CN202359231U - 一种减少粘埚的坩埚 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种减少粘埚的坩埚，包括：本体和氮化硅层，本体包括底座及由底座向上延伸的侧壁，底座和侧壁共同围成一收容空间，氮化硅层附着在本体侧壁朝向收容空间的一面，本体侧壁在距本体底座第一高度和第二高度之间的位置沿本体侧壁一周设置有防脱落层，第二高度高于第一高度，氮化硅层通过防脱落层附着在本体侧壁。本实用新型能够显著地减少粘埚现象的发生，从而提高硅锭的质量，适于大规模工业化生产和使用。

Description

一种减少粘埚的坩埚

技术领域

本实用新型涉及多晶硅铸锭领域，尤其涉及一种减少粘埚的坩埚。 

背景技术

在多晶炉铸锭时，通常采用陶瓷坩埚或石英坩埚来盛装熔融硅液，使得熔融硅液在坩埚中冷却、退火和结晶。然而坩埚本体的主要成分二氧化硅可与熔融硅液中的硅发生化学反应，引起粘埚现象发生，导致脱模困难甚至硅锭和坩埚破裂，以及相关化学反应的产物和坩埚本体中存在的杂质将对熔融硅液造成污染。因此，多数的坩埚本体91内侧壁附着有一层氮化硅层92作为保护层(如图1和图2所示)，用以隔断熔融硅液与坩埚本体侧壁的直接接触。 

氮化硅层是由氮化硅粉体以及溶剂混合而成的浆料附着于坩埚本体侧壁而成。氮化硅层的强度不高，即使是通过高温焙烧附着在坩埚本体侧壁的氮化硅层，也常常鉴于以下原因发生剥落，导致粘埚现象经常发生：(1)铸锭过程所需炉温较高且耗时较长，气压低，氮化硅层容易分解；(2)熔融硅液的流动对氮化硅层不断的造成冲刷和侵蚀等外力作用，氮化硅层易发生剥落；(3)杂质等其它因素作用。 

目前，一般采用增加喷涂氮化硅层厚度的办法来防止氮化硅层完全剥落。但是高纯度的氮化硅价格昂贵，来源有限，该方法不适用于大规模工业化生产和使用。 

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型旨在提供一种减少粘埚的坩埚。本实用新型能够显著地减少粘埚现象的发生，从而提高了硅锭的质量，适于大规模工业化生 产和使用。 

本实用新型提供了一种减少粘埚的坩埚，包括：本体和氮化硅层，本体包括底座及由底座向上延伸的侧壁，底座和侧壁共同围成一收容空间，氮化硅层附着在本体侧壁朝向收容空间的一面，其中，本体侧壁在距本体底座第一高度和第二高度之间的位置沿本体侧壁一周设置有防脱落层，第二高度高于第一高度，氮化硅层通过防脱落层附着在本体侧壁。 

在工作时，坩埚中盛装的熔融硅液(液相)因结晶过程体积变得膨大，导致液面上升。申请人发现，在多晶炉铸锭过程中，90％以上的粘埚现象均出现在坩埚本体侧壁(固相)、所盛放的熔融硅液(液相)和熔融硅液上方气体(气相)三相交界处所针对的本体侧壁上的区域，因此本实用新型通过计算第一高度和第二高度的设置位置针对性的对该情况作出改进。具体地，坩埚盛放的熔融硅液液面距坩埚本体底座的高度为第一高度，待熔融硅液全部转变为固态硅锭时硅锭上表面距坩埚本体底座的高度为第二高度。 

以目前使用最为广泛的840坩埚(内径840mm×840mm)为例，以400kg硅料计算，在840坩埚中熔融硅液液面距坩埚本体底座高227mm(即第一高度)，待熔融硅液全部变成固态硅锭时硅锭上表面距坩埚本体底座高为244mm(即第二高度)，该情况下，防脱落层的设置位置为本体侧壁上距坩埚本体底座高为227mm～244mm的区域。以450kg硅料计算，在同样的坩埚中熔融硅液液面距坩埚本体底座高255mm，待熔融硅液全部变成固态硅锭时硅锭上表面距坩埚本体底座高为273mm，在该情况下，三相交界区为坩埚侧壁上距坩埚本体底座高为255mm～273mm的区域。鉴于硅料堆积密度有所差异，840坩埚用于工作时所装硅料的重量常介于400kg～450kg范围之内不等，因此，优选地，坩埚为840坩埚，第一高度和第二高度之间的位置为本体侧壁在距本体底座227mm～273mm的位置。 

在距本体底座第一高度和第二高度之间的位置，氮化硅层通过防脱落层附着在本体侧壁，形成以防脱落层为夹心的形式。在此区域之外，氮化硅层直接附着于本体侧壁上。 

优选地，防脱落层为本体侧壁经过粗磨或镶嵌颗粒突起后获得的粗糙表面。该区域中，氮化硅层与本体侧壁表面粗糙度加强，提高了体表接触面积，从而加强了氮化硅层与本体侧壁在距本体底座第一高度和第二高度之间的位置的附着力，同时提高了氮化硅层的抗冲击性。 

也优选地，防脱落层为无机粘结剂层或有机粘结剂层。无机粘结剂层和有机粘结剂层均既能与坩埚本体侧壁稳固结合，又能与氮化硅层稳定结合，从而加强氮化硅层与本体侧壁在距本体底座第一高度和第二高度之间的位置的附着力，同时提高氮化硅层的抗冲击性。更优选地，无机粘结剂为胶态氧化硅，有机粘结剂选自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚碳酸酯、环氧化物、羧甲基纤维素中的一种。无机粘结剂层或有机粘结剂层可以通过喷涂获得。 

本实用新型首次针对坩埚特定区域“在距本体底座第一高度和第二高度之间的位置”的结构作出了改进，针对性的提高了该区域坩埚的特性，即增强了该区域氮化硅层与本体侧壁的附着力，减少了氮化硅层分解；增强了氮化硅抵抗熔融硅液流动带来的冲刷和侵蚀作用的能力，减少了氮化硅层的剥落，从而显著地减少了粘埚现象的发生。 

本实用新型提供的一种减少粘埚的坩埚，具有以下有益效果： 

通过针对性地设置防脱落层，增强了氮化硅层与坩埚本体侧壁在距本体底座第一高度和第二高度之间的位置的附着力，减少了氮化硅层分解；增强了氮化硅抵抗熔融硅液流动带来的冲刷和侵蚀作用的能力，减少了氮化硅层的剥落；从而显著地减少了粘埚现象的发生，提高了硅锭的质量，适于大规模工业化生产和使用。 

附图说明

图1为普通坩埚的结构示意图； 

图2为普通坩埚的局部剖面结构示意图； 

图3为本实用新型坩埚的结构示意图； 

图4为三相位置处区域变化范围示意图； 

图5为本实用新型坩埚的局部剖面结构示意A； 

图6为本实用新型坩埚的局部剖面结构示意B； 

图7为本实用新型坩埚的局部剖面结构示意C； 

具体实施方式

以下所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。 

如图3所示，本实用新型提供了一种减少粘埚的坩埚，包括：本体1和氮化硅层2，本体1包括底座及由底座向上延伸的侧壁，底座和侧壁共同围成一收容空间，氮化硅层2附着在本体1侧壁朝向收容空间的一面，其中，本体1侧壁在距本体1底座第一高度和第二高度之间的位置沿本体1侧壁一周设置有防脱落层3，第二高度高于第一高度，氮化硅层2通过防脱落层3附着在本体1侧壁。 

如图4所示，以目前使用最为广泛的840坩埚(内径840mm×840mm)为例，通常加料量均在400～450kg范围内，由此计算得知第一高度和第二高度之间的位置为本体侧壁在距本体底座227mm～273mm的位置。 

实施例一 

一种减少粘埚的840坩埚(内径840mm×840mm)，包括：本体1和氮化硅层2，本体1包括底座及由底座向上延伸的侧壁，底座和侧壁共同围成一收容空间，氮化硅层2附着在本体1侧壁朝向收容空间的一面，其中，本体1侧壁在距本体1底座227mm～273mm之间的位置沿本体1侧壁一周设置有防脱落层31，氮化硅层2通过防脱落层31附着在本体1侧壁。防脱落层31为本体1侧壁经过粗磨后获得的粗糙表面(如图5所示)，用以加强该区域内氮化硅层2与本体1侧壁之间的附着力。 

实施例二 

一种减少粘埚的840坩埚(内径840mm×840mm)，结构同实施例一，区别 仅在于防脱落层32为本体1侧壁经过镶嵌颗粒突起后获得的粗糙表面(如图6所示)。 

实施例三 

一种减少粘埚的840坩埚(内径840mm×840mm)，结构同实施例一，区别仅在于防脱落层33为胶态氧化硅(无机粘结剂层)(如图7所示)。 

实施例四 

一种减少粘埚的840坩埚(内径840mm×840mm)，结构同实施例一，区别仅在于防脱落层为聚乙二醇和羧甲基纤维素胶态氧化硅(有机粘结剂层)。 

Claims (5)

1.一种减少粘埚的坩埚，包括：本体和氮化硅层，本体包括底座及由底座向上延伸的侧壁，底座和侧壁共同围成一收容空间，氮化硅层附着在本体侧壁朝向收容空间的一面，其特征在于，本体侧壁在距本体底座第一高度和第二高度之间的位置沿本体侧壁一周设置有防脱落层，第二高度高于第一高度，氮化硅层通过防脱落层附着在本体侧壁。

2.如权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述坩埚为840坩埚，所述第一高度和第二高度之间的位置为本体侧壁在距本体底座227mm～273mm的位置。

3.如权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述防脱落层为本体侧壁经过粗磨或镶嵌颗粒突起后获得的粗糙表面。

4.如权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述防脱落层为无机粘结剂层或有机粘结剂层。

5.如权利要求4所述的坩埚，其特征在于，所述无机粘结剂为胶态氧化硅，有机粘结剂选自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚碳酸酯、环氧化物、羧甲基纤维素中的一种。 

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