CN204918849U - 一种多晶铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型所提供的一种多晶铸锭炉，包括隔热笼，还包括：设置于所述隔热笼内部的坩埚；设置于所述隔热笼内侧壁与所述坩埚外侧壁之间的加热器；包围所述坩埚外侧壁且用于阻挡所述加热器对所述坩埚底部的籽晶层热辐射的护毡；其中，所述护毡包括包围部分以及加高部分，所述包围部分的高度大于或等于所述籽晶层高度，用于增加所述包围部分高度的所述加高部分设置于所述坩埚的边角处，因为边角温度较高，在边角处增加护毡的高度，能够减小侧面加热器对边角籽晶层部分的热辐射，有效阻止边角籽晶融化，保证在坩埚底部铺设的籽晶层全部发挥诱导晶体生长的作用。

Description

一种多晶铸锭炉

技术领域

本实用新型涉及多晶硅技术领域，更具体地说，涉及一种多晶铸锭炉。

背景技术

多晶硅作为现代信息社会的关键支撑材料，是目前世界上最重要的多晶材料之一，它不仅是发展计算机与集成电路的主要功能材料，也是光伏发电利用太阳能的主要功能材料。

目前，技术人员在进行铸造多晶晶体时通常使用多晶炉采用半熔工艺生长铸造多晶晶体，多晶炉通常主要由坩埚以及位于坩埚侧部的加热器构成，是多晶硅料转化为多晶硅锭工艺过程中的必备设备。生产中，热场不单为多晶硅熔化提供大量的热能，在长晶过程中又提供合理的温度梯场以得到符合要求的多晶硅晶体。具体过程为，在坩埚底部铺设一层籽晶层，待硅料完全熔化后形成的固液界面刚好处在籽晶层面或深入籽晶层面时，调节热场形成过冷状态，使硅熔体在籽晶基础上开始长晶。这样得到位错密度低、高质量的可控晶向多晶硅锭。但是由于传统多晶炉热场的缺陷，固液界面不平整，通常中心高，边缘低。待硅料完全熔化后形成的固液界面中心面刚好处在籽晶层时，籽晶层的边角早已部分或全部熔化，因此在坩埚底部铺设的籽晶层只有部分发挥诱导晶体生长的作用，导致铸造硅锭质量不高。综上所述，导致铸造的硅锭质量差的原因是：1.由于侧部加热器一次性热辐射，导致坩埚的边角处受热量大，铺设在坩埚底部的籽晶层边角处几乎熔化，无法发挥诱导晶体生长的作用。2.晶体生长初期，散热不均匀，横向温度梯度大，固液界面不平整。导致贴着坩埚的晶锭四周不会有晶粒从边缘向中心生长，不利于柱状晶垂直生长，铸造出来的硅锭质量不高。

目前，解决此问题的方法通常是采用长条形护毡保护籽晶的完整性，如图1所示，即在石墨护板的侧部偏下增加一周的长条形护毡，阻挡侧部加热器一次性辐射，减少底部受热量，来保护籽晶的完整性。然而，这种长条形护毡无法阻止边角籽晶熔化，导致籽晶完整性依旧较差。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多晶铸锭炉，能够有效阻止边角籽晶融化，保证在坩埚底部铺设的籽晶层全部发挥诱导晶体生长的作用。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种多晶铸锭炉，包括隔热笼，还包括：

设置于所述隔热笼内部的坩埚；

设置于所述隔热笼内侧壁与所述坩埚外侧壁之间的加热器；

包围所述坩埚外侧壁且用于阻挡所述加热器对所述坩埚底部的籽晶层热辐射的护毡；

其中，所述护毡包括包围部分以及加高部分，所述包围部分的高度大于或等于所述籽晶层高度，用于增加所述包围部分高度的所述加高部分设置于所述坩埚的边角处。

优选的，上述多晶铸锭炉中，所述坩埚还包括设置于所述坩埚外侧壁与所述护毡之间的坩埚护板以及与所述坩埚底部外表面连接的坩埚底板。

优选的，上述多晶铸锭炉中，所述坩埚护板为石墨护板，所述坩埚底板为石墨底板。

优选的，上述多晶铸锭炉中，所述护毡为固化碳保温材料的护毡。

优选的，上述多晶铸锭炉中，所述护毡厚度范围为20mm-35mm，包括端点值。

优选的，上述多晶铸锭炉中，所述包围部分为长边与所述坩埚底板平行且两条短边连接的长方形包围部分。

优选的，上述多晶铸锭炉中，所述长方形包围部分的长边长度为565mm，短边长度为70mm。

优选的，上述多晶铸锭炉中，所述加高部分为对称轴与所述坩埚的棱重合的梯形加高部分。

优选的，上述多晶铸锭炉中，所述梯形加高部分的高度为80mm。

优选的，上述多晶铸锭炉中，所述加高部分为对称轴与所述坩埚的棱重合的半圆形加高部分。

从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的一种多晶铸锭炉，包括隔热笼，还包括：设置于所述隔热笼内部的坩埚；设置于所述隔热笼内侧壁与所述坩埚外侧壁之间的加热器；包围所述坩埚外侧壁且用于阻挡所述加热器对所述坩埚底部的籽晶层热辐射的护毡；其中，所述护毡包括包围部分以及加高部分，所述包围部分的高度大于或等于所述籽晶层高度，用于增加所述包围部分高度的所述加高部分设置于所述坩埚的边角处。由于在进行晶体生长时，位于坩埚底部的籽晶层容易受到位于坩埚侧面的加热器的热辐射导致融化，由于多晶铸锭炉的坩埚通常为横截面为多边形的筒状，具有多个边角，边角部分温度相对其它位置的温度较高，导致位于边角处的籽晶层部分相对其它位置的籽晶层部分更容易融化，不能保证边角处的籽晶层诱导晶体生长，本实用新型提供的一种多晶铸锭炉，在坩埚外侧壁设置了用于阻挡加热器热辐射的护毡来保护籽晶层，由于籽晶层位于坩埚的最底层，为了有效保护籽晶层，不仅需要护毡的底边与坩埚的底边位于同一平面，而且护毡的高度大于或者等于籽晶层高度。又因为边角温度较高，在边角处增加护毡的高度，能够减小侧面加热器对边角籽晶层部分的热辐射，有效阻止边角籽晶融化，保证在坩埚底部铺设的籽晶层全部发挥诱导晶体生长的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种护毡示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种护毡示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种护毡示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种具有护毡的坩埚主视图；

图5为本实用新型实施例提供的一种具有护毡的坩埚侧视图；

图6为本实用新型实施例提供的一种多晶铸锭炉示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1、2、3、4、5以及图6，图1为现有技术提供的一种护毡示意图；图2为本实用新型实施例提供的一种护毡示意图；图3为本实用新型实施例提供的另一种护毡示意图；图4为本实用新型实施例提供的一种具有护毡的坩埚主视图；图5为本实用新型实施例提供的一种具有护毡的坩埚侧视图；图6为本实用新型实施例提供的一种多晶铸锭炉示意图。

在一种具体实施方式中，提供一种多晶铸锭炉，包括隔热笼104，还包括：设置于所述隔热笼内部的坩埚107；设置于所述隔热笼104内侧壁与所述坩埚107外侧壁之间的加热器106；包围所述坩埚107外侧壁且用于阻挡所述加热器106对所述坩埚底部的籽晶层热辐射的护毡101；其中，所述护毡101包括包围部分112以及加高部分111，所述包围部分112的高度大于或等于所述籽晶层高度，用于增加所述包围部分112高度的所述加高部分111设置于所述坩埚107的边角处。

具体的，多晶铸锭炉主要包括三大部分，用来运行工艺配方的炉体部分、用来供应氩气以及排放炉腔内废气的气体供应部分以及用来提供电流和电压的电源控制部分。其中，炉体由双层不锈钢焊接，层与层之间留有空隙，便于冷却水通过，炉体主要包括顶盖、上炉体以及下炉体，上炉体内设置有隔热笼104，隔热笼104四周设置有碳纤维隔热材料，主要起到保温隔热作用。下炉体中的石墨柱105支撑隔热笼104内的双层隔热材料组成的平台，平台上支撑有散热交换台，散热交换台上放置坩埚107，坩埚107通常为石英坩埚，坩埚107内壁喷Si₃N₄涂层，在铸锭过程中隔绝坩埚107和硅液，减少坩埚107成分对硅液污染，降低硅锭杂质含量，也避免了熔硅对石英坩埚内壁的侵蚀，防止坩埚107与硅锭粘连，对硅锭质量造成影响。加热器106设置于所述隔热笼104内侧壁与所述坩埚107外侧壁之间，通常称之为侧面加热器，也可以在坩埚107的顶部设置加热器，加热器106受智能控制器控制温度，通电后对坩埚107辐射热量，加热若干小时后完全融化硅料，形成垂直的温度梯度，待硅料完全熔化后形成的固液界面刚好处在籽晶层面或深入籽晶层面时，调节热场形成过冷状态，使硅熔体在籽晶基础上开始长晶。由于在进行晶体生长时，位于坩埚107底部的籽晶层容易受到位于坩埚107侧面的加热器的热辐射导致融化，由于多晶铸锭炉的坩埚107通常为横截面为多边形的筒状，具有多个边角，在本实施方式中，坩埚107的形状为方形筒状，具有4个边角，边角部分温度相对其它位置的温度较高，导致位于边角处的籽晶层部分相对其它位置的籽晶层部分更容易融化，不能保证边角处的籽晶层诱导晶体生长，本实施方式中，在坩埚107外侧壁设置了用于阻挡加热器106热辐射的护毡101来保护籽晶层，由于籽晶层位于坩埚107的最底层，为了有效保护籽晶层，不仅需要护毡101的底边与坩埚107的底边位于同一平面，而且护毡101的高度大于或者等于籽晶层高度。又因为边角温度较高，在边角处增加护毡101的高度，能够减小侧面加热器106对边角籽晶层部分的热辐射，有效阻止边角籽晶融化，保证在坩埚107底部铺设的籽晶层全部发挥诱导晶体生长的作用。

进一步的，坩埚107还包括设置于坩埚107外侧壁与所述护毡101之间的坩埚护板102以及与所述坩埚107底部外表面连接的坩埚底板103。坩埚底板103位于坩埚底部外表面与散热交换台之间，坩埚护板102以及坩埚底板103的作用是在出现漏炉等意外情况下能起到保护作用。坩埚护板102优选为石墨护板，坩埚底板103优选为石墨底板。

进一步的，护毡101优选为固化碳保温材料的护毡，护毡101厚度范围优选为20mm-35mm，包括端点值。

进一步的，对护毡101的形状进行进一步限定，包围部分112具体指能够将籽晶层完全包围的部分，加高部分111具体指在增加在边角处的包围部分的高度，包围部分112为长边与坩埚底板103平行且两条短边连接的长方形包围部分。长方形包围部分的长边长度优选为565mm，短边长度优选为70mm，即包围部分112的高度为70mm；加高部分111优选为对称轴与坩埚的棱重合的梯形加高部分，梯形加高部分的高度优选为80mm。

在另一种实施方式中，仅仅对护毡101的加高部分111的形状进行限定，其余与上述实施方式相同，在此不再赘述。加高部分111为对称轴与所述坩埚的棱重合的半圆形加高部分，半圆形加高部分的高度优选为80mm，半圆形加高部分的高度是指半圆形的顶点到底边的距离。

需要指出的是，护毡101的形状包括但不限于上述两种实施方式，还可以为其它形状，只要满足包围籽晶层以及在边角处较小侧面加热器的热辐射，均在保护范围之内。

本实用新型通过在坩埚107侧面增加具有加高部分112的护毡，阻挡侧部加热器106一次性热辐射，减少坩埚107中下部受热量，尤其是边角处的受热量，使熔化固液界面更加平整，防止边角籽晶熔化，起到保护边角籽晶，实现底部籽晶98％以上完整，解决因辐射无法保护籽晶完整性的问题，同时，晶体生长初期，更加平整的固液界面，更有利于柱状晶垂直生长，从而改善了多晶锭的晶体质量。

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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多晶铸锭炉，包括隔热笼，其特征在于，还包括：

设置于所述隔热笼内部的坩埚；

设置于所述隔热笼内侧壁与所述坩埚外侧壁之间的加热器；

包围所述坩埚外侧壁且用于阻挡所述加热器对所述坩埚底部的籽晶层热辐射的护毡；

其中，所述护毡包括包围部分以及加高部分，所述包围部分的高度大于或等于所述籽晶层高度，用于增加所述包围部分高度的所述加高部分设置于所述坩埚的边角处。

2.如权利要求1所述的多晶铸锭炉，其特征在于，所述坩埚还包括设置于所述坩埚外侧壁与所述护毡之间的坩埚护板以及与所述坩埚底部外表面连接的坩埚底板。

3.如权利要求2所述的多晶铸锭炉，其特征在于，所述坩埚护板为石墨护板，所述坩埚底板为石墨底板。

4.如权利要求3所述的多晶铸锭炉，其特征在于，所述护毡为固化碳保温材料的护毡。

5.如权利要求4所述的多晶铸锭炉，其特征在于，所述护毡厚度范围为20mm-35mm，包括端点值。

6.如权利要求1至5任一项所述的多晶铸锭炉，其特征在于，所述包围部分为长边与所述坩埚底板平行且两条短边连接的长方形包围部分。

7.如权利要求6所述的多晶铸锭炉，其特征在于，所述长方形包围部分的长边长度为565mm，短边长度为70mm。

8.如权利要求7所述的多晶铸锭炉，其特征在于，所述加高部分为对称轴与所述坩埚的棱重合的梯形加高部分。

9.如权利要求8所述的多晶铸锭炉，其特征在于，所述梯形加高部分的高度为80mm。

10.如权利要求7所述的多晶铸锭炉，其特征在于，所述加高部分为对称轴与所述坩埚的棱重合的半圆形加高部分。