[發明專利]單晶爐內一種控氧生長的裝置

無效

• 申請號: 200910099710.3
• 申請日: 2009-06-10
• 公開（公告）號: CN101922040A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 江國慶
• 申請（專利權）人: 江國慶
• 主分類號: C30B15/14
• 分類號: C30B15/14;C30B29/06
• 代理公司: 金華科源專利事務所有限公司 33103
• 代理人: 毛東明

技術領域

本發明屬于半導體分離技術領域，特別是涉及一種生產、分離單晶硅時的一種控氧生長的裝置。

背景技術

目前，我國半導體單晶硅棒(碇)的生產廠家在生產半導體硅材料時，大多采用單晶爐直拉式來生產單晶硅棒(碇)的，這些單晶硅棒(碇)大多用于制造單晶硅太陽能電池；科學研究發現P型(摻硼)單晶硅太陽能電池出現初始光致衰減現象與硅片中的硼氧濃度有關，當光照或電流注入時將導致硅片中的硼和氧形成硼氧復合體，從而使少子壽命降低，B+2O→(光照或電流注入)BO₂.根據有關文獻記載，硅片中的硼、氧含量越大，光照或電流注入條件下產生的硼氧復合體越多，少數載流子壽命降低幅度就越大；而在低氧的硅片中，少子壽命隨光照時間的衰減幅度極小，所以降低單晶硅中的氧含量，就可以減少太陽能單晶硅電池功率的衰減，而對于傳統的半導體單晶硅棒(碇)的生產來說，控制單晶硅棒(碇)中的氧含量一般來說是難以做到的。傳統生產是用單晶爐直拉式來生產單晶硅棒(碇)的，在晶體生長過程中氧主要是由石英坩堝受熱產生，氧來源于熔解的石英坩堝，并通過熔體熱對流不斷向晶體和熔體自由表面輸運而進入單晶晶體的拉伸生長整個過程中的；氧的生成原理和輸運機理為：高溫的熔體(1420℃)氧和石英坩堝反應，反應方程式如下：

Si+SiO2→2SiO

生成的SiO進入到硅熔體中，在單晶的拉制過程中，晶轉和堝轉會對熔體的對流產生很大影響，再加上熔體本身的熱對流，因此，進入硅熔體中的SiO會被輸送到熔體的表面。此時大部分的SiO(99％)會在熔體表面揮發，然后被過程中加入的氬氣(Ar)帶走，剩余的SiO(1％)會在硅熔體中分解，如下所示：

SiO→Si+O

分解后所產生的氧在隨后的生長拉伸過程中進入硅單晶，并在最后以間隙態存在于硅晶體中，所以，為了使單晶硅太陽能電池的光電轉換率得到提高，降低光衰減率，就要從生產過程著手來降低單晶硅棒(碇)拉伸過程中的氧含量：而現有的單晶爐它存在著以下缺陷：加熱器的葉片高度太高，這樣使坩堝底部的熱源面積大，因此石英坩堝受熱就大，石英坩堝底部的硅和氧的反應就劇烈，同時單晶爐內縱向溫度梯度大，熱對流強，氧含量、氧濃度相對就高，另外冷卻導流裝置的導流機構不很理想，所以就不能快速把氧從硅液面帶走，從而增加氧和單晶的接觸時間和機會，因此氧在單晶生長拉伸過程中進入硅單晶內就增多。

發明內容

本發明的目的是要解決、改革現有單晶爐結構中存在的缺陷，提供單晶爐內的一種控氧生長的裝置。這種裝置它能有效的降低單晶生長拉伸過程中進入硅單晶內氧的含量。

本發明提出的目的是這樣實現的：在設計改造該爐內結構時，我們針對原來爐內結構上存在的坩堝底部的熱源面積較大，即石英坩堝底部受熱較多，促使石英坩堝底部的硅和氧的反應很劇烈，所以在生產過程中產生的氧就較多的缺陷；采取把原加熱器葉片其底部，即在下保溫筒的這部分加熱器葉片減短了、在上蓋板上新增加了一個加密式導流筒、把用作下保溫筒保溫的保溫層碳氈增加了層數。

加熱器葉片其底部，即在下保溫筒的這部分加熱器葉片減短了100mm，也就是把加熱器除去了圍繞堝底部一圈的葉片使之減短了100mm；除此以外，其加熱器葉片的結構、材質、安裝、連接方法都和原來的一樣；在上蓋板上再增加一個加密式導流筒，這加密式導流筒就是兩頭通的石墨園筒子，它擱置在上蓋板上，位于爐蓋和上蓋板之間，與爐蓋、上蓋板活動連接；再就是提高了下保溫筒的保溫效果，把用作下保溫筒保溫的保溫層碳氈層數增加到10-12層，其安裝方法與原來一樣，加強了下保溫筒的保溫效果；改革后的導流裝置能加速冷卻速度，降低了縱向溫度梯度，減小熱對流，這樣可從晶體和熔體界面帶走更多的氧，從而降低了氧含量，使熔/堝邊界層厚度增大，氧含量亦會下降，來減少產生的硼氧復合體，從而提高了單晶硅太陽能電池的光電轉換率；同時，在具體操作時把拉晶功率控制到45KW以下；雖然它們看起來是獨立的部件，但具有較強的耦合作用，從而達到發明的目的。

本發明由于改進了單晶爐中的加熱器、增加一個加密式導流筒、加強了下保溫筒的保溫效果，這樣能有效的減少生產過程中氧的產生、滯留；該裝置結構簡單、造價低廉、安裝方便、使用操作與原來一樣方便、能有效控制氧的生成、輸送及減少了氧進入單晶的過程和數量等優點。

附圖說明

本發明的具體結構由以下的實施例及其附圖給出。

圖1是根據本發明提出的單晶爐內一種控氧生長的裝置其結構的正視剖視示意圖。

下面結合圖1，詳細說明依據本發明提出的具體裝置的結構細節及工作情況。