CN206172985U - 一种去除太阳能级多晶硅中金属杂质的设备 - Google Patents

Abstract

一种去除太阳能级多晶硅中金属杂质的设备，在容器内，紧贴其内壁安有一用碳质耐热板拼装成的坩埚，坩埚中盛装硅液；在盛装硅液的坩埚的顶部装有顶部加热器，在坩埚的四个侧面也装有加热器，该加热器用高温电热丝制成，并套于刚玉陶瓷管内部。刚玉陶瓷管在坩埚侧面自上而下排列，其排列的间距是非均匀的，从最上面的最小间距到最下面的最大间距，间距递增，在坩埚侧面形成一个自上而下温度依次降低的温度场。本实用新型结构简单，在硅液中形成理想的温度梯度，产生一个较为理想的温度场，提纯效果优良，产品收率高，同时又彻底解决了硅液泄漏到水冷底盘上容易引起爆炸的危险。

Description

一种去除太阳能级多晶硅中金属杂质的设备

技术领域

本实用新型属于一种去除太阳能级多晶硅中金属杂质的设备。

背景技术

目前，在物理法生产太阳能级多晶硅的工艺中，一个重要的环节就是利用定向凝固原理去除金属杂质。即在硅液的凝固过程中采用强制手段，在尚未凝固的硅熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向逐渐凝固，由于分凝系数的不同，金属杂质在液态硅中的含量要远远大于在固态硅中的含量，这样就使原来在全体液态硅中的金属杂质大量聚集在最后阶段凝固的固态硅中，这样就达到了去除金属杂质的目的。

实现定向凝固需要两个条件：首先，热流向单一方向流动并垂直于生长中的固-液界面；其次，晶体生长前方的熔液中没有稳定的结晶核心。为此，首先要有一个在上部产生热量的加热装置；其次，在下部要有一个冷却装置；通过这两点产生一个单一方向的热流动。另外在工艺上必须采取措施避免或或尽量减少侧向散热，同时在靠近固-液界面的熔液中应造成较大的温度梯度，以便尽量产生一个较为理想的温度场，最大限度地提高定向凝固去除金属杂质的效果。

现有的技术方案中，为降低成本和工艺难度，盛装硅液的坩埚使用碳质耐热板板拼装而成，该耐热板板可以重复使用，只在硅溶体的顶部加热，在硅熔体的底部采用水冷底盘。

上述技术方案有以下两个严重缺陷：

(1)坩埚侧面无加热器，造成侧面大量散热，无法在硅液中形成理想的温度梯度，提纯效果不良，产品收率不高。

(2)由于坩埚是拼装的，在侧面及底部都有缝隙，容易发生硅液泄漏，一旦底部发生泄漏，高温硅液流到水冷底盘上，底盘被烧穿后高压冷却水溢出，与硅液接触，会发生严重的爆炸事故。为避免这类事故的发生，往往在坩埚底部和水冷底盘之间垫上较厚的保温材料，这样即使硅液漏出，也会被保温材料挡住、吸收，不至于烧穿底盘，但是又会严重降低水冷底盘的冷却效果，也就无法在硅液中形成理想的温度梯度，提纯效果不良，进一步降低了产品的收率。

发明内容

本实用新型针对现有的技术方案存在的问题，提供一种去除太阳能级多晶硅中金属杂质的设备，它可以在硅液中形成较为理想的温度梯度，大大提高了产品收率，同时又彻底解决了硅液泄漏到水冷底盘上容易引起爆炸的危险。

本实用新型的目的可以通过下列技术方案来实现：

一种去除太阳能级多晶硅中金属杂质的设备，主体为一顶部敞口的容器，容器由颗粒状耐火材料制成；在容器内，紧贴其内壁安有一用碳质耐热板拼装成的坩埚，坩埚中盛装硅液；在盛装硅液的坩埚的顶部装有顶部加热器，在坩埚的四个侧面也装有加热器，该加热器用高温电热丝制成，并套于刚玉陶瓷管内部；刚玉陶瓷管埋设在容器的颗粒状耐火材料中；刚玉陶瓷管在坩埚侧面自上而下排列，其排列的间距是非均匀的，从最上面的最小间距到最下面的最大间距，间距递增，在坩埚侧面形成一个自上而下温度依次降低的温度场。

坩埚侧面的高温电热丝与顶部加热器的加热电路为串并联方式：坩埚的四个侧面中，每一侧面的高温电热丝之间首先并联，然后四个侧面的高温电热丝再串联，最后与顶部加热器串联。

容器上盖有顶盖。

在坩埚底部装设有气冷底盘，气冷底盘内部带有气冷孔道，通入惰性气体循环冷却。

气冷底盘由耐高温合金钢制成。

本实用新型的优点为：

本实用新型结构简单，在硅液中形成理想的温度梯度，产生一个较为理想的温度场，提纯效果优良，产品收率高，同时又彻底解决了硅液泄漏到水冷底盘上容易引起爆炸的危险。

附图说明

图1是本实用新型结构剖视示意图，

图2是电加热电路示意图。

图中：1.顶盖，2.顶部加热器，3.坩埚，4.刚玉陶瓷管，5.高温电热丝，6.容器，7.气冷底盘，8.硅液。

具体实施方式

参见图1，本实用新型一种去除太阳能级多晶硅中金属杂质的设备，主体为一顶部敞口的容器6，容器6上盖有顶盖1。容器6由颗粒状耐火材料制成。在容器6内，紧贴其内壁安有一用碳质耐热板拼装成的坩埚3，坩埚3中盛装硅液8。在盛装硅液8的坩埚3的顶部装有顶部加热器2，在坩埚3的四个侧面也装有加热器，该加热器用高温电热丝5制成，并套于刚玉陶瓷管4内部。刚玉陶瓷管4埋设在容器6的颗粒状耐火材料中，高温电热丝5的最高工作温度不低于1200℃，由于高温电热丝5只是套在高温电热丝5刚玉陶瓷管4内部，在正常工作时一旦高温电热丝5烧断，可以很容易地将其从高温电热丝5中抽出，再换上新的高温电热丝5。刚玉陶瓷管4在坩埚3侧面自上而下排列，其排列的间距是非均匀的，从最上面的最小间距到最下面的最大间距，间距递增。具体比例可以根据工艺要求调整。这样做的优点在于可以在坩埚3侧面按照工艺要求自动形成一个自上而下温度依次降低的温度场，符合定向凝固的原理。在坩埚3底部装设有气冷底盘7，气冷底盘7由最高工作温度不低于1250℃的耐高温合金钢制成，内部带有气冷孔道，工作时通入惰性气体循环冷却。惰性气体从气冷底盘7出来后通过水冷热交换器冷却降温，再进入气冷底盘7循环使用。这样做的优点在于避免了使用水冷底盘时冷却水泄漏引起爆炸的危险，同时使用惰性气体在气冷底盘7内循环冷却可以防止耐高温合金钢在高温下氧化，提高其使用寿命。

图2为加热电路的电路图。坩埚3侧面的高温电热丝5与顶部加热器2的加热电路为串并联方式：坩埚3的四个侧面中，每一侧面的高温电热丝5之间首先并联，然后四个侧面的高温电热丝5再串联，最后与顶部加热器2串联。整个加热工作只使用一组加热电源。这样做的优点在于侧面的高温电热丝5与顶部加热器2串联可以提高总的加热负载电阻，进而可以适当提高工作电压，降低工作电流，减少电气接头处的发热。同时，坩埚3侧面的数组高温电热丝5是并联关系，可以防止一根高温电热丝5烧断造成整个电路断开，加热中断的危险，为更换高温电热丝5提供较为充裕的时间。

坩埚3侧面的高温电热丝5的总的加热功率与顶部加热器2的加热功率的比例可以调整，通过调整高温电热丝5的电阻和顶部加热器2的电阻，就可以使坩埚3侧面的高温电热丝5的总的加热功率与顶部加热器2的加热功率的比例在1∶3到5∶1之间变化。这样做的优点在于可以在硅液中按照工艺要求自动形成一个自上而下温度依次降低的温度场，符合定向凝固的原理。这样，液态硅中的金属杂质大量聚集在最后阶段凝固的固态硅中，这样就达到了去除金属杂质的目的。

Claims (5)

1.一种去除太阳能级多晶硅中金属杂质的设备，主体为一顶部敞口的容器(6)，容器(6)由颗粒状耐火材料制成；在容器(6)内，紧贴其内壁安有一用碳质耐热板拼装成的坩埚(3)，坩埚(3)中盛装硅液(8)；其特征在于：在盛装硅液(8)的坩埚(3)的顶部装有顶部加热器(2)，在坩埚(3)的四个侧面也装有加热器，该加热器用高温电热丝(5)制成，并套于刚玉陶瓷管(4)内部；刚玉陶瓷管(4)埋设在容器(6)的颗粒状耐火材料中；刚玉陶瓷管(4)在坩埚(3)侧面自上而下排列，其排列的间距是非均匀的，从最上面的最小间距到最下面的最大间距，间距递增，在坩埚(3)侧面形成一个自上而下温度依次降低的温度场。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：坩埚(3)侧面的高温电热丝(5)与顶部加热器(2)的加热电路为串并联方式：坩埚(3)的四个侧面中，每一侧面的高温电热丝(5)之间首先并联，然后四个侧面的高温电热丝(5)再串联，最后与顶部加热器(2)串联。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：容器(6)上盖有顶盖(1)。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：在坩埚(3)底部装设有气冷底盘(7)，气冷底盘(7)内部带有气冷孔道，通入惰性气体循环冷却。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：气冷底盘(7)由耐高温合金钢制成。