[發(fā)明專利]多晶硅鑄錠爐的可變熱交換裝置及其控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110350723.0
• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN102400215A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊建松;甘新武
• 申請（專利權(quán)）人: 嘉興嘉晶電子有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 杭州金源通匯專利事務(wù)所(普通合伙) 33236
• 代理人: 唐迅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多晶硅鑄錠爐熱場領(lǐng)域，尤其是一種多晶硅鑄錠爐的可變熱交換裝置及其控制方法。

背景技術(shù)

目前常用的多晶硅鑄錠爐熱場結(jié)構(gòu)如圖1所示，由保溫碳氈制成的固定式頂部隔熱板、可升降式側(cè)面隔熱筒和固定式底部隔熱板組成隔熱籠，熱交換臺放于隔熱籠內(nèi)的立柱上，裝滿硅料的陶瓷坩堝的底部及四周用石墨護板保護。在硅料熔化階段，側(cè)面隔熱筒降至零位，隔熱籠完全封閉，通過加熱器對坩堝內(nèi)的硅料進行加熱直至硅料完全熔化，然后進入晶體生長階段，通過提升側(cè)隔熱筒，使熱量從隔熱籠底部流出，從而降低熱場底部溫度，獲得晶體生長所需的從下向上升高的溫度梯度。這種熱交換方式的不足之處在于：熱交換臺為一實心的石墨體，厚度通常在120mm到160mm之間，其熱交換能力很低，而且又是被動的、不可變的，晶體生長時需要散失的熱量主要通過四周的坩堝壁和石墨護板向外擴散，這將導(dǎo)致靠近四周坩堝的硅熔體溫度降低的速率遠大于坩堝底部的硅熔體，使得坩堝內(nèi)的等溫面無法保持水平，晶體無法沿豎直方向由下上結(jié)晶，晶體質(zhì)量差；此外，這種熱交換方式在晶體生長后期通常因熱交換能力較低，無法提供晶體生長所需的足夠的溫度梯度，導(dǎo)致晶體生長的速率大幅降低。所以，目前的鑄錠爐熱場結(jié)構(gòu)存在缺陷，導(dǎo)致晶體質(zhì)量和生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)的不足而提供一種熱交換能力強，可提高生產(chǎn)效率的多晶硅鑄錠爐的可變熱交換裝置及其控制方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的多晶硅鑄錠爐的可變熱交換裝置，它主要包括由頂部隔熱板、側(cè)面隔熱筒和底部隔熱板組成的隔熱籠，及內(nèi)部的加熱器、石墨護板和陶瓷坩堝，在陶瓷坩堝下部設(shè)有是石墨體的熱交換臺，在熱交換臺上通過矩陣排列設(shè)有若干豎直向下的方形散熱孔，在熱交換臺下部設(shè)有支撐板，在熱交換臺與支撐板之間設(shè)有保溫塞，保溫塞材質(zhì)是保溫碳氈，保溫塞為下大上小的金字塔結(jié)構(gòu)，底部最大處恰好與方形散熱孔尺寸一致，保溫塞的個數(shù)與位置排列與方形散熱孔對應(yīng)，支撐板固定在升降桿上，升降桿從外部穿過底部隔熱板伸入內(nèi)部。

多晶硅鑄錠爐的可變熱交換裝置的控制方法，在硅料熔化時，讓保溫塞上移至最高位，充滿散熱孔，起加強保溫作用；晶體生長初期，下移保溫塞，散熱孔開始散熱，陶瓷坩堝底部溫度迅速降低，形成足夠的過冷度，晶核得以迅速有序形成；在結(jié)晶階段，保溫塞持續(xù)下移，散熱孔的散熱作用不斷加強，保證上部硅熔體處于熱區(qū)，下部結(jié)晶體處于冷區(qū)，這一溫度梯度為晶體生長提供強勁的驅(qū)動力，并且可以通過調(diào)整保溫塞下移的速度，實現(xiàn)對溫度梯度的有效控制，進而實現(xiàn)晶體生長速度的可控性，通過散熱孔的散熱作用，使得隔熱籠內(nèi)上腔室熱量沿由上而下的豎直方向擴散，保證了固液界面的水平性，這非常有利于硅錠的持續(xù)完整生長；當結(jié)晶結(jié)束進入退火階段時，保溫塞上移至最高位，停止散熱孔的散熱作用，保證籠內(nèi)溫度均勻，防止應(yīng)力產(chǎn)生。

本發(fā)明所得到的多晶硅鑄錠爐的可變熱交換裝置及其控制方法，通過在熱場中使用一種可變熱交換裝置，并通過升降桿帶動支撐板和保溫塞一起上下移動，調(diào)節(jié)散熱孔的散熱能力，能夠主動控制晶體下方的散熱速率，有效控制晶體生長速率。該裝置可用于鑄造法生長多晶硅錠，用于控制晶體下方的熱量交換速率；該裝置也可用于鑄造法生長類單晶硅錠，在鑄造法生長類單晶硅錠時，進入熔化后期，稍微下移保溫塞，散熱孔發(fā)揮散熱功能，控制坩堝底部處于適當?shù)臏囟?，可以起到保護坩堝底部仔晶不完全熔化的作用。

附圖說明

圖1為典型的現(xiàn)有技術(shù)的鑄錠爐熱場的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的熱交換臺的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的保溫塞和支撐板的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。

實施例1：

如圖2所示，本實施例描述的多晶硅鑄錠爐的可變熱交換裝置，它主要包括由頂部隔熱板1、側(cè)面隔熱筒2和底部隔熱板3組成的隔熱籠，及內(nèi)部的加熱器4、石墨護板5和陶瓷坩堝6，在陶瓷坩堝6下部設(shè)有是石墨體的熱交換臺7，如圖3所示，在熱交換臺7上通過矩陣排列設(shè)有若干豎直向下的方形散熱孔11，在熱交換臺7下部設(shè)有支撐板9，在熱交換臺7與支撐板9之間設(shè)有保溫塞8，保溫塞8材質(zhì)是保溫碳氈，如圖4所示，保溫塞8為下大上小的金字塔結(jié)構(gòu)，底部最大處恰好與方形散熱孔11尺寸一致，保溫塞8的個數(shù)與位置排列與方形散熱孔11對應(yīng)，支撐板9固定在升降桿10上，升降桿10從外部穿過底部隔熱板3伸入內(nèi)部。