[發明專利]直拉八英寸硅單晶熱場及八英寸硅單晶的生產工藝方法

無效

• 申請號: 201110346991.5
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN102367588A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 雷世俊;吳雪霆;謝江帆;楊帆;陳軍
• 申請（專利權）人: 東方電氣集團峨嵋半導體材料有限公司
• 主分類號: C30B15/14
• 分類號: C30B15/14;C30B15/20;C30B29/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑;吳彥峰

技術領域

本發明涉及一種直拉八英寸硅單晶熱場及八英寸硅單晶的生產工藝方法，屬于硅單晶熱場及硅單晶生產工藝方法的技術領域。

背景技術

太陽能是未來最清潔、安全和可靠的能源，硅單晶太陽能電池是今后人類最重要的綠色能源之一。在現有工藝和條件下以及從電池性能上講，硅單晶是制造太陽電池比較理想的材料，而優質參數的硅單晶是生產制作高效率太陽能電池的基本條件。

國際上直拉硅單晶主流產品是Φ200mm，逐漸向Φ300mm過渡，研制水平已經達到Φ400mm～450mm。在中國太陽能光伏領域，市場對八英寸硅片的需求增長非常大，尤其是近年來，八英寸硅單晶成為主流產品。

目前，國內生產八英寸硅單晶所使用的主要還是以20英寸熱場為主，按照現有技術，拉制硅單晶所使用的常規20英寸熱場存在功耗高、拉速低、石墨坩堝損耗大的問題。如附圖1所示：現有20英寸的導流筒式熱場中，熱場部件包括石墨氈1-1、石墨壓片1-2、排氣口1-3、下石墨保溫筒1-4、下石墨支撐環1-5、中軸加長軸1-6、主石墨保溫筒1-7、加熱器1-8、上支撐環1-9、中軸護套1-10、電極護套1-11、電極石英護套1-12、石墨中軸1-13、堝托1-14、石墨坩堝1-15、石英坩堝1-16、上部保溫蓋板1-17、熔硅1-18、頂部蓋板1-21、外導流筒1-22、導流筒墊高環1-23、導流筒支撐環1-24、上石墨保溫筒1-25、內導流筒1-26和定位環1-27。其具體結構為：在爐膛內徑為850mm的單晶爐內安裝以加熱器1-8為核心的復合式熱裝置，籽晶1-20和硅單晶棒1-19置于石英坩堝1-16中，放入加熱器1-8外圍安裝主石墨保溫筒1-7，主石墨保溫筒1-7外面裹上石墨氈1-1。主石墨保溫筒1-7位于下石墨支撐環1-5上的子口內，下石墨支撐環1-5位于下石墨保溫筒1-4上，下石墨保溫筒1-4的外面也包覆石墨氈1-1，下石墨保溫筒1-4位于石墨壓片1-2上的子口內，石墨壓片1-2下墊上石墨氈1-1，主石墨保溫筒1-7上沿蓋有上支撐環1-9，上支撐環1-9下面的子口卡在主石墨保溫筒1-7上，在上支撐環1-9上墊石墨氈1-1再在上面壓上上部保溫蓋板1-17，上上石墨保溫筒1-25放在上支撐環1-9的上并卡在子口內，在上上石墨保溫筒1-25外包覆石墨氈1-1，導流筒支撐環1-24卡在上上石墨保溫筒1-25上，導流筒支撐環1-24上墊導流筒墊高環1-23，外導流筒1-22上沿放在導流筒墊高環1-23上，定位環1-27緊貼導流筒墊高環1-23外沿放在導流筒支撐環1-24上，頂部蓋板1-21下墊石墨氈1-1。石墨下軸1-13上放中軸加長軸1-6，中軸加長軸1-6支撐放堝托1-14。該導流筒式熱場存在以下一些不足：

1、熱場整體不夠緊湊、保溫效果差、能耗較高；

2、熱場導流筒結構設計不合理導致氬氣流動不暢、隔熱效果不佳、外導流筒上沿外部易大量附著氧化硅揮發物、成晶不穩定；

3、單晶頭部尾部的縱向溫度梯度變化大，整體拉速較低；?

4、石墨坩堝結構不合理，使用壽命低。

另外，現有硅單晶多采用直拉法工藝生產，其具體工藝流程為：將多晶硅原料放入石英坩堝，加熱熔化，調整溫度到硅的凝固點，將籽晶長大到目標直徑，提高拉速使晶體保持等直徑生長。坩堝中的熔硅快用完時，調整溫度和拉速，使晶體直徑逐漸縮小，直至成為錐形。最后提升晶體使之脫離熔硅液面，完成一次晶體生長過程。

采用上述生產工藝方法生產硅單晶由于使用的是原有熱場，因此，生產的硅單晶能耗較高、系統的使用壽命較短、堝托的使用壽命也較短，導致生產成本增高，成品率和拉晶速度不高，一般成品率不到54.18％。

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發明內容

本發明的目的在于：提供一種結構更加緊湊、保溫性能更好、等徑平均拉速提高、等徑功耗得以降低的直拉八英寸硅單晶熱場及通過使用該熱場生產八英寸硅單晶的工藝方法，從而能有效的解決上述現有技術中存在的問題。