[發(fā)明專利]一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010609762.3
• 申請日: 2010-12-28
• 公開（公告）號: CN102108548A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳瑞潤;黃鋒;丁宏升;郭景杰;李新中;蘇彥慶;傅恒志
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種方形電磁冷坩堝，具體涉及一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝。

背景技術(shù)

冷坩堝是用具有水冷的純銅制造的坩堝，由于坩堝為水冷結(jié)構(gòu)，在使用過程中坩堝溫度很低，所以坩堝本身對坩堝內(nèi)的材料幾乎沒有污染，根據(jù)坩堝的加熱方式不同，可以分為不開縫的外熱式坩堝和開縫的感應(yīng)加熱式坩堝，外熱式冷坩堝是依靠能量發(fā)生器產(chǎn)生的能量熔化材料，而感應(yīng)熔化冷坩堝則依靠感應(yīng)加熱熔化材料，又稱為電磁冷坩堝，是目前應(yīng)用廣泛的冷坩堝，它是將分瓣的水冷銅坩堝置于交變電磁場內(nèi)，利用交變電磁場產(chǎn)生的渦流化金屬，并依靠電磁力使金屬熔體與坩堝壁保持軟接觸或者非接觸狀態(tài)，并對爐料進(jìn)行感應(yīng)熔煉或者成形的技術(shù)，目前現(xiàn)有連續(xù)熔化與凝固用電磁冷坩堝的尺寸一般較小(直徑小于30mm，或變長小于25mm)，或者內(nèi)腔橫截面積較小，很難用于連續(xù)熔化和凝固多晶硅，這是由硅的自身物理性質(zhì)決定的，硅自身密度較小(2330kg/m3)，熔點較高(1414℃)且硅在低溫(600℃)以下不能被感應(yīng)加熱，因為在感應(yīng)熔化多晶硅時，必須使原料硅有足夠的溫度，這要求已經(jīng)熔化的熔體硅必須具備一定的過熱度和一定的體積，以便通過傳導(dǎo)加熱新加入的硅料，因此小尺寸電磁冷坩堝不能用于連續(xù)熔化和凝固多晶硅，更重要的是硅在凝固時會發(fā)生膨脹，這與其他材料的凝固時收縮的特性恰好相反，因此坩堝的底部尺寸應(yīng)該較頂部尺寸加大，現(xiàn)有電磁冷坩堝由于內(nèi)腔尺寸較小，導(dǎo)致坩堝損耗過大，新成形的硅錠容易卡在坩堝腔內(nèi)，連續(xù)熔化過程容易終止，且電磁力過于集中，組織控制效果不好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有電磁冷坩堝由于內(nèi)腔尺寸較小，導(dǎo)致坩堝損耗過大，新形成的硅錠容易卡在坩堝腔內(nèi)，連續(xù)熔化過程容易終止，且電磁力過于集中，組織控制效果不好的問題，進(jìn)而提出一種用于連續(xù)熔化與組織控制多晶硅的方形電磁冷坩堝。

本發(fā)明為了解決上述問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明包括坩堝主體、進(jìn)水管、出水管、若干個細(xì)水管和感應(yīng)線圈，所述坩堝主體由上半體和下半體組成，所述上半體與下半體固接，所述進(jìn)水管通過細(xì)水管與下半體連通，所述出水管通過細(xì)水管與下半體連通，所述感應(yīng)線圈套在上半體上，所述坩堝主體的橫截面為方環(huán)狀的空腔體，所述上半體分割成十六個截面為花瓣狀的柱體，十六個截面為花瓣狀的柱體沿坩堝主體截面上的水平軸和垂直軸對稱，水平軸和垂直軸的交點與坩堝主體水平截面上的中心重合，每個截面為花瓣狀的柱體的內(nèi)部設(shè)有通孔，所述下半體的底面上與截面為花瓣狀的柱體的通孔對應(yīng)位置開有縱向盲孔，每個縱向盲孔與對應(yīng)的通孔連通，十六個盲孔分為八組，每組兩個盲孔連通，每個盲孔通過細(xì)水管與出水管連通，每相鄰兩個截面為花瓣狀的柱體之間留有間隙，所述間隙內(nèi)填充有絕緣密封材料層。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明充分保持了原料硅的高純度，同時防止在熔煉或凝固過程中各種間隙元素的污染，實現(xiàn)硅的低成本熔煉和凝固，由于采用感應(yīng)加熱，本發(fā)明可以熔化溫度較高的顆粒硅，電磁力的強烈攪拌使熔體組織成分均勻，與現(xiàn)有冷坩堝相比，本發(fā)明內(nèi)腔尺寸較大，且內(nèi)腔橫截面積上小下大，便于硅凝固膨脹時能順利連續(xù)抽拉，及時調(diào)整預(yù)熱棒速度，以準(zhǔn)確制備出所需組織的硅錠，消除了硅顆粒預(yù)熱度不夠而造成感應(yīng)熔化不良或感應(yīng)熔化終止的現(xiàn)象，降低了坩堝自身的能量損耗，提高坩堝的電源利用率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是圖1的俯視圖，圖3是圖1中A-A向的剖視圖，圖4是圖3中I處的放大圖。

具體實施方式