CN110886016B - 一种使多晶硅中磷元素均匀分布的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使多晶硅中磷元素均匀分布的装置，属于多晶硅制备领域。本发明涉及的装置具有纵截面为矩形的炉壳，炉壳内设有纵截面为“凹”字型的保温层，保温层与炉壳不接触，保温层内部设有纵截面为“U”字型的石墨坩埚，石墨坩埚内装有硅溶液，石墨坩埚与保温层不接触，石墨坩埚底部外侧通过穿过保温层的坩埚推进支座与炉壳底部内壁相连，保温层顶面内侧设有数个石墨加热体。本发明涉及的装置通过改变施加热场控制固液界面的形貌，从而控制同一水平面上不同位置的凝固顺序，使边缘部分较之中间部分更早凝固，弥补同一水平面上，对流所导致的边缘区域磷元素含量较高的问题，使磷在水平截面上的均匀分布。

Description

一种使多晶硅中磷元素均匀分布的装置
技术领域
本发明属于多晶硅制备领域，具体涉及一种使多晶硅中磷元素均匀分布的装置。
背景技术
目前已有的多晶硅定向凝固炉，是通过炉体保温层上表面的石墨加热体对硅材料进行加热熔融，并通过控制温度梯度使多晶硅自下而上凝固。而这种生产方式会使多晶硅熔液的上下位置存在较大的温差，导致熔体中出现对流。而熔体边缘位置的硅熔体由于摩擦力的作用，对流速度小于中心区域，磷元素不能充分与中心区域混合，造成边缘位置磷元素富集，影响产出多晶硅中的电学性能。
发明内容
本发明主要针对多晶硅定向凝固铸造过程提供一种使多晶硅中磷元素均匀分布的装置，该装置可以解决定向凝固过程中掺杂元素磷在水平截面上分布不均匀的问题。
本发明涉及的装置具有纵截面为矩形的炉壳，炉壳内设有纵截面为“凹”字型的保温层，保温层与炉壳不接触，保温层内部设有纵截面为“U”字型的石墨坩埚，石墨坩埚内装有硅溶液，石墨坩埚与保温层不接触，石墨坩埚底部外侧通过穿过保温层的坩埚推进支座与炉壳底部内壁相连，保温层顶面内侧设有数个石墨加热体。
进一步的，炉壳为圆柱体、长方体中的一种。
进一步的，保温层为圆柱体、长方体中的一种。
进一步的，石墨坩埚为圆柱体、长方体中的一种。
进一步的，坩埚推进支架为柱状且与石墨坩埚的底面、炉壳底面垂直。
原理：通过更改炉体结构改变热场分布，从而调节炉体中同一水平截面上不同位置的先后凝固顺序。利用凝固中存在的分凝现象，促使先凝固的边缘位置将磷元素排至上方及中心位置，弥补由于对流流速较慢所导致的多晶硅边缘磷富集的现象。
本发明通过调整多晶硅中定向凝固炉中的保温层形状及石墨加热体位置来改善多晶硅定向凝固炉中的热场结构，进而改善生产铸锭质量。
传统多晶硅定向凝固炉中的保温层纵截面为四方体形，石墨加热体位于四方体形保温层的顶面内侧，作为炉中多晶硅定向凝固的热源。通过将炉体中保温层上表面中间区域向下突出，并相应地附着有石墨加热体，能够使得多晶硅中间区域相比于边缘温度更高，造成边缘位置更易于凝固。保持固液界面形状为凹形，促使边缘位置的磷向中心位置排出，从而改善生产过程中由于边缘位置对流较弱而导致的磷在水平截面上分布不均匀现象。
发明有益效果
本发明设计的装置通过改变施加热场控制固液界面的形貌，从而控制同一水平面上不同位置的凝固顺序，使边缘部分较之中间部分更早凝固，弥补同一水平面上，对流所导致的边缘区域磷元素含量较高的问题，使磷在水平截面上的均匀分布。装置结构制作简单，设备成本低，具有良好的经济性。
附图说明
图1本发明涉及的装置纵截面示意图。
图2为硅溶液凝固过程示意图。
图中，1、炉壳，2、石墨加热体，3、保温层，4、石墨坩埚，5、硅溶液，6、坩埚推进支架，7、熔体对流，8、分凝时磷扩散方向，9、磷原子，10、多晶硅。
具体实施方式
下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
本发明涉及的装置具有纵截面为矩形的炉壳1，炉壳1内设有纵截面为“凹”字型的保温层3，保温层3与炉壳1不接触，保温层3内部设有纵截面为“U”字型的石墨坩埚4，石墨坩埚4内装有硅溶液5，石墨坩埚4与保温层3不接触，石墨坩埚4底部外侧通过穿过保温层3的坩埚推进支座6与炉壳1底部内壁相连，保温层3顶面内侧设有数个石墨加热体2。
实施例2
硅溶液5形成多晶硅10时，保温层3顶面内侧向下凸出，凸出面上的石墨加热体2使硅溶液4中心位置的温度高于边缘的温度，边缘凝固速度高于中心位置，多晶硅10面为边缘高于中心，保持固液界面形状为凹形，促使边缘位置的磷原子9向中心位置排出。
上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种使多晶硅中磷元素均匀分布的装置，其特征在于，所述装置具有纵截面为矩形的炉壳(1)，炉壳(1)内设有纵截面为“凹”字型的保温层(3)，保温层(3)与炉壳(1)不接触，保温层(3)内部设有纵截面为“U”字型的石墨坩埚(4)，石墨坩埚(4)内装有硅溶液(5)，石墨坩埚(4)与保温层(3)不接触，石墨坩埚(4)底部外侧通过穿过保温层(3)的坩埚推进支座(6)与炉壳(1)底部内壁相连，保温层(3)顶面内侧设有数个石墨加热体(2)；
硅溶液(5)形成多晶硅(10)时，保温层(3)顶面内侧向下凸出，凸出面上的石墨加热体(2)使硅溶液(5)中心位置的温度高于边缘的温度，边缘凝固速度高于中心位置，多晶硅(10)面为边缘高于中心，保持固液界面形状为凹形，促使边缘位置的磷原子(9)向中心位置排出。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，炉壳(1)为圆柱体、长方体中的一种。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，保温层(3)为圆柱体、长方体中的一种。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，石墨坩埚(4)为圆柱体、长方体中的一种。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，坩埚推进支架(6)为柱状且与石墨坩埚(4)的底面、炉壳(1)底面垂直。
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