CN201962415U - 可减少电弧石英坩埚内表面质量缺陷的石墨电极结构 - Google Patents

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Abstract

一种可减少电弧石英坩埚内表面质量缺陷的石墨电极结构，包括石墨电极，其特殊之处是：在石墨电极上沿轴向间隔设有多个横向孔，在石墨电极上套装有石英护套，所述的石英护套通过穿过石英护套和横向孔的石英销钉固定在石墨电极上。由于采用石英护套，使熔制过程中二氧化硅蒸汽与电极上套有石英护套部位无法接触，利用二氧化硅沉积物与石英护套同质，沉积物可牢固附着，从而减少乃至消除“白点”和附着物等缺陷，提高坩埚的质量与合格率，进而减少拉晶缺陷，提高拉晶率。

Description

可减少电弧石英坩埚内表面质量缺陷的石墨电极结构
技术领域
本实用新型涉及一种可减少电弧石英坩埚内表面质量缺陷的石墨电极结构。
背景技术
电弧石英坩埚用于熔融硅拉制单晶硅，而单晶硅广泛应用于半导体或太阳能电池等的单晶硅。采用切克劳斯基（Czochralski）法拉制单晶硅时，电弧石英坩埚被用于容纳硅熔体。在此方法中，一粒具有预定取向的种晶被浸入熔体，然后缓缓拉出。种晶和熔体以不同方向旋转。种晶和熔体之间的表面张力使得熔体随种晶被拉出，所述熔体逐渐凝固，最终固化成一个不断生长的硅单晶。在石英坩埚的熔制过程中，由于电弧温度很高，内表面会被部分气化，产生二氧化硅蒸汽，这些气体遇到石墨电极相对低温区域（电极尖端由于接近电弧温度较高致使二氧化硅蒸汽无法沉积），会在其上沉积并形成石英沉积物包裹结构。由于该结构较疏松并且与石墨电极不同质，因此附着极为不牢固，在震动、气流或电弧的影响下，会部分脱落，在坩埚内表面形成固态附着物或类似“白点”的结构。石英坩埚作为熔融硅的容器，内表面直接与硅液接触，长时间处于高温低压的条件下，受到硅液的侵蚀，与硅液反应，不断的向其中熔解。由于这些从电极脱落的沉积物带有杂质，在拉制单晶过程中增加了该杂质区域析晶的可能性，同时该区域被硅液侵蚀，会将杂质释放到硅液，严重影响单晶拉制过程以及晶棒质量。
目前解决这一问题的方法主要有两种。一种是采用增加排风的方法，将从电极脱落的二氧化硅碎屑随气流排出。这种方法并不能将所有的碎屑排出，一些较大的颗粒还是会落入坩埚。另一种是用高速气流冲击沉积区域，将沉积物吹走。这种方法同样不能去除所有的碎屑，而且可能会将一些不易脱落的沉积物吹落入坩埚。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种可减少电弧石英坩埚内表面质量缺陷的石墨电极结构，以减少乃至消除二氧化硅沉积物的脱落，从而减少乃至消除“白点”和附着物等缺陷，提高坩埚的质量与合格率，进而提高拉晶率。
本实用新型涉及的可减少电弧石英坩埚内表面质量缺陷的石墨电极结构，包括石墨电极，其特殊之处是：在石墨电极上沿轴向间隔设有多个横向孔，在石墨电极上套装有石英护套且电极尖端裸露在外，通过穿过石英护套和横向孔的石英销钉将石英护套固定在石墨电极上。
上述的可减少电弧石英坩埚内表面质量缺陷的石墨电极结构，所述的石英护套为管状。
本实用新型通过在石墨电极外加石英护套，结合在坩埚熔制过程中电极在高温下消耗会逐渐变短的特点，使石英护套下端高度在每生产完一只坩埚后上移，上移距离与电极消耗长度相当，从而保持电极下端始终裸露在外并且不影响电弧对坩埚的熔制。由于采用石英护套，使熔制过程中二氧化硅蒸汽与电极上套有石英护套部位无法接触，利用二氧化硅沉积物与石英护套同质，沉积物可牢固附着，从而减少乃至消除“白点”和附着物等缺陷，提高坩埚的质量与合格率，进而减少了拉晶缺陷，提高拉晶率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是图1中石英护套提升后位置示意图。
具体实施方式
如图所示，本实用新型包括石墨电极1，在石墨电极1上沿轴向间隔设有多个横向孔101，本实施例以11个横向孔101为例，横向孔101的数量根据一组电极能熔制的坩埚数量确定（本实施例以能熔制10只坩埚为例，相应横向孔101为11个）。在石墨电极1上套装有管状石英护套2且石墨电极1尖端裸露在外，通过穿过石英护套2和横向孔101的石英销钉3将石英护套2固定在石墨电极1上。
以熔制18英寸坩埚用三相石墨电极（长度620mm）为例，先统计出生产电弧坩埚时20组电极尖端无二氧化硅沉积物区域的轴向长度平均值为60mm，及一组电极对应的连续生产10只电弧坩埚的分段消耗长度平均值（一组电极共熔制10 只坩埚），分别为8mm，12mm，15mm，15mm，15mm，15mm，15mm，15mm，15mm，15mm；安装石英护套2后石墨电极1尖端裸露的长度等于45mm，由下至上横向孔2的间距分别为8mm，12mm，15mm，15mm，15mm，15mm，15mm，15mm，15mm，15mm；然后进行坩埚生产，在生产过程中每生产完一只坩埚将石英护套2上移至上一横向孔101位置并通过石英销钉3将石英护套2再固定在电极1上，从而实现分段提升石英护套2下端的高度并且分段提升量等于对应的该段电极消耗长度；使石墨电极1尖端始终裸露在外，更换石墨电极1后重新装上石英护套2，重复上述工作过程，并定期清理掉石英护套2表面的二氧化硅沉积物直至石英护套2无法使用时进行更换。
起始功率控制在450kw左右，30 kwh后将功率升至550kw左右，直到80kwh熔制结束。使用过程中，石墨电极1上未发现明显的二氧化硅沉积物，在石英护套2的外侧有一层致密二氧化硅沉积层，没有明显的脱落现象。石英护套2的下端没有明显的熔化和变形等现象。
总共熔制了900只坩埚。检测结果，合格率为93.6%，比原来平均提高11.3%。不合格品中白点占1.7 %，附着物占0 %，分别比原来平均降低4.2 %，8.7 % 。对坩埚的杂质元素含量进行分析，与未用石英护套生产的坩埚相比基本一致，统计结果如下：
Al Ca Fe K Li Na
含量（ppm） 14.3 0.5 0.2 0.6 0.6 0.8

Claims (2)

1.一种可减少电弧石英坩埚内表面质量缺陷的石墨电极结构，包括石墨电极，其特征是：在石墨电极上沿轴向间隔设有多个横向孔，在石墨电极上套装有石英护套，所述的石英护套通过穿过石英护套和横向孔的石英销钉固定在石墨电极上。
2.根据权利要求1所述的可减少电弧石英坩埚内表面质量缺陷的石墨电极结构，其特征是：所述的石英护套为管状。
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