CN116103757A - 一种单晶硅棒拉制方法和单晶硅棒拉制装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种单晶硅棒拉制方法和单晶硅棒拉制装置。所述单晶硅棒拉制方法包括：在等径阶段，通过主炉体上方的副炉体向所述主炉体内通入第一气体，以及，向所述主炉体内直接通入第二气体，其中，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体用于吸收第一预设波段的辐射热。本申请实施例可以快速带走所述单晶硅棒辐射热量，提高所述单晶硅棒的冷却速度及晶棒生长速度。这样，就可以提高所述单晶硅棒的拉制速度并降低生产成本。
Description
技术领域
本申请属于光伏技术领域，具体涉及一种单晶硅棒拉制方法和一种单晶硅棒拉制装置。
背景技术
近年来，光伏发电作为绿色能源以及人类可持续发展的主要能源的一种，日益受到世界各国的重视并得到大力发展。单晶硅片作为光伏发电的一种基础材料，有着广泛的市场需求。单晶硅片通常由单晶硅棒进行切片处理得到，单晶硅棒则可以由硅料生长拉制而成。
目前，为了降低单晶硅棒的生产成本，单晶硅棒制造业朝着大热场、大装料、大尺寸及高拉速方向发展。其中，降低单晶硅棒拉制生产成本最有效的手段就是提高晶体生长速度。为了提高晶体生长速度现有常规方法是通过在热屏内胆附近设计一个水冷传热组件，通过辐射传热方式将结晶时释放的潜热能量辐射至水冷传热组件内壁带出炉外，从而提高晶棒纵向温度梯度并提高长晶速率，但以辐射方式带走晶棒的热量效率不高，对晶棒纵向温度梯度的提高效果有限。因此，现有的单晶硅棒拉制过程中，提高晶体生长速度的手段效果有限，单晶硅棒拉制的效率仍然较低且生产成本较高。
发明内容
本申请旨在提供一种单晶硅棒拉制方法和单晶硅棒拉制装置，以解决现有的单晶硅棒拉制过程中，晶体生长速度慢，单晶硅棒拉制的效率较低且生产成本较高的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
第一方面，本申请公开了一种单晶硅棒拉制方法，所述单晶硅棒拉制方法包括：
在等径阶段，通过主炉体上方的副炉体向所述主炉体内通入第一气体，以及，向所述主炉体内直接通入第二气体，其中，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体用于吸收第一预设波段的辐射热。
可选地，所述通过主炉体上方的副炉体向所述主炉体内通入第一气体，以及，向所述主炉体内直接通入第二气体的步骤，包括：
在所述等径阶段，通过所述副炉体的第一供气装置向主炉体内通入第一气体；
在单晶硅棒进入所述主炉体内的热场部件时，打开所述热场部件上的第二供气装置，以通过所述第二供气装置通入第二气体。
可选地，所述方法还包括：
在所述单晶硅棒进入所述副炉体时，通过所述副炉体上的第三供气装置向所述副炉体内通入第三气体，所述第三气体用于吸收第二预设波段的辐射热，所述第二预设波段与所述第一预设波段不同。
可选地，所述热场部件上设置有第一进气口和第一出气口，所述第一出气口和所述第一进气口位于所述热场部件中心轴的两侧，所述第一进气口与所述第二供气装置连接；
所述在单晶硅棒进入所述主炉体内的热场部件时，打开所述热场部件上的第二供气装置，以通过所述第二供气装置通入第二气体的步骤，包括：
在单晶硅棒进入主炉体内的热场部件时，打开所述热场部件上的第一进气口，以通过所述第一进气口通入第二气体；
打开所述第一出气口，以通过所述第一出气口回收所述第二气体，形成第二气体流经路径；其中，所述第二气体流经路径为所述第一进气口-所述单晶硅棒-所述第一出气口。
可选地，所述第一出气口的高度低于所述第一进气口的高度。
可选地，所述热场部件包括热屏以及换热器，所述换热器位于所述热屏的上方，所述第一进气口设置于所述换热器或者热屏上；
其中，在所述第一进气口设置于所述换热器的情况下，所述第一进气口与所述换热器底部的距离为第一距离，所述第一距离与所述单晶硅棒的直径的比值为0.1-3；
在所述第一进气口设置于所述热屏的情况下，所述第一进气口与所述热屏底部的距离为第三距离，所述第三距离与所述单晶硅棒的直径的比值为0.1-3。
可选地，所述副炉体上设置有第二进气口和第二出气口，所述第二出气口和所述第二进气口位于所述热场部件中心轴的两侧，所述第二进气口与所述第三供气装置连接；
所述在所述单晶硅棒进入副炉体时，通过所述副炉体上的第三供气装置向所述副炉体内通入第三气体的步骤，包括：
在单晶硅棒进入副炉体内时，打开所述副炉体上的第二进气口，以通过所述第二进气口通入第三气体；
打开所述第二出气口，以通过所述第二出气口回收所述第三气体，形成第三气体流经路径；其中，所述第二气体流经路径为所述第二进气口-所述单晶硅棒-所述第二出气口。
可选地，所述副炉体上设置有N个第二进气口，所述N个第二进气口沿所述副炉体的高度方向间隔设置，所述N为大于或者等于2的整数；
所述在单晶硅棒进入所述副炉体内时，打开所述副炉体上的第二进气口，以通过所述第二进气口通入第三气体的步骤，包括：
在所述单晶硅棒到达第M个所述第二进气口的位置时，打开对应的第M个所述第二进气口，以通过第M个所述第二进气口通入惰性气体和第二气体，直至打开所有的所述第二进气口，所述M为小于或者等于N的正整数。
可选地，所述第二气体包括甲烷、氨气中的至少一种。
可选地，所述第三气体包括一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮以及二氧化硫中的至少一种。
第二方面，本申请还公开了一种单晶硅棒拉制装置，所述单晶硅棒拉制装置包括：
主炉体；
副炉体，所述副炉体设置在所述主炉体的上方，所述副炉体与所述主炉体内部连通，所述副炉体内设置有第一供气装置；
坩埚，所述坩埚设置于所述主炉体内，用于容纳硅料；
热场部件，所述热场部件设置在所述主炉体内且位于所述坩埚的上方；
加热器，所述加热器设置于所述主炉体内，用于将所述坩埚内的硅料加热成硅液，以从所述硅液中生长单晶硅棒；
其中，所述主炉体内设置有第二供气装置，在等径阶段，所述第一供气装置用于向所述主炉体内通入第一气体，所述第二供气装置用于向所述主炉体内通入第二气体，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体用于吸收第一预设波段的辐射热。
可选地，所述热场部件上设置有第一进气口，所述第二供气装置与所述第一进气口连接。
可选地，所述副炉体上设置有第三供气装置，在所述单晶硅棒进入所述副炉体时，所述第三供气装置用于向所述副炉体内通入第三气体，所述第三气体用于吸收第二预设波段的辐射热，所述第二预设波段与所述第一预设波段不同。
本申请实施例中，在等径阶段，通过主炉体上方的副炉体向所述主炉体内通入第一气体，以及，向所述主炉体内直接通入第二气体，其中，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体可以用于吸收第一预设波段的辐射热，以快速带走所述主炉体内的所述单晶硅棒辐射热量，提高所述单晶硅棒的纵向温度梯度及晶棒生长速度。这样，就可以提高所述单晶硅棒的冷却速度及晶棒生长速度，以达到提高所述单晶硅棒的拉制速度并降低生产成本的目的。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施例所述的一种单晶硅棒拉制方法的步骤流程图；
图2是本申请实施例所述的一种单晶硅棒拉制装置的结构示意图；
图3是本申请实施例所述的另一种单晶硅棒拉制方法的步骤流程图。
附图标记：10-主炉体，11-坩埚，12-热场部件，121-第一进气口，122-第一出气口，123-热屏，124-换热器，13-副炉体，131-第二进气口，132-第二出气口，140-总开关，141-第一开关，142-第三开关，15-尾气处理系统，151-第二开关，152-第四开关，20-单晶硅棒。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，示出了本申请实施例所述的一种单晶硅棒拉制方法的步骤流程图，如图1所示，所述单晶硅棒拉制方法具体可以包括以下步骤：
步骤101：在等径阶段，通过主炉体上方的副炉体向所述主炉体内通入第一气体，以及，向所述主炉体内直接通入第二气体，其中，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体用于吸收第一预设波段的辐射热。
具体的，可以采用图2所示的单晶硅棒拉制装置进行单晶硅棒20的拉制。如图2所示，所述单晶硅棒拉制装置具体可以包括：主炉体10；副炉体13，副炉体13设置在主炉体10的上方，副炉体13与主炉体10内部连通，所述副炉体内设置有第一供气装置；坩埚11，坩埚11设置于主炉体10内，用于容纳硅料；加热器，所述加热器设置于主炉体10内，用于将坩埚11内的硅料加热成硅液，以从所述硅液中生长单晶硅棒20；热场部件12，热场部件12设置在主炉体10内且位于坩埚11的上方，热场部件12可以用于提供热场环境。
本申请实施例中，在等径阶段，通过10主炉体上方的副炉体13向主炉体10内通入第一气体，以及，向主炉体10内直接通入第二气体，其中，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体可以用于吸收第一预设波段的辐射热，以快速带走主炉体10内的单晶硅棒20辐射热量，提高单晶硅棒20的纵向温度梯度及晶棒生长速度。这样，就可以提高单晶硅棒20的冷却速度及晶棒生长速度，以达到提高所述单晶硅棒的拉制速度并降低生产成本的目的。
在本申请的一种可选实施例中，所述通过主炉体上方的副炉体向所述主炉体内通入第一气体，以及，向所述主炉体内直接通入第二气体的步骤可以包括以下子步骤：
子步骤S11：在所述等径阶段，通过所述副炉体的第一供气装置向主炉体内通入第一气体。
在具体的应用中，副炉体13上可以设置有第一供气装置，所述第一供气装置可以用于向主炉体内通入第一气体，所述第一气体可以为惰性气体，所述惰性气体可以用于替代主炉体10内的空气，以避免硅液与空气中的氧气反应生成不需要的杂质。所述惰性气体还可以用于带走主炉体10内的热量，有利于单晶硅棒20的冷却。
子步骤S12：在单晶硅棒进入所述主炉体内的热场部件时，打开所述热场部件上的第二供气装置，以通过所述第二供气装置通入第二气体。
本申请实施例中，热场部件12上可以设置有第二供气装置，所述第二供气装置可以用于通入第二气体。在单晶硅棒20进入主炉体10内的热场部件12时，可以打开热场部件12上的第二供气装置，以通过所述第二供气装置通入第二气体。在实际应用中，所述第二气体可以用于吸收第一预设波段的辐射热，以快速带走主炉体10内的单晶硅棒20辐射热量，提高单晶硅棒20的纵向温度梯度及晶棒生长速度。这样，就可以提高单晶硅棒20的冷却速度及晶棒生长速度，以达到提高所述单晶硅棒的拉制速度并降低生产成本的目的。
具体的，热场部件12上还可以设置有第一进气口，所述第一进气口与所述第二供气装置连接。在单晶硅棒20进入主炉体10内的热场部件12时，可以打开热场部件12上的第一进气口121，以通过第一进气口121通入第二气体，所述第二气体可以用于吸收第一预设波段的辐射热。
本申请实施例中，所述第一预设波段与单晶硅棒20在主炉体10内的热射热波段对应，所述第一预设波段的范围为2.5-4.0μm。
在实际应用中，主炉体10内部的单晶硅棒20的表面温度通常在500K以上，靠近液面处单晶硅棒20温度可超过1200K。目前单晶生长过程所用的惰性气体为单原子气体氩气，其对热辐射的吸收能力很小，因此无法通过吸收单晶硅棒20的热辐射进一步带走热量。可将单晶硅棒20视为黑体，则根据维恩定律，黑体单色辐射强度峰值对应的波长与黑体温度的乘积为定值，结合在单晶生长过程中处于主炉体10内部单晶硅棒20的温度，可推导出主炉体10的单晶硅棒20热辐射的波长主要集中在2.5～4.0μm范围。本申请实施例中，由于第一进气口121通入的第二气体可以用于吸收2.5～4.0μm范围的辐射热，因此，所述第二气体可以快速带走主炉体10内的单晶硅棒20辐射热量，提高单晶硅棒20的纵向温度梯度及晶棒生长速度。
可选地，所述第二气体可以包括甲烷、氨气中的至少一种。由于甲烷和氨气对波长在2.5～4.0μm范围的短波热辐射的吸收效果较好，在所述第二气体中包括甲烷和氨气中的至少一种的情况下，可以进一步提升所述第二气体带走单晶硅棒20的辐射热量的速度。
在实际应用中，为了避免主炉体10内的部件不受到所述第二气体的腐蚀，主炉体10内的内壁不锈钢部分(包括内部，管道)通过喷涂、涂刷等方式覆盖一层耐腐蚀保护层，保护层材质可以是碳化硅，氮化硼；其余热场部件12沉积保护层，保护层可以是碳化硅，氮化硅等，也可以整体更换为碳化硅、氮化硅等材质。
本申请实施例中，热场部件12上还设置有第一出气口122，第一出气口122和第一进气口121位于热场部件12中心轴的两侧，第一出气口122可以用于将所述第二气体导出主炉体10。
在具体的应用中，所述在单晶硅棒20进入主炉体10内的热场部件12时，打开热场部件12上的第二供气装置，以通过所述第二供气装置通入第二气体的的步骤可以包括以下子步骤：
子步骤S21：在单晶硅棒进入主炉体内的热场部件时，打开所述热场部件上的第一进气口，以通过所述第一进气口通入第二气体。
本申请实施例中，所述单晶硅棒拉制装置还可以包括控制模块，所述控制模块可以包括通气管路以及开关，所述通气管道可以用于连接供气装置，所述开关可以用于控制通气管路的通断，以打开或者关闭相应的供气装置。如图2所示，所述控制模块中可以设置有总开关140，总开关140可以用于控制所有供气装置的打开或者关闭。
在实际应用中，所述控制模块与第一进气口121连通的通气管道上可以设置有第一开关141，第一开关141控制所述第二供气装置的打开或者关闭，以通过所述第二供气装置向第一进气口121通入所述第二气体。
示例地，第一进气口121通入的气体流量可以为0.1-50升/分，以使得第一进气口121通入的第二气体就可以充分的带走单晶硅棒20辐射的热量，又可以避免所述第二气体的浪费。
本申请实施例中，在单晶硅棒20进入主炉体10内的热场部件12时，可以闭合第一开关141，以打开热场部件12上的所述第二供气装置，以通过第二供气装置向第一进气口121通入第二气体，快速的带走主炉体10内的单晶硅棒20辐射出的热量。
子步骤S22：打开所述第一出气口，以通过所述第一出气口回收所述所述第二气体，形成第一气体流经路径；其中，所述第一气体流经路径为所述第一进气口-所述单晶硅棒-所述第一出气口。
本申请实施例中，所述单晶硅棒拉制装置还可以包括尾气处理系统15，尾气处理系统15可以包括通气管路以及开关，所述通气管道可以用于连接出气口，所述开关可以用于控制通气管路的通断，以打开或者关闭相应的出气口。如图2所示，所述尾气控制系统与第一出气口122连通的通气管道上可以设置有第二开关151，第二开关151控制第一出气口122打开或者关闭。
在实际应用中，在单晶硅棒20进入主炉体10内的热场部件12时，在打开热场部件12上的第一进气口121的同时，可以闭合第二开关151，以打开热场部件12上的第一出气口122，并通过第一出气口122将吸收了热量的第二气体排放至尾气处理系统15。通过在主炉体10上设置了第一进气口121和第一出气口122，可以形成从第一进气口121-单晶硅棒20-第一出气口122的第一气体流经路径。这样，既可以增大所述第二气体在主炉体10内的流通范围，以增大所述第二气体带走单晶硅棒20的辐射热量的速度，又可以避免直接将所述第二气体排放至大气中带来的污染。
在本申请的一些可选实施例中，热场部件12可以包括热屏123以及换热器124，换热器124位于热屏123的上方；其中，第一进气口121设置于换热器124上，第一出气口122设置于热屏123上。
在实际应用中，由于换热器124位于热屏123的上方，在将第一进气口121设置于换热器124上，将第一出气口122设置于热屏123上的情况下，可以使得第一进气口121的高度高于第一出气口122的高度，从而，可以在主炉体10内形成从上至下的第一气体流经路径。这样，就可以使得所述第二气体可以充分的吹拂单晶硅棒20的表面，以进一步的提高所述第二气体带走单晶硅棒20的辐射热量的效率。
可选地，在第一进气口121设置于换热器124的情况下，第一进气口121与换热器124底部的距离为第一距离，所述第一距离与单晶硅棒20的直径的比值为0.1-3，以使得第一进气口121通入的第二气体既可以充分的带走单晶硅棒20的辐射热量，又可以避免浪费，以提高所述第二气体的散热效率。
可选地，第一进气口121还可以根据需要设置于热屏123上，即，第一进气口121和第一出气口122皆可以设置在热屏123上，且第一进气口121的高度高于第一出气口122的高度，从而，可以在热屏123形成从上至下的第一气体流经路径，这样，就可以使得所述第二气体可以充分的吹拂单晶硅棒20的表面，以进一步的提高所述第二气体带走单晶硅棒20的辐射热量的效率。
可选地，在第一进气口121设置于热屏124的情况下，第一进气口121与热屏124底部的距离为第三距离，所述第三距离与单晶硅棒20的直径的比值为0.1-3，以使得第一进气口121通入的第二气体既可以充分的带走单晶硅棒20的辐射热量，又可以避免浪费，以提高所述第二气体的散热效率。
需要说明的是，在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际需要将第一进气口121和第一出气口122设置在同一热场部件上，或者，分别设置在不同的热场部件上，本申请实施例对于第一进气口121和第一出气口122的位置不做具体限定。
综上，本发明所述的单晶硅棒拉制方法至少可以包括以下优点：
本申请实施例中，在等径阶段，通过主炉体上方的副炉体向所述主炉体内通入第一气体，以及，向所述主炉体内直接通入第二气体，其中，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体可以用于吸收第一预设波段的辐射热，以快速带走所述主炉体内的所述单晶硅棒辐射热量，提高所述单晶硅棒的纵向温度梯度及晶棒生长速度。这样，就可以提高所述单晶硅棒的冷却速度及晶棒生长速度，以达到提高所述单晶硅棒的拉制速度并降低生产成本的目的。
参照图3，示出了本申请实施例所述的另一种单晶硅棒拉制方法的步骤流程图，如图3所示，所述单晶硅棒拉制方法具体可以包括以下步骤：
步骤201：在等径阶段，通过主炉体上方的副炉体向所述主炉体内通入第一气体，以及，向所述主炉体内直接通入第二气体，其中，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体用于吸收第一预设波段的辐射热。
本申请实施例中，步骤201可以参照前述实施例中的步骤101即可，在此不做赘述。
步骤202：在所述单晶硅棒进入所述副炉体时，通过所述副炉体上的第三供气装置向所述副炉体内通入第三气体，所述第三气体用于吸收第二预设波段的辐射热，所述第二预设波段与所述第一预设波段不同。
本申请实施例中，副炉体13上还可以设置有第三供气装置，在单晶硅棒20进入副炉体13时，可以打开所述第三供气装置，以通过第三供气装置通入第三气体，所述第三气体可以用于吸收第二预设波段的辐射热，以快速带走副炉体13内的单晶硅棒20辐射热量，提高单晶硅棒20的纵向温度梯度及晶棒生长速度。
具体的，所述第二预设波段与单晶硅棒20在副炉体13内的热射热波段对应，所述第二预设波段的范围为4.0-8.0μm。
在实际应用中，副炉体13内的单晶硅棒20的表面温度在350K～500K。将单晶硅棒20视为黑体，则根据维恩定律，黑体单色辐射强度峰值对应的波长与黑体温度的乘积为定值，结合在单晶生长过程中处于副炉体13内部单晶硅棒20的温度，可推导出副炉体13内部的单晶硅棒20热辐射的波长主要集中在4.0-8.0μm范围。本申请实施例中，由于所述第三供气装置通入的第三气体可以用于吸收4.0-8.0μm范围的辐射热，因此，所述第三气体可以快速带走副炉体13内的单晶硅棒20辐射热量，提高单晶硅棒20的纵向温度梯度及晶棒生长速度。
可选地，所述第三气体可以包括一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮以及二氧化硫中的至少一种。由于一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮以及二氧化硫对波长在4.0-8.0μm范围的长波热辐射的吸收效果较好，在所述第三气体中包括一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮以及二氧化硫中的至少一种的情况下，可以进一步提升所述第三气体带走单晶硅棒20的辐射热量的速度。
在实际应用中，为了避免副炉体13内的部件不受到所述第三气体的腐蚀，副炉体13内的内壁不锈钢部分(包括内部，管道)通过喷涂、涂刷等方式覆盖一层耐腐蚀保护层，保护层材质可以是碳化硅，氮化硼。
本申请实施例中，副炉体13上可以设置有第二进气孔131和第二出气口132，第二出气口132和第二进气口131位于热场部件12中心轴的两侧，第二进气口131与所述第三供气装置连接，第二出气口132可以用于将所述第二气体导出副炉体13。
在具体的应用中，在单晶硅棒20进入副炉体13时，通过副炉体13上的第三供气装置向副炉体13内通入第三气体的步骤可以包括以下子步骤：
子步骤S31：在单晶硅棒进入副炉体内时，打开所述副炉体上的第二进气口，以通过所述第二进气口通入第三气体。
在实际应用中，所述控制模块与第二进气口131连通的通气管道上可以设置有第三开关142，第三开关142控制所述第三供气装置的打开或者关闭，以通过所述第三供气装置向第二进气口131通入所述第三气体。
示例地，第二进气口131通入的第三气体与第一进气口121通入的第二气体的流量比例在1:99～99:1之间，而且，所述第二气体和所述第三气体的通入总流量为0.1-50升/分，以使得第一进气口121通入的第二气体和第二进气口131通入的第三气体可以充分的带走单晶硅棒20辐射的热量，又可以避免所述第二气体和所述第三气体的浪费。
本申请实施例中，在单晶硅棒20进入副炉体13时，可以闭合第三开关142，以打开副炉体13上的所述第三供气装置，以通过所述第三供气装置向第二进气口131通入第三气体，快速的带走副炉体13内的单晶硅棒20辐射出的热量。
子步骤S32：打开所述第二出气口，以通过所述第二出气口回收所述第三气体，形成第三气体流经路径；其中，所述第二气体流经路径为所述第二进气口-所述单晶硅棒-所述第二出气口。
如图2所示，所述尾气控制系统与第二出气口132连通的通气管道上可以设置有第四开关152，第四开关152控制第二出气口132打开或者关闭。
在实际应用中，在单晶硅棒20进入副炉体13内时，在打开副炉体13上的第二进气口131的同时，可以闭合第四开关152，以打开副炉体13上的第二出气口132，并通过第二出气口132将吸收了热量的第三气体排放至尾气处理系统15。通过在副炉体13上设置了第二进气口131和第二出气口132，可以形成从第二进气口131-单晶硅棒20-第二出气口132的第二气体流经路径。这样，既可以增大所述第三气体在副炉体13内的流通范围，以增大所述第三气体带走单晶硅棒20的辐射热量的速度，又可以避免直接将所述第三气体排放至大气中带来的污染。
在本申请的一种可选实施例中，第二出气口132的高度低于第二进气口131的高度，气体在重力的作用下以在副炉体13内形成从上至下的第二气体流经路径。这样，就可以使得所述第三气体可以充分的吹拂单晶硅棒20的表面，以进一步的提高所述第三气体带走单晶硅棒20的辐射热量的效率。
在本申请的一种可选实施例中，副炉体13上设置有N个第二进气口131，N个第二进气口131沿副炉体13的高度方向间隔设置，所述N为大于或者等于2的整数。在单晶硅棒20进入副炉体13时，打开副炉体13上的第二进气口131，以通过第二进气口131通入惰性气体和第二气体的步骤可以包括：在单晶硅棒20到达第M个第二出气口132的位置时，打开对应的第M个第二进气口131，以通过第M个第二进气口131通入第三气体，直至打开所有的第二进气口131，所述M为小于或者等于N的正整数。
在实际应用中，在单晶硅棒20的头部到达副炉体13从下往上的第一个第二进气口131的位置时，打开对应的最下方的第三开关142，以通过从下往上的第一个第二进气口131通入第三气体。同时打开副炉体13上的第二出气口132，并通过第二出气口132将吸收了热量的第三气体排放至尾气处理系统15。
然后，在单晶硅棒20的头部到达副炉体13从下往上的第二个第二进气口131的位置时，打开对应的从下往上的第二个第三开关142，以通过从下往上的第二个第二进气口131通入第三气体。
以此类推，待单晶硅棒20的头部到达第M个第二进气口131的位置时，打开从下往上的第M个第三开关142，以通过第M个第二进气口131通入第三气体，直至打开第N个第二进气口131。
在本申请的一种可选实施例中，N个第二进气口131中，最底部的第二进气口131与副炉体13底部的距离为第二距离，所述第二距离与单晶硅棒20的直径的比值为0.1-1，以使得第二进气口131通入的第三气体既可以充分的带走单晶硅棒20的辐射热量，又可以避免浪费，以提高所述第三气体的散热效率。
可选地，副炉体13高度h与单晶硅棒20的直径D的比值为第一比值，所述N大于或者等于所述第一比值，即N≥h/D，以使得副炉体13上的第二进气口131间相邻距离小于单晶硅棒20的直径，以提高从第二进气口131进入的第二气体的散热效率。
以下提供一种应用了本申请实施例提供的单晶硅棒拉制方法进行单晶硅棒拉制时，采用在坩埚中装入300kg多晶硅料，调整熔料功率为60KW时，在等径阶段通入对应的气体，得到的晶体生长速度的对比表格。
如上述表格所示，在未采用本申请实施例所述的单晶硅棒拉制方法的情况下(对照组)，晶体生长速度为102mm/h。在所述第二气体为CH4，第三气体为CO2的情况下(方案一)，晶体生长速度为110mm/h。在所述第二气体为NH3，第三气体为CO2的情况下(方案一)，晶体生长速度为108mm/h。在所述第二气体为CH4，第三气体为CO的情况下(方案一)，晶体生长速度为105mm/h。
由上述表格可知，采用本申请实施例所述的单晶硅棒拉制方法可以显著提高晶体生长速度，而且，采用不同的第二气体和第三气体，晶体生长速度的提升幅度也不同。
综上，本申请实施例所述的单晶硅棒拉制方法至少可以包括以下优点：
本申请实施例中，在等径阶段，通过主炉体上方的副炉体向所述主炉体内通入第一气体，以及，向所述主炉体内直接通入第二气体，其中，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体可以用于吸收第一预设波段的辐射热，以快速带走所述主炉体内的所述单晶硅棒辐射热量，提高所述单晶硅棒的纵向温度梯度及晶棒生长速度。在所述单晶硅棒进入所述副炉体时，通过所述副炉体上的第三供气装置向所述副炉体内通入第三气体，所述第三气体用于吸收第二预设波段的辐射热，以快速带走所述副炉体内的所述单晶硅棒辐射热量，提高所述单晶硅棒的冷却速度及晶棒生长速度。这样，就可以提高所述单晶硅棒的拉制速度并降低生产成本。
本申请实施例还提供了一种图2所示的单晶硅棒拉制装置，所述单晶硅棒拉制装置具体可以包括：主炉体10；副炉体13，副炉体13设置在主炉体10的上方，副炉体13与主炉体10内部连通，副炉体13内设置有第一供气装置；坩埚11，坩埚11设置于主炉体10内，用于容纳硅料；热场部件12，热场部件12设置在主炉体10内且位于坩埚11的上方；加热器，所述加热器设置于主炉体10内，用于将坩埚11内的硅料加热成硅液，以从所述硅液中生长单晶硅棒20；其中，主炉体10内设置有第二供气装置，在等径阶段，所述第一供气装置可以用于向主炉体10内通入第一气体，所述第二供气装置可以用于向主炉体10内通入第二气体，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体可以用于吸收第一预设波段的辐射热。
需要说明的是，本申请实施例中，所述单晶硅棒拉制装置和所述单晶硅棒拉制方法具有相同的有益效果，在此不做赘述。
可选地，热场部件12上设置有第一进气口121，所述第二供气装置与第一进气口121连接，所述第二供气装置可以通过第一进气口121向主炉体内通入所述第二气体。
可选地，副炉体13上设置有第三供气装置，在单晶硅棒20进入副炉体13时，所述第三供气装置可以用于向副炉体13内通入第三气体，所述第三气体可以用于吸收第二预设波段的辐射热，所述第二预设波段与所述第一预设波段不同。
本申请实施例中，在等径阶段，通过主炉体10上方的副炉体13向主炉体10内通入第一气体，以及，向主炉体10内直接通入第二气体，其中，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体可以用于吸收第一预设波段的辐射热，以快速带走主炉体10内的单晶硅棒20辐射热量，提高单晶硅棒20的纵向温度梯度及晶棒生长速度。在单晶硅棒20进入副炉体13时，通过副炉体13上的第三供气装置向副炉体13内通入第三气体，所述第三气体可以用于吸收第二预设波段的辐射热，以快速带走副炉体13内的单晶硅棒20辐射热量，提高单晶硅棒20的冷却速度及晶棒生长速度。这样，就可以提高单晶硅棒20的拉制速度并降低生产成本。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (13)
1.一种单晶硅棒拉制方法，其特征在于，所述单晶硅棒拉制方法包括：
在等径阶段，通过主炉体上方的副炉体向所述主炉体内通入第一气体，以及，向所述主炉体内直接通入第二气体，其中，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体用于吸收第一预设波段的辐射热。
2.根据权利要求1所述的单晶硅棒拉制方法，其特征在于，所述通过主炉体上方的副炉体向所述主炉体内通入第一气体，以及，向所述主炉体内直接通入第二气体的步骤，包括：
在所述等径阶段，通过所述副炉体的第一供气装置向主炉体内通入第一气体；
在单晶硅棒进入所述主炉体内的热场部件时，打开所述热场部件上的第二供气装置，以通过所述第二供气装置通入第二气体。
3.根据权利要求1所述的单晶硅棒拉制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述单晶硅棒进入所述副炉体时，通过所述副炉体上的第三供气装置向所述副炉体内通入第三气体，所述第三气体用于吸收第二预设波段的辐射热，所述第二预设波段与所述第一预设波段不同。
4.根据权利要求2所述的单晶硅棒拉制方法，其特征在于，所述热场部件上设置有第一进气口和第一出气口，所述第一出气口和所述第一进气口位于所述热场部件中心轴的两侧，所述第一进气口与所述第二供气装置连接；
所述在单晶硅棒进入所述主炉体内的热场部件时，打开所述热场部件上的第二供气装置，以通过所述第二供气装置通入第二气体的步骤，包括：
在单晶硅棒进入主炉体内的热场部件时，打开所述热场部件上的第一进气口，以通过所述第一进气口通入第二气体；
打开所述第一出气口，以通过所述第一出气口回收所述第二气体，形成第二气体流经路径；其中，所述第二气体流经路径为所述第一进气口-所述单晶硅棒-所述第一出气口。
5.根据权利要求4所述的单晶硅棒拉制方法，其特征在于，所述第一出气口的高度低于所述第一进气口的高度。
6.根据权利要求4所述的单晶硅棒拉制方法，其特征在于，所述热场部件包括热屏以及换热器，所述换热器位于所述热屏的上方，所述第一进气口设置于所述换热器或热屏上；
其中，在所述第一进气口设置于所述换热器的情况下，所述第一进气口与所述换热器底部的距离为第一距离，所述第一距离与所述单晶硅棒的直径的比值为0.1-3；
在所述第一进气口设置于所述热屏的情况下，所述第一进气口与所述热屏底部的距离为第三距离，所述第三距离与所述单晶硅棒的直径的比值为0.1-3。
7.根据权利要求3所述的单晶硅棒拉制方法，其特征在于，所述副炉体上设置有第二进气口和第二出气口，所述第二出气口和所述第二进气口位于所述热场部件中心轴的两侧，所述第二进气口与所述第三供气装置连接；
所述在所述单晶硅棒进入副炉体时，通过所述副炉体上的第三供气装置向所述副炉体内通入第三气体的步骤，包括：
在单晶硅棒进入副炉体内时，打开所述副炉体上的第二进气口，以通过所述第二进气口通入第三气体；
打开所述第二出气口，以通过所述第二出气口回收所述第三气体，形成第三气体流经路径；其中，所述第二气体流经路径为所述第二进气口-所述单晶硅棒-所述第二出气口。
8.根据权利要求7所述的单晶硅棒拉制方法，其特征在于，所述副炉体上设置有N个第二进气口，所述N个第二进气口沿所述副炉体的高度方向间隔设置，所述N为大于或者等于2的整数；
所述在单晶硅棒进入所述副炉体内时，打开所述副炉体上的第二进气口，以通过所述第二进气口通入第三气体的步骤，包括：
在所述单晶硅棒到达第M个所述第二进气口的位置时，打开对应的第M个所述第二进气口，以通过第M个所述第二进气口通入惰性气体和第二气体，直至打开所有的所述第二进气口，所述M为小于或者等于N的正整数。
9.根据权利要求1所述的单晶硅棒拉制方法，其特征在于，所述第二气体包括甲烷、氨气中的至少一种。
10.根据权利要求3所述的单晶硅棒拉制方法，其特征在于，所述第三气体包括一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮以及二氧化硫中的至少一种。
11.一种单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述单晶硅棒拉制装置包括：
主炉体；
副炉体，所述副炉体设置在所述主炉体的上方，所述副炉体与所述主炉体内部连通，所述副炉体内设置有第一供气装置；
坩埚，所述坩埚设置于所述主炉体内，用于容纳硅料；
热场部件，所述热场部件设置在所述主炉体内且位于所述坩埚的上方；
加热器，所述加热器设置于所述主炉体内，用于将所述坩埚内的硅料加热成硅液，以从所述硅液中生长单晶硅棒；
其中，所述主炉体内设置有第二供气装置，在等径阶段，所述第一供气装置用于向所述主炉体内通入第一气体，所述第二供气装置用于向所述主炉体内通入第二气体，所述第一气体为惰性气体，所述第二气体用于吸收第一预设波段的辐射热。
12.根据权利要求11所述的单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述热场部件上设置有第一进气口，所述第二供气装置与所述第一进气口连接。
13.根据权利要求11所述的单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述副炉体上设置有第三供气装置，在所述单晶硅棒进入所述副炉体时，所述第三供气装置用于向所述副炉体内通入第三气体，所述第三气体用于吸收第二预设波段的辐射热，所述第二预设波段与所述第一预设波段不同。
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