根据铸锭炉中坩埚底部实际热场分布和铸锭需求的热场分布调节设定。在图1和图2中仅仅示出了保温块4和散热块3的一种布局设置方式，并不代表二者的固定设置位置。
本申请中将保温块4和散热块3直接贴合设置在DS块2背离坩埚1的表面，使得保温块4和散热块3能够更贴近坩埚1底部，从而达到更好的温度调节效果。并且保温块4和散热块3可拆卸地设置在DS块2上，保温块4和散热块3在DS块2上分布的位置可调。那么在实际应用时，即可根据铸锭工艺的实际需求设定保温块和散热块的分布方式。
例如，目前铸锭高效类单晶的半熔工艺中，需要在坩埚1底部形成凸起的固液界面以抑制籽晶拼接缝和坩埚边缘的位错增殖，即在坩埚1底部保留10cm～20cm的固态籽晶不被熔化，且固态籽晶的厚度有坩埚底部中心到边缘逐渐减小，新的晶体需要在籽晶基础上生长而成；在熔化到长晶的过渡阶段，坩埚1底部的籽晶能否不被熔化，且能否完整得保留下来，关系到整个硅锭的质量。同时，在长晶阶段，一个微凸、均匀的固液界面能够有效抑制坩埚1侧部型核，保证晶体竖直生长，减少杂质堆积，提高硅锭品质；而形成一个微凸、均匀的固液界面，就需要坩埚1底部的硅料保持未被融化的固态，而坩埚1底部以上部分已经融化为液态，并且坩埚1底部的固态硅料呈现中间厚边缘薄的状态。为此，就需要保证坩埚1底部中间散热快边缘散热慢。
为此，如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种保温块和散热块的布局结构示意图；图3中在DS块2的边缘位置设置一圈保温块4，而中心区域设置散热块3。从而实现坩埚1底部中心区域散热快边缘散热慢的效果。
当然，上述设置方式是基于铸锭炉内的热场是理想状态的对称分布。在多晶硅铸锭炉中坩埚1的四个侧边对称设置有四个加热器5，顶端设置有一个加热器5。因此理想状态下，铸锭炉内水平面的热场是以坩埚1的中心轴对称分布的，而各种不同铸锭工艺中一般也是要求铸锭炉内水平面的热场是呈中心对称分布的。
但是在实际应用过程中，每个加热器5的加热效果并不一定完成相同，例如，坩埚1的四个侧面位置加热器5中有两个相邻的加热器5使用的时间较长，而另外两个加热器5是刚刚更换的新的加热器5，则有可能新替换的加热器5的加热效果更好。那么在新替换的加热器5之间的夹角位置的温度就可能偏高，为此，如图4所示，图4为本发明实施例提供的另一种保温块和散热块的布局结构示意图，图4中可在该夹角对应的DS块2的顶角位置设置一个散热块3，而其他位置设置保温块4。
上述实施例仅仅是以实际可能存在的两种情况进行说明，在实际铸锭过程中，铸锭炉内还可能存在其他的分布情况，DS块2上的散热块3和保温块4也可以根据实际需要做不同的调整，以实现更好的温度调节的效果。
本申请中通过在DS块2上设置位置可调的保温块4和散热块3，实现了对坩埚1底部水平面方向的温度梯度的调节，并且可以根据实际需要调节保温块4和散热块3的位置，满足不同的铸锭工艺的需求，提高对多晶硅铸锭炉中的温度调节效果，有利于多晶硅的生长质量。
下面对本发明中的保温块4和散热块3以及DS块2的具体设置方式进行详细的介绍。
在本发明的具体实施例中，散热块3具体可以是具有高导热率的石墨块。
为了进一步地增强散热块的散热能力，如图5所述，图5为本发明实施例提供的散热块3的结构示意图，可以在散热块3上设置凹槽，以增大散热块3的表面积，并且该凹槽的宽度具体可以设置在4mm～20mm，而深度为5mm～40mm，具体地该凹槽的横截面可以为圆弧面，在最大程度上泽达凹槽内表面的面积。
为了进一步增大散热块3的散热效果，可以在散热块3表面设置相互交叉的多个条形凹槽，使得整个散热块3表面均匀分布有立柱结构，从而在最大程度上怎大散热块3的表面积。
对于散热块3的整体尺寸具体可以是长为5cm～30cm，宽为5cm～30cm，厚度为1.5cm～6cm。
具体地，对于散热块3的长度和宽度应当尽可能的小，以便能够更精细的调整刚过底部温度，但是若是散热块3的长度和宽度尺寸过小，则会给散热块3的安装带来困难，为此，本实施例中提供了散热块3优选的尺寸范围，具体地，长度可以是5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm；宽度可以是5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm。
对于散热块3的厚度直接关系到散热块的散热效果的好坏，在实际应用中，所有的散热块3可以均设置统一尺寸的长度和宽度，以便散热块3之间的拼接安装，但是对于散热块3的厚度可以设置多个不同的厚度，那么在拼接设置散热块3时，即可根据坩埚1底部的热场梯度，设置厚度渐变的散热块3，避免温度突变。
例如，基于半熔铸锭工艺的需要，在DS块2的中心区域设置多个散热块3，那么越靠近DS块2中心的位置散热块3的厚度可以越厚，远离中心的位置的散热块3越薄。
在本发明的另一具体实施例中，如图6所述，图6为本发明实施例提供的保温块的结构示意图，保温块4具体可以包括碳纤维板41和设于两个所述碳纤维板41之间的碳纤维毡42。
碳纤维板41可以读碳纤维毡42起到保护作用，避免频繁拆和安装保温块4导致碳纤维毡42被拉扯损坏。
为了方便保温块4和散热块3在DS块2上的整体布局，保温块4的长度尺寸和宽度尺寸可以是呈倍数关系或者是完全相同，因此保温块4的长度范围也可以是5cm～30cm，宽可以是5cm～30cm，而厚度也可以是为1.5cm～6cm。并且和散热块3同理，保温块4也可以设置多个不同的厚度，以便根据坩埚1底部的热场梯度，设置厚度渐变的保温块4。
例如，基于半熔铸锭工艺的需要，在DS块2的边缘区域设置三圈保温块4，那么三圈保温块4的厚度由内圈到外圈逐渐增大。
在本发明的另一具体实施例中，为了便于散热块3和保温块4可拆卸的设置在DS块2上，可以在DS块2上设置有螺栓孔阵列；相应地保温块4和散热块3上分别设置和螺栓孔阵列中的螺栓孔21相配合的第一螺孔41和第二螺孔31，也即是说通过螺栓即可实现散热块3和保温块4在DS块2上可拆卸的连接。
为了保证DS块2和保温块4以及散热块3之间更好的传热，使得保温块4和散热块3对温度控制调节的效果更好，可以采用石墨块作为DS块2，该DS块2的具体尺寸可以是，长和宽均为1m～1.5m，厚度为5cm～20cm。具体地，在DS块2上的螺栓孔21可以是2cm～5cm，直径6mm～14mm。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
Claims (10)
1.一种多晶硅铸锭炉，其特征在于，包括：
用于承载铸锭硅料的坩埚；
用于支撑坩埚的DS块；
可拆卸地设于所述DS块背离所述坩埚底部的表面，用于调节所述坩埚底部热场分布的保温块和散热块；
其中，所述保温块和所述散热块在所述DS块表面分布位置可调。
2.如权利要求1所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述散热块为石墨块。
3.如权利要求2所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述散热块长为5cm～30cm，宽为5cm～30cm，厚度为1.5cm～6cm；且设置在所述DS块上的多个散热块的厚度不完全相同。
4.如权利要求2所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述散热块背离所述DS块的表面分布有多条相互交错的凹槽，所述凹槽的宽度为4mm～20mm，深度为5mm～40mm。
5.如权利要求1所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述保温块包括碳纤维板和设于两个所述碳纤维板之间的碳纤维毡。
6.如权利要求5所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述保温块长为5cm～30cm，宽为5cm～30cm，厚度为3cm～20cm；且设置在所述DS块上的多个保温块的厚度不完全相同。
7.如权利要求1至6任一项所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述DS块上设置有螺栓孔阵列；所述保温块和所述散热块上设置和所述螺栓孔阵列中的螺栓孔相配合的螺孔。
8.如权利要求7所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述DS块为石墨块，长和宽均为1m～1.5m，厚度为5cm～20cm，所述螺栓孔的孔深2cm～5cm，直径6mm～14mm。
9.如权利要求1至6任一项所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述保温块沿所述DS块边缘区域环形设置，所述散热块设于所述DS块中心区域。
10.如权利要求1至6任一项所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述保温块设于所述DS块三个顶点区域，所述散热块设于所述DS块未设置所述保温块的顶点区域。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Country or region after: China Address after: 314416 Yuanxi Road, Yuanhua Town, Haining, Jiaxing, Zhejiang 58 Applicant after: ZHEJIANG JINKO SOLAR Co.,Ltd. Applicant after: Jingke Energy Co.,Ltd. Address before: 314416 Yuanxi Road, Yuanhua Town, Haining, Jiaxing, Zhejiang 58 Applicant before: ZHEJIANG JINKO SOLAR Co.,Ltd. Country or region before: China Applicant before: JINKO SOLAR Co.,Ltd. |
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