JPH0696443B2 - Casting method for polycrystalline objects such as silicon - Google Patents

Casting method for polycrystalline objects such as silicon

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JPH0696443B2
JPH0696443B2 JP4213790A JP21379092A JPH0696443B2 JP H0696443 B2 JPH0696443 B2 JP H0696443B2 JP 4213790 A JP4213790 A JP 4213790A JP 21379092 A JP21379092 A JP 21379092A JP H0696443 B2 JPH0696443 B2 JP H0696443B2
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melt
mold
crucible
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raw material
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一郎 秀
敏明 森谷
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン、特に太陽電
池用多結晶シリコン等の多結晶質原材の融液を、鋳型に
流下供給することによって、所要の物体を鋳造するに際
し、融液の凝固時における結晶の成長方向を一方向へ揃
えることで、良質な鋳造品が得られるようにした多結晶
質物体の鋳造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a melt of a polycrystalline raw material such as polycrystalline silicon for solar cells, in particular, for a solar cell, by supplying the melt to a mold to cast a desired object. The present invention relates to a method for casting a polycrystalline object in which a good quality cast product can be obtained by aligning the crystal growth direction during solidification in one direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】既知のように、この種の鋳造方法を実施
するには、図3に例示されている通り不活性雰囲気1内
にあって、シリコン等の結晶質原材を過熱融解し、これ
により得られた融液2を、これまた不活性雰囲気1内の
鋳型3に流下して、当該融液2が鋳型3内における所定
の高液面位Hに達するまで一気に供給してしまうのであ
る。
2. Description of the Related Art As is known, in order to carry out this type of casting method, a crystalline raw material such as silicon is superheated and melted in an inert atmosphere 1 as illustrated in FIG. Since the melt 2 thus obtained is also made to flow down to the mold 3 in the inert atmosphere 1 and supplied all at once until the melt 2 reaches a predetermined high liquid level H in the mold 3. is there.

【0003】このようにして、鋳型3内に融液2が貯留
されたならばこれを冷却固化することで多結晶質物体を
鋳造するのであるが、当該融液2の冷却により生ずる結
晶の成長方向を一定方向へ揃えなければ、良品質な鋳造
製品を得ることができない。このため、図示の如く、温
度勾配用ヒータ4を、上記鋳型3の上位に臨設しておく
ことで、鋳型3の下部側から上部側へ向けて矢印Tの如
く、次第に高温となる所定の温度勾配を付与するのであ
る。
In this way, when the melt 2 is stored in the mold 3, the polycrystalline body is cast by cooling and solidifying the melt 2. The crystal growth caused by the cooling of the melt 2 is performed. A good quality cast product cannot be obtained unless the directions are aligned in a certain direction. For this reason, as shown in the drawing, the temperature gradient heater 4 is provided above the mold 3 so that the temperature gradually increases from the lower side to the upper side of the mold 3 as indicated by the arrow T. It gives a gradient.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このようにすること
で、確かに鋳型3内の融液2は下から上へ向けての一定
方向へ、その結晶C1が図3の如く成長して行くことと
なる。しかし、この際、鋳型3の側壁面3aにおける結
晶成長核を完全になくしてしまうことができないので、
どうしても、当該側壁面3aから横向内側へ向けて成長
する結晶C2が存在することとなる。このため、結晶成
長の方向が、縦横両方向に生じて一定化されなくなるだ
けでなく、前記の下より成長してくる結晶C1と、当該
結晶C2とが衝突してしまうこととなり、この衝突箇所
Sに、歪や結晶欠陥が多数発生し、この結果、満足すべ
き品質の多結晶質物体を鋳造することができないことと
なる。
By doing so, it is sure that the melt 2 in the mold 3 grows in a certain direction from the bottom to the top, and the crystal C1 thereof grows as shown in FIG. Becomes However, at this time, it is not possible to completely eliminate the crystal growth nuclei on the side wall surface 3a of the mold 3,
Inevitably, there is a crystal C2 that grows laterally inward from the side wall surface 3a. Therefore, not only the crystal growth directions are generated in both vertical and horizontal directions and are not stabilized, but also the crystal C1 growing from the bottom and the crystal C2 collide with each other. In addition, a large number of strains and crystal defects are generated, and as a result, it is impossible to cast a polycrystalline object of satisfactory quality.

【0005】そこで、上記従来の鋳造方法によるとき
は、前記の通り、鋳型3の側壁面3aから横向きに結晶
C2が成長することを抑制するため、当該側壁面3aの
温度を、当該多結晶質物体の融点以上に保つようにして
おり、これにより、或程度の品質改善が望めることにな
るものの、もちろん、充分なものでなく、この際、鋳型
3が高温に加熱されることとなることから、鋳型3の側
壁面3aにおける劣化がすすみ、この結果鋳型3の長期
使用が不能になるなどの欠陥も回避できないものとなっ
ている。
Therefore, when the conventional casting method is used, as described above, in order to prevent the crystal C2 from growing laterally from the side wall surface 3a of the mold 3, the temperature of the side wall surface 3a is set to the temperature of the polycrystalline material. The temperature is kept above the melting point of the object, and although some improvement in quality can be expected, of course, this is not sufficient, and the mold 3 is heated to a high temperature at this time. The deterioration of the side wall surface 3a of the mold 3 progresses, and as a result, defects such as long-term use of the mold 3 cannot be avoided.

【0006】さらに、同上鋳造方法にあっては、最初か
ら融液2を全部鋳型3内に注入してしまい、これを長時
間かけて固化して行くこととなるから、高温条件下に長
い間放置されることとなる鋳型3から融液2の結晶に対
して、酸素や窒化シリコンそしてカーボン等の不純物が
溶け込み易く、この結果、当該結晶に及ぼす悪影響も大
となる。
Further, in the same casting method as above, the melt 2 is entirely poured into the mold 3 from the beginning, and this is solidified over a long period of time. Impurities such as oxygen, silicon nitride, and carbon easily dissolve into the crystal of the melt 2 from the mold 3 that is left to stand, and as a result, the adverse effect on the crystal becomes large.

【0007】本発明は上記の如き従来法の欠陥に鑑み、
請求項1では、上記の如く一度に融液を全部鋳型3内に
注入してしまうのではなく、前記の如く融液の結晶が成
長して行く速度に同期させて、当該融液を少しづつ鋳型
内へ供給し続けることによって、従来法の如き結晶相互
の衝突に基づく歪や結晶欠陥の発生を阻止し、かつ、鋳
型を高温で加熱することをも不要として、その耐久性を
増し、さらに、結晶内へ鋳型から不純物が溶け込むこと
を抑制可能として、高品質の製品を得ようとするのが、
その目的である。
The present invention has been made in view of the above-mentioned defects of the conventional method.
According to the first aspect of the present invention, instead of injecting the melt into the mold 3 all at once as described above, the melt is gradually added in synchronism with the rate at which the crystals of the melt grow. By continuing to supply into the mold, it is possible to prevent the generation of strains and crystal defects due to the collision of crystals as in the conventional method, and to eliminate the need to heat the mold at a high temperature to further increase its durability. In order to obtain high quality products, it is possible to prevent impurities from melting into the crystal from the mold.
That is the purpose.

【0008】また請求項2では、請求項1における結晶
の成長速度と、融液の注入速度とを同期させるため、液
面測定用熱電対や赤外線センサを用いることで融液の液
面を検知し、これに基づいて坩堝内の結晶質原材を融解
するヒータの設定温度を制御するようにして、当該同期
を確実に行わせるようにしている。
In the second aspect, in order to synchronize the crystal growth rate in the first aspect with the melt injection rate, the liquid level of the melt is detected by using a liquid level measuring thermocouple or an infrared sensor. Then, based on this, the set temperature of the heater for melting the crystalline raw material in the crucible is controlled to ensure the synchronization.

【0009】請求項3では、同上請求項1における同期
について、ヒータの設定温度を加減するのではなく、融
液を収納している坩堝に加えられる圧力の制御によって
行うようにし、これにより、さらに、レスポンスのよい
同期を行い得るようにしており、そして請求項4にあっ
ては、さらに、ロードセンサ等により鋳型を含む全体の
重量をも測知することで、より一層高精度な同期を保証
しようとしている。
In the third aspect of the present invention, the synchronization in the first aspect is performed by controlling the pressure applied to the crucible containing the melt, rather than adjusting the set temperature of the heater. In addition, it is possible to perform a highly responsive synchronization, and according to claim 4, by further measuring the weight of the whole including the mold by a load sensor or the like, a more highly accurate synchronization is guaranteed. Trying to.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、請求項1にあっては、不活性雰囲気内にあ
って、ヒータにより所望温度に加熱可能な流出口付きの
坩堝に、シリコン等の結晶質原材を収納し、その下位に
配設された鋳型には、所定の結晶成長の方向を決めるた
め、その下部側から上部側へ向けて高温となるよう温度
勾配を付与しておき、上記の坩堝内における結晶質原材
を、前記ヒータにより加熱融解して、その融液を坩堝の
流出口から、上記の鋳型内へ流下供給するに際して、鋳
型内に流下された当該融液が、前記の温度勾配により下
から上へ向けて、その結晶が成長して行く速度に、当該
流出口から流下供給される同上融液の注入速度を同期さ
せるようにしたことを特徴とするシリコン等多結晶質物
体の鋳造方法を提供しようとしている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a crucible with an outlet in an inert atmosphere which can be heated to a desired temperature by a heater. , A crystalline raw material such as silicon is stored, and a temperature gradient is applied to the mold placed below it so that the temperature rises from the lower side to the upper side in order to determine the predetermined crystal growth direction. That is, the crystalline raw material in the crucible, is heated and melted by the heater, from the outlet of the crucible, when the melt is supplied downward into the mold, when the melt flowed into the mold Melt, from the bottom to the top by the temperature gradient, characterized in that the injection rate of the same melt melt down flow supplied from the outlet is synchronized with the growth rate of the crystal. A casting method for polycrystalline objects such as silicon is proposed. I am trying to.

【0011】次に、請求項2の場合であると、請求項1
にあって、融液が、温度勾配によって下から上へ向け
て、その結晶が成長して行く速度は、予め当該鋳型に施
した液面測定用熱電対により、上記融液の凝固時におけ
る温度変化を測定しておき、これにより当該融液の液面
を検知するか、赤外線センサにより当該融液の凝固時に
おける赤外線放射の変化を測定することで、同上融液の
液面を検知して把握し、上記流出口から流下供給される
同上融液の注入速度は、上記の検知結果に基づいて、坩
堝内の、結晶質原材を融解するヒータの設定温度を制御
することで調整するようにしたことを、その内容として
いる。
Next, in the case of claim 2, claim 1
In the melt, from the bottom to the top by the temperature gradient, the rate at which the crystal grows, by the thermocouple for liquid level measurement previously applied to the mold, the temperature at the time of solidification of the melt By measuring the change, by detecting the liquid surface of the melt by this, or by measuring the change in infrared radiation during solidification of the melt by an infrared sensor, the same as above to detect the liquid surface of the melt Grasping the same, the injection speed of the melt that is supplied downward from the outlet is adjusted by controlling the set temperature of the heater that melts the crystalline raw material in the crucible based on the above detection result. The content is what you did.

【0012】さらに、請求項3の場合によると、請求項
1における融液が、温度勾配によって下から上へ向け
て、その結晶が成長して行く速度は、赤外線センサによ
り上記融液の凝固時における赤外線放射の変化を測定す
ることで、当該融液の液面を検知して把握し、上記流出
口から流下供給される同上融液の注入速度は、上記の検
知結果に基づいて、圧力コントローラにより前記の坩堝
に対して加えられる圧力を、負圧、正圧に制御し、これ
による同上融液のON−OFFにより調整するようにし
たことを、その内容としている。
Further, according to the third aspect of the invention, the rate at which the crystals of the melt in the first aspect grow from the bottom to the top due to the temperature gradient is determined by an infrared sensor when the melt is solidified. By measuring the change in infrared radiation in, the liquid level of the melt is detected and grasped, and the injection speed of the melt that is supplied downward from the outlet is based on the above detection result, and the pressure controller The pressure applied to the crucible is controlled to be a negative pressure or a positive pressure by the above, and the same as above is adjusted by turning the melt on and off.

【0013】また、請求項4の場合であると、請求項1
における同上融液が温度勾配によって下から上へ向け
て、その結晶が成長して行く速度は、赤外線センサによ
り上記融液の凝固時における赤外線放射の変化を測定す
ることで、当該融液の液面を検知すると共に、当該検知
時における鋳型内融液の重量を測知することで把握し、
上記流出口から流下供給される同上融液の注入速度は、
上記の検知結果に基づいて、坩堝内の結晶質原材を融解
するヒータの設定温度を制御するか、圧力コントローラ
により前記の坩堝に対して加えられる圧力を、負圧、正
圧に制御し、これによる同上融液のON−OFFにより
調整するようにしたことが、その内容である。
Further, in the case of claim 4, claim 1
In the same as above, the melt is heated from the bottom to the top by a temperature gradient, the rate at which the crystals grow, by measuring the change in infrared radiation during solidification of the melt by an infrared sensor, the liquid of the melt. As well as detecting the surface, grasp by measuring the weight of the melt in the mold at the time of detection,
The injection speed of the melt which is supplied downward from the outlet is the same as above.
Based on the above detection result, or to control the set temperature of the heater to melt the crystalline raw material in the crucible, the pressure applied to the crucible by the pressure controller, negative pressure, to control the positive pressure, The content is that adjustment is made by turning the melt on and off.

【0014】[0014]

【作用】本発明では、鋳型内へ多量の結晶質原材による
融液を、一気に流下供給してしてしまうことなく、鋳型
に収納した融液が、下方から上方へ向けてその結晶が成
長して行く当該成長速度と同期するように、上記融液の
鋳型に対する注入がなされて行くこととなるから、当
然、鋳型の上位部分には融液が滞積されておらず、従っ
て、結晶が鋳型の側壁面から横方向へ向けて成長するこ
とがなくなり、結晶成長の方向は一定となって、歪や結
晶欠陥が生ぜず、また鋳型をシリコン等の融点よりも高
温に保持するといったことも不要となるだけでなく、鋳
型に融液として滞留している時間も削減されるので、当
該融液の結晶に鋳型から窒化シリコンやカーボン等の不
純物の溶け込むことも、低減することとなる。
According to the present invention, the melt contained in the mold grows from the bottom to the top of the melt without causing the melt of a large amount of crystalline raw material to flow down into the mold all at once. In synchronism with the growth rate to be performed, since the melt will be injected into the mold, of course, the melt is not accumulated in the upper part of the mold, therefore, the crystal It does not grow laterally from the side wall surface of the mold, the crystal growth direction is constant, strain and crystal defects do not occur, and the mold is kept at a temperature higher than the melting point of silicon etc. Not only is it unnecessary, but the time of staying in the mold as a melt is also reduced, so that the dissolution of impurities such as silicon nitride and carbon from the mold into the crystals of the melt is also reduced.

【0015】上記のように、多結晶質原材による融液を
流下させる供給量と、結晶成長の速度とを同期させる一
具体例としては、請求項2に開示の如く、先ず、不活性
雰囲気内における坩堝に多結晶質原材を収納し、これを
ヒータにより加熱する際、その加熱温度を調整自在とし
ておくのである。そして、一方では、融液の液面を測知
することで、その結果成長速度を把握できるから、当該
把握の結果に基づいて、上記の加熱温度を制御すればよ
いこととなる。
As a specific example of synchronizing the supply rate of the melt of the polycrystalline raw material flowing down with the crystal growth rate as described above, first, as disclosed in claim 2, an inert atmosphere is first prepared. When the polycrystalline raw material is housed in the crucible inside and heated by a heater, the heating temperature is adjustable. On the other hand, by measuring the liquid level of the melt, the growth rate can be grasped as a result, so that the heating temperature can be controlled based on the grasped result.

【0016】また、請求項3の場合、融液の結晶成長速
度については、赤外線センサにより当該融液が固化する
際の赤外線放射の変化を測知して融液の液面を検知する
ことで把握し、一方鋳型に対する融液の供給量は、上記
の検知した液面によって、前記の坩堝に対する圧力コン
トローラによる圧力を正負に調整し、これにより、当該
融液の供給をON−OFFさせることで制御するように
しており、このことにより、当該供給量と結晶成長速度
との同期を図っている。
In the third aspect of the present invention, regarding the crystal growth rate of the melt, the change in infrared radiation when the melt is solidified is detected by the infrared sensor to detect the liquid level of the melt. On the other hand, the amount of the melt supplied to the mold is adjusted by the pressure level detected by the pressure controller for the crucible to be positive or negative depending on the detected liquid level, thereby turning the supply of the melt ON-OFF. It is controlled so that the supply amount and the crystal growth rate are synchronized with each other.

【0017】さらに、請求項4の場合には、請求項3に
おける如く赤外線センサにより当該融液が固化する際の
赤外線放射の変化を測知して、融液の液面高さを、検知
するに止まらず、この時における鋳型を含む全重量を測
知し、当該重量値によって融液の注入速度を制御するよ
うにしており、このようにすることで、液面の高さのみ
を測知する場合にあっては、融液が固化する際に生ずる
体積の収縮によって、結晶成長速度の測定値に誤差を生
じてくるのに対し、高さの変動で把握することなく重量
によって検知することとなるから、より精度の高い結晶
成長速度の検知結果によって、融液の注入速度、すなわ
ち滴下量を決定でき、望ましい同期を図ることができ
る。
Further, in the case of claim 4, the change in infrared radiation when the melt is solidified is detected by the infrared sensor as in claim 3, and the liquid level height of the melt is detected. In addition to measuring the total weight including the mold at this time, the injection speed of the melt is controlled by the weight value, and by doing so, only the height of the liquid surface is measured. In this case, the volume shrinkage that occurs when the melt solidifies causes an error in the measured value of the crystal growth rate, but it is necessary to detect it by weight without grasping the change in height. Therefore, the injection rate of the melt, that is, the dropping amount can be determined by the more accurate detection result of the crystal growth rate, and the desired synchronization can be achieved.

【0018】[0018]

【実施例】本発明に係る多結晶質物体の鋳造方法につ
き、図1、図2を参照して詳記するにあたり、先ず、こ
れを実施するのに供し得る鋳造炉10につき説示する
と、図1のものは、前記従来例の如く炉内の不活性雰囲
気10a内に、シリコン等による多結晶質原材11を収
納可能とした坩堝12と、これを加熱するヒータ13
と、そして上記坩堝12の下位にあっては、カーボンの
表面に窒化シリコンをコーティングするなどして構成さ
れた鋳型14が、夫々配設されている。15は当該鋳型
14に矢印Tの如く、次第に上向きに高温となるよう所
定の温度勾配を付与するための温度勾配用ヒータ、12
aは前記坩堝12にあって、その下底部に穿設したピン
ホールなどによる流出口を夫々示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for casting a polycrystalline object according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. First, a casting furnace 10 that can be used for carrying out the method will be described. As is the case with the conventional example, a crucible 12 capable of containing a polycrystalline raw material 11 made of silicon or the like in an inert atmosphere 10a in a furnace, and a heater 13 for heating the crucible 12 are used.
Further, in the lower part of the crucible 12, a mold 14 constituted by coating the surface of carbon with silicon nitride is provided. Reference numeral 15 denotes a temperature gradient heater for applying a predetermined temperature gradient to the mold 14 such that the temperature gradually increases upward as indicated by an arrow T.
Reference characters a in the crucible 12 indicate outlets formed by pinholes or the like formed in the bottom of the crucible 12, respectively.

【0019】これに対し、図2に示されている鋳造炉1
0にあっては、図1の鋳造炉10に対して以下の構成部
材が付加されている。すなわち、鋳型14の側壁14a
には、液面測定用熱電対16が所要複数だけ高低差をつ
けて付設され、これら液面測定用熱電対16からの温度
変化による出力信号により、前記ヒータ13の設定温度
が制御されるようになっている。
On the other hand, the casting furnace 1 shown in FIG.
In No. 0, the following components are added to the casting furnace 10 of FIG. That is, the side wall 14a of the mold 14
, Liquid level measuring thermocouples 16 are attached with a required plurality of height differences, and the set temperature of the heater 13 is controlled by an output signal from these liquid level measuring thermocouples 16 due to a temperature change. It has become.

【0020】一方赤外線センサ17が、これにより検知
される赤外線放射18の入力によって生ずる出力によ
り、前記のヒータ13、または、圧力コントローラ19
が制御されるよう結線されており、当該圧力コントロー
ラ19からの不活性ガスによる圧力が、閉成状態にある
坩堝12内に印加自在なるよう構成されており、上記の
赤外線放射18は、鋳型14の融液11aから発するも
のである。
On the other hand, the infrared sensor 17 outputs the infrared radiation 18 detected by the infrared sensor 17 according to the output generated by the infrared sensor 17, and the heater 13 or the pressure controller 19 is operated.
Is controlled so that the pressure of the inert gas from the pressure controller 19 can be applied to the crucible 12 in the closed state. Of the melt 11a.

【0021】そこで、上記の鋳造炉10を用いて本発明
に係る鋳造方法を実施するには、前記従来法と同じく矢
印Tの如き温度分布下に鋳型14を配し、ヒータ13に
よる加熱によって、坩堝12内に収納してある多結晶質
原材11を融解する。これにより得られた融液11a
は、坩堝12の流出口12aから流下して鋳型14内に
滴下されるが、この際ヒータ13の加熱温度は可変と
し、例えば、直径13インチの坩堝12を用いて約10
kgのシリコンを融解するのに、1500〜1600℃
の範囲で温度調節ができるようにし、これにより、当該
シリコンが融解してしまうまでに要する時間を、約30
分から1時間の範囲で調整できるようにしておく。
Therefore, in order to carry out the casting method according to the present invention using the above casting furnace 10, the mold 14 is placed under the temperature distribution as shown by the arrow T as in the conventional method, and the heating by the heater 13 is performed. Polycrystalline raw material 11 stored in crucible 12 is melted. The melt 11a thus obtained
Is dropped from the outlet 12a of the crucible 12 and dropped into the mold 14. At this time, the heating temperature of the heater 13 is variable, and, for example, about 10
1500-1600 ° C for melting kg of silicon
The temperature can be controlled within the range of, and the time required for the silicon to melt is about 30.
Be prepared to adjust within the range of 1 minute to 1 hour.

【0022】一方、本発明では、上記のようにして鋳型
14に流下される融液11aを、前記の矢印Tで示す温
度勾配によって、結晶C1が下から上へ成長してくる速
度と同期させて注入して行くのであり、従って、図示し
た固液界面F1の移動速度、すなわち結晶C1が成長し
て行く速度V1と、流下供給された融液11aによる液
面F2の移動速度V2とが可及的に等しくなるようにす
るのである。
On the other hand, in the present invention, the melt 11a flowing down into the mold 14 as described above is synchronized with the rate at which the crystal C1 grows from the bottom to the top by the temperature gradient shown by the arrow T. Therefore, the moving speed of the solid-liquid interface F1 shown in the figure, that is, the moving speed V1 of the crystal C1 and the moving speed V2 of the liquid surface F2 by the melt 11a supplied downward are allowed. Make them as equal as possible.

【0023】上記の如く、V1にV2が同期するよう融
液11aを坩堝12から流下供給するための具体例とし
ては、図2に示されている鋳造炉10にあって、前記の
液面測定用熱電対16により、シリコン等の多結晶質原
材11による融液11aが、凝固する際の温度変化を予
め測定しておき、これにより、当該温度変化を測知する
ことで液面F2の変化を把握できるようにし、当該液面
測定用熱電対16の出力により知り得た結果により、ヒ
ータ13による加熱設定温度を制御し、このことによっ
て、多結晶質原材11による融液11aの供給量を加減
調整すれば、前記の如く融液11aの結晶が成長して行
く速度V1に同期した融液11aの流下供給が可能とな
る。
As a concrete example for supplying the melt 11a from the crucible 12 so that V2 is synchronized with V1 as described above, in the casting furnace 10 shown in FIG. The temperature change when the melt 11a of the polycrystalline raw material 11 such as silicon is solidified is previously measured by the thermocouple 16 for use, and the temperature change is measured by the temperature change. It is possible to grasp the change and control the heating set temperature by the heater 13 based on the result obtained from the output of the liquid level measuring thermocouple 16, thereby supplying the melt 11a by the polycrystalline raw material 11. If the amount is adjusted, it is possible to supply the melt 11a downward in synchronism with the growth rate V1 of the crystal of the melt 11a as described above.

【0024】また、V1とV2の同期手段としては、こ
れまた図2に示されている如く、前記の赤外線センサ1
7を矢印20に示すように上下方向へ回動走査すること
で、シリコン等の融液11aが、鋳型14にあって固化
する際の赤外線放射18の変化を測知し、これにより融
液11aの液面F2を検知することで、当該検知に基づ
く赤外線センサ17からの出力により、上記の如くヒー
タ13の設定温度か、前記の圧力コントローラ19をO
N−OFF制御するのである。
Further, as the synchronizing means for V1 and V2, as shown in FIG.
By rotating 7 in the vertical direction as shown by arrow 20, a change in infrared radiation 18 when the melt 11a of silicon or the like is solidified in the mold 14 is detected, whereby the melt 11a is detected. When the liquid level F2 of the heater 13 is detected, the output from the infrared sensor 17 based on the detection causes the set temperature of the heater 13 or the pressure controller 19 to be turned on as described above.
N-OFF control is performed.

【0025】このようにすることで、上記圧力コントロ
ーラ19の場合、これからの不活性ガスにより、坩堝1
2に対する圧力が負圧、正圧に調整されこの結果、坩堝
12の流出口12aから流出される融液11aの注入
が、ON−OFFを繰り返すこととなり、前記固液界面
F1の移動速度に対して、液面F2の移動速度V2を追
随させることができる。
By doing so, in the case of the pressure controller 19, the inert gas from now on causes the crucible 1
The pressure for 2 is adjusted to a negative pressure or a positive pressure, and as a result, the injection of the melt 11a flowing out from the outlet 12a of the crucible 12 is repeated ON-OFF, and the moving speed of the solid-liquid interface F1 is increased. Thus, the moving speed V2 of the liquid surface F2 can be made to follow.

【0026】ここで、実際に20cm四方の鋳型を用い
て本発明を実施したところ、前記の10kgであるシリ
コンを従来法の如く最初から融液を全部鋳型に注入して
固化したときには、既述の如く鋳型の側壁面からの結晶
成長が可成り見受けられたのに対し、3時間をかけて連
続して融液を徐々に同期注入したことで、側壁面からの
結晶成長は殆ど認められなかった。
Here, when the present invention was actually carried out using a 20 cm square mold, when the above-mentioned 10 kg of silicon was solidified by injecting all the melt into the mold from the beginning as in the conventional method, it was already described. Although the crystal growth from the side wall surface of the mold was considerably observed as shown in the figure, almost no crystal growth from the side wall surface was observed because the melt was gradually and synchronously injected continuously over 3 hours. It was

【0027】また、上記の実施に際しては、鋳型14の
側壁14aにおける側壁面の温度をシリコン等の融点以
下にしたが、この場合あっても、当該側壁面からの結晶
成長が抑止されていることを確認できた。
Further, in the above implementation, the temperature of the side wall surface of the side wall 14a of the mold 14 is set to be equal to or lower than the melting point of silicon or the like. Even in this case, the crystal growth from the side wall surface is suppressed. I was able to confirm.

【0028】さらに、ここで上記のV1とV2とを同期
させるための他実施例を示すが、これには図3に示す如
き装置を用いることになる。この装置が前記の装置と相
違する点は、鋳型14が支持体21上に載置されてお
り、当該支持体21の支柱21aが、鋳造炉10の底部
に設けたガスシール22を介して外部まで延出され、当
該支柱21aと所定位置に固装の基部23との間に、ロ
ードセンサ24が介設されていることである。そして、
このロードセンサ24からの出力信号は、コントローラ
25に入力されると共に、このコントローラ25には、
既述の赤外線センサ17からの出力信号も入力され、当
該コントローラ25の出力により、前記のヒータ13ま
たは圧力コントローラ19が制御されることとなる。
Further, another embodiment for synchronizing the above V1 and V2 will be shown here, but the apparatus as shown in FIG. 3 will be used for this. This device is different from the above-mentioned device in that the mold 14 is placed on the support 21, and the support column 21a of the support 21 is connected to the outside via a gas seal 22 provided at the bottom of the casting furnace 10. That is, the load sensor 24 is provided between the support column 21a and the base portion 23 fixed at a predetermined position. And
The output signal from the load sensor 24 is input to the controller 25, and the controller 25
The output signal from the infrared sensor 17 described above is also input, and the heater 13 or the pressure controller 19 is controlled by the output of the controller 25.

【0029】上記の装置を用いることにより、前記のよ
うに赤外線センサ17によって融液11aの液面F2の
高さが検知され、この検知結果によりヒータ13や圧力
コントローラ19を制御するのではなく、当該液面F2
の上記検知時に対応したロードセンサ24による、鋳型
14を含む全重量を測知し、コントローラ25から当該
重量変化に基づく出力を発して、これにより、ヒータ1
3や圧力コントローラ19を制御するのである。
By using the above apparatus, the infrared sensor 17 detects the height of the liquid surface F2 of the melt 11a as described above, and the detection result does not control the heater 13 or the pressure controller 19, but Liquid level F2
The total weight including the mold 14 is measured by the load sensor 24 corresponding to the above detection, and the controller 25 outputs an output based on the weight change.
3 and the pressure controller 19 are controlled.

【0030】従って、液面F2の高さによる制御の場合
には、融液11aが液体から固体となる際に、その体積
が収縮することとなる(シリコンの場合における液体1
ccの重量は2.1gであるのに対し、固体1ccの重
量は2.3gである。)ので、結局、結晶成長の速度を
測知する上で誤差が発生することになるが、この場合の
如くロードセンサ24による融液11aに係る重量の測
定値によって、結晶成長速度を把握するようにすれば、
上記の如き誤差が解消され、この結果、より望ましいV
1とV2との同期を行わせることになる。
Therefore, in the case of control by the height of the liquid surface F2, when the melt 11a is changed from liquid to solid, its volume is contracted (the liquid 1 in the case of silicon is 1).
The weight of cc is 2.1 g, while the weight of 1 cc of solid is 2.3 g. Therefore, in the end, an error occurs in measuring the crystal growth rate. However, as in this case, the crystal growth rate should be grasped by the measured value of the weight of the melt 11a by the load sensor 24. If
The above error is eliminated, and as a result, a more desirable V
1 and V2 will be synchronized.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明は以上のようにして実施できるか
ら、請求項1によるときは、融液が温度勾配により、そ
の結晶が下方から上方へ成長して行く速度と同期して、
融液が鋳型に供給されて行くから、鋳型の側壁から横方
向への結晶成長が抑止され、上向きの結晶成長のみで支
配されるから、歪も結晶欠陥もない良質の鋳造品を得る
ことができる。
Since the present invention can be carried out as described above, according to claim 1, in synchronization with the rate at which the crystal of the melt grows from below to above due to the temperature gradient,
Since the melt is supplied to the mold, crystal growth in the lateral direction from the side wall of the mold is suppressed, and it is dominated by only upward crystal growth, so that it is possible to obtain a good quality cast product with no distortion or crystal defects. it can.

【0032】さらに、請求項2および請求項3にあって
は、鋳型内の融液における液面変化を、液面測定用熱電
対や赤外線センサを用いて把握することで、融液の結晶
成長速度を知り、この把握結果に基づいて、多結晶質原
材を融解するヒータの設定温度や、坩堝内に印加される
圧力を制御するようにしたので、結晶成長速度と、鋳型
への融液供給量とが正確に同期し、良質鋳造品の製造上
望ましい結果を得ることができる。
Further, according to the second and third aspects, the crystal growth of the melt is obtained by grasping the liquid level change in the melt in the mold using a thermocouple for measuring the liquid level and an infrared sensor. Knowing the speed, and based on the results of this grasp, the set temperature of the heater that melts the polycrystalline raw material and the pressure applied in the crucible were controlled, so the crystal growth rate and the melt to the mold were controlled. The supply amount is accurately synchronized, and the desired result can be obtained in the production of high quality cast products.

【0033】また、請求項4によるときは、請求項3に
あって融液の液面変化を赤外線センサで知り、これによ
り結晶成長速度を把握したのに対し、鋳型内の融液につ
きその重量変化をロードセンサにより知ることで、同上
結晶成長速度を測知するようにしたから、当該速度に対
する融液供給量の同期を、より高精度に行わせることが
できる。
Further, according to claim 4, the change in the melt surface level is known by the infrared sensor in claim 3 and the crystal growth rate is ascertained by this, whereas the weight of the melt in the mold is determined. By knowing the change by the load sensor, the crystal growth rate is measured as above. Therefore, the melt supply amount can be synchronized with the rate with higher accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る多結晶質物体の鋳造方法を実施す
るのに供し得る鋳造炉の一例を示した正面縦断説明図で
ある。
FIG. 1 is a front vertical cross-sectional explanatory view showing an example of a casting furnace that can be used for carrying out the method for casting a polycrystalline object according to the present invention.

【図2】同上鋳造方法を実施するのに供し得る鋳造炉の
異種例を示した正面縦断説明図である。
FIG. 2 is a front vertical cross-sectional explanatory view showing a different example of a casting furnace that can be used to carry out the above-described casting method.

【図3】同上鋳造方法を実施するのに供し得る鋳造炉の
他種例を示した正面縦断説明図である。
FIG. 3 is a front vertical cross-sectional explanatory view showing another example of a casting furnace that can be used to carry out the above-described casting method.

【図4】従来の多結晶質物体の鋳造方法を実施するのに
用いられている鋳造炉を示した縦断正面説明図である。
FIG. 4 is a vertical sectional front view showing a casting furnace used for carrying out a conventional method for casting a polycrystalline object.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10a 不活性雰囲気 11 多結晶質原材 11a 融液 12 坩堝 12a 流出口 13 ヒータ 14 鋳型 16 液面測定用熱電対 17 赤外線センサ 18 赤外線放射 19 圧力コントローラ 10a Inert Atmosphere 11 Polycrystalline Raw Material 11a Melt 12 Crucible 12a Outlet 13 Heater 14 Mold 16 Thermocouple for Liquid Level Measurement 17 Infrared Sensor 18 Infrared Radiation 19 Pressure Controller

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不活性雰囲気内にあって、ヒータにより
所望温度に加熱可能な流出口付きの坩堝に、シリコン等
の結晶質原材を収納し、その下位に配設された鋳型に
は、所定の結晶成長の方向を決めるため、その下部側か
ら上部側へ向けて高温となるよう温度勾配を付与してお
き、上記の坩堝内における結晶質原材を、前記ヒータに
より加熱融解して、その融液を坩堝の流出口から、上記
の鋳型内へ流下供給するに際して、鋳型内に流下された
当該融液が、前記の温度勾配により下から上へ向けて、
その結晶が成長して行く速度に、当該流出口から流下供
給される同上融液の注入速度を同期させるようにしたこ
とを特徴とするシリコン等多結晶質物体の鋳造方法。
1. A crystalline raw material such as silicon is housed in a crucible with an outlet that can be heated to a desired temperature by a heater in an inert atmosphere, and a mold disposed below the crystalline raw material is In order to determine the direction of a predetermined crystal growth, a temperature gradient is applied so that the temperature becomes higher from the lower side to the upper side, and the crystalline raw material in the crucible is heated and melted by the heater, From the outlet of the crucible the melt, during the down-flow supply into the mold, the melt flowed down in the mold, from the bottom to the top due to the temperature gradient,
A method for casting a polycrystalline object such as silicon, characterized in that the speed at which the crystal grows is synchronized with the injection speed of the melt that is supplied downward from the outlet.
【請求項2】 坩堝内における結晶質原材をヒータによ
り加熱融解して、その融液を坩堝の流出口から、鋳型内
へ流下供給するに際し、鋳型内に流下された当該融液
が、温度勾配によって下から上へ向けて、その結晶が成
長して行く速度は、予め当該鋳型に施した液面測定用熱
電対により、上記融液の凝固時における温度変化を測定
しておき、これにより当該融液の液面を検知するか、赤
外線センサにより当該融液の凝固時における赤外線放射
の変化を測定することで、同上融液の液面を検知して把
握し、上記流出口から流下供給される同上融液の注入速
度は、上記の検知結果に基づいて、坩堝内の結晶質原材
を融解するヒータの設定温度を制御することで調整する
ようにした請求項1記載のシリコン等多結晶質物体の鋳
造方法。
2. The crystalline raw material in the crucible is heated and melted by a heater, and when the melt is supplied from the outlet of the crucible into the mold, the melt flowed down into the mold is From the bottom to the top by the gradient, the rate at which the crystal grows, the temperature change at the time of solidification of the melt is measured by a thermocouple for measuring the liquid level applied to the mold in advance. By detecting the liquid level of the melt, or by measuring the change in infrared radiation during solidification of the melt with an infrared sensor, the same as above, the liquid level of the melt is detected and grasped, and is supplied downward from the outlet. The same as above, the injection speed of the melt is adjusted by controlling the set temperature of the heater for melting the crystalline raw material in the crucible based on the above detection result. A method for casting a crystalline object.
【請求項3】 坩堝内における結晶質原材をヒータによ
り加熱融解して、その融液を坩堝の流出口から、鋳型内
へ流下供給するに際し、鋳型内に流下された当該融液
が、温度勾配によって下から上へ向けて、その結晶が成
長して行く速度は、赤外線センサにより上記融液の凝固
時における赤外線放射の変化を測定することで、当該融
液の液面を検知して把握し、上記流出口から流下供給さ
れる同上融液の注入速度は、上記の検知結果に基づい
て、圧力コントローラにより前記の坩堝に対して加えら
れる圧力を、負圧、正圧に制御し、これによる同上融液
のON−OFFにより調整するようにした請求項1記載
のシリコン等多結晶質物体の鋳造方法。
3. The crystalline raw material in the crucible is heated and melted by a heater, and when the melt is supplied from the outlet of the crucible into the mold, the melt flowed down into the mold is The rate at which the crystal grows from the bottom to the top according to the gradient is detected by grasping the liquid level of the melt by measuring the change in infrared radiation during solidification of the melt with an infrared sensor. Then, the injection speed of the same melt that is supplied downward from the outlet, based on the above detection result, the pressure applied to the crucible by the pressure controller is controlled to a negative pressure, a positive pressure, 2. The method for casting a polycrystalline object such as silicon according to claim 1, wherein the adjustment is made by turning the melt on and off.
【請求項4】 坩堝内における結晶質原材をヒータによ
り加熱融解して、その融液を坩堝の流出口から、鋳型内
へ流下供給するに際し、鋳型内に流下された当該融液
が、温度勾配によって下から上へ向けて、その結晶が成
長して行く速度は、赤外線センサにより上記融液の凝固
時における赤外線放射の変化を測定することで、当該融
液の液面を検知すると共に、当該検知時における鋳型内
融液の重量を測知することで把握し、上記流出口から流
下供給される同上融液の注入速度は、上記の検知結果に
基づいて、坩堝内の結晶質原材を融解するヒータの設定
温度を制御するか、圧力コントローラにより前記の坩堝
に対して加えられる圧力を、負圧、正圧に制御し、これ
による同上融液のON−OFFにより調整するようにし
た請求項1記載のシリコン等多結晶質物体の鋳造方法。
4. The crystalline raw material in the crucible is heated and melted by a heater, and when the melt is supplied from the crucible outlet into the mold, the melt flowed into the mold is From bottom to top by the gradient, the rate at which the crystal grows, by measuring the change in infrared radiation during solidification of the melt by an infrared sensor, while detecting the liquid surface of the melt, Grasping by measuring the weight of the melt in the mold at the time of the detection, the injection speed of the melt melted down supplied from the outlet, based on the above detection results, the crystalline raw material in the crucible Or the pressure applied to the crucible by the pressure controller is controlled to be a negative pressure or a positive pressure, and the same as above. Siri according to claim 1. Casting method for polycrystalline objects such as concrete.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102732960A (en) * 2011-04-14 2012-10-17 浙江昱辉阳光能源有限公司 Method and system for testing crystalline silicon growth rate
CN104372407A (en) * 2014-11-19 2015-02-25 李剑 Equipment and method for directional solidification growth of crystalline silicon

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3656821B2 (en) 1999-09-14 2005-06-08 シャープ株式会社 Polycrystalline silicon sheet manufacturing apparatus and manufacturing method
JP4111669B2 (en) 1999-11-30 2008-07-02 シャープ株式会社 Sheet manufacturing method, sheet and solar cell
JP2002094098A (en) * 2000-09-19 2002-03-29 Sharp Corp Manufacturing method of crystal thin plate and solar cell using the crystal thin plate
US7186578B2 (en) 2002-06-28 2007-03-06 Sharp Kabushiki Kaisha Thin sheet production method and thin sheet production device
JP4534022B2 (en) * 2003-08-14 2010-09-01 農工大ティー・エル・オー株式会社 Ga-doped crystalline silicon, method for producing the same, device for producing Ga-doped crystalline silicon used in the method for producing the same, solar cell using Ga-doped crystalline silicon substrate, and method for producing the same
JP4535720B2 (en) * 2003-12-22 2010-09-01 京セラ株式会社 Method for producing silicon ingot
JP4804348B2 (en) 2004-05-21 2011-11-02 株式会社トクヤマ Cooled lump of molten silicon and method for producing the same
CN103805948B (en) * 2014-01-20 2015-12-02 福建阿石创新材料股份有限公司 A kind of titanium crystal sintering mold
CN103806099B (en) * 2014-01-20 2016-01-13 福建阿石创新材料股份有限公司 The preparation method of five oxidation three titanium crystals

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102732960A (en) * 2011-04-14 2012-10-17 浙江昱辉阳光能源有限公司 Method and system for testing crystalline silicon growth rate
CN102732960B (en) * 2011-04-14 2015-07-08 浙江昱辉阳光能源有限公司 Method and system for testing crystalline silicon growth rate
CN104372407A (en) * 2014-11-19 2015-02-25 李剑 Equipment and method for directional solidification growth of crystalline silicon

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