[發明專利]一種準單晶硅鑄錠設備及鑄錠方法

無效

• 申請號: 201210005796.0
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN103194794A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 徐傳興
• 申請（專利權）人: 徐傳興
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06;C30B11/00
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 曾耀先

技術領域

本發明涉及鑄錠技術領域，具體涉及準單晶硅鑄錠技術領域。

背景技術

準單晶硅(mono?like，也稱“類單晶硅”)是基于多晶鑄錠的工藝，在長晶時通過部分使用單晶籽晶，獲得外觀和電性能均類似單晶的多晶硅片。這種通過鑄錠的方式形成單晶硅的技術，其功耗只比普通多晶硅多5％，所生產的單晶硅的品質接近直拉單晶硅，是目前光伏行業應用最廣泛的鑄錠工藝之一。

現有技術中存在多種準單晶硅鑄錠工藝，較為新穎的鑄錠方法包括：申請號為200910152970.2的中國專利申請，一種單晶向、柱狀大晶粒的鑄造多晶硅的制備方法；申請號為201010198142.5的中國專利申請，一種準單晶硅的鑄錠方法；申請號為201010564154.5的中國專利申請，一種石英坩堝和鑄造準單晶的方法；以及申請號為201110067923.5的中國專利申請，用于定向凝固法生長硅晶體的引晶模具及晶體生長方法。

上述工藝都不外乎兩種準單晶鑄錠法：無籽晶鑄錠和有籽晶鑄錠。因為無籽晶鑄錠在晶體生長時要求溫度梯度與晶體生長速度等條件要求苛刻，所以工藝控制難度較大；有籽晶鑄錠，則一般采用把籽晶放入坩堝底部，上面裝入硅料，再加熱融化硅料，在固液相共存時保持籽晶不被融化，確保晶體生長在未融化籽晶上開始生長，需要坩堝底部的溫度梯度精準控制，工藝控制難度也非常大。因此，現有技術中的準單晶鑄錠工藝都存在溫度梯度控制難度大的問題，這嚴重影響了準單晶硅鑄錠的效率，提升了工藝難度，成品率低。

發明內容

本發明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種在硅料完全熔化后，長晶階段前，再將籽晶投入坩堝，然后完成整個長晶過程，從而大幅降低溫度控制的難度，提高生產效率，有效保證了成品率，且操作過程簡單，實現成本低廉，應用范圍廣泛的一種準單晶硅鑄錠設備及鑄錠方法。

為了實現上述的目的，本發明的準單晶硅鑄錠設備具有如下構成：

該準單晶硅鑄錠設備包括殼體、設置于所述的殼體內的鑄錠室、設置于所述的鑄錠室內的坩堝和加熱裝置，設置于所述的殼體內的籽晶儲存室，設置于所述的籽晶儲存室和所述的鑄錠室之間的隔熱門，以及用以將籽晶穿過所述的隔熱門設置于所述的籽晶儲存室或所述的鑄錠室的坩堝中的籽晶投放裝置。其中，所述的加熱裝置設置于所述的坩堝的周圍，所述的坩堝表面可以具有氮化硅(Si₃N₄)或氮化硼(BN)涂層。

該準單晶硅鑄錠設備中，所述的加熱裝置為設置于所述的坩堝的四周的加熱裝置，所述的籽晶儲存室設置于所述的鑄錠室的上方。

該準單晶硅鑄錠設備中，所述的籽晶投放裝置包括籽晶托板和連接所述籽晶托板的托板升降桿，所述的托板升降桿用以將所述的籽晶托板設置于所述的籽晶儲存室內位于坩堝上方的位置或設置于所述的鑄錠室內的坩堝內。

該準單晶硅鑄錠設備中，所述的籽晶投放裝置包括籽晶夾持件和連接所述的籽晶夾持件的夾持件升降桿，所述的夾持件升降桿用以將所述的籽晶夾持件設置于所述的籽晶儲存室內坩堝一側上方的位置或設置于所述的鑄錠室內的坩堝內的靠近坩堝一側側壁的位置。

該準單晶硅鑄錠設備中，所述的該準單晶硅鑄錠設備還包括保溫籠，所述的保溫籠設置與所述的鑄錠室內，所述的坩堝和加熱裝置設置于所述的保溫籠內。

該準單晶硅鑄錠設備中，所述的保溫籠為可移動保溫籠，所述的可移動保溫籠及加熱裝置可在所述的鑄錠室內于所述的籽晶夾持件設置于坩堝內的靠近坩堝一側側壁的位置及坩堝另一側側壁的位置間往復移動。

該準單晶硅鑄錠設備中，所述的加熱裝置包括圍繞坩堝的垂直面環形加熱裝置以及設置于所述的坩堝下方的輔助加熱裝置。

該準單晶硅鑄錠設備中，所述的加熱裝置為設置于所述的坩堝的上方和下方的加熱裝置，所述的籽晶儲存室設置于所述的鑄錠室的上部的側方。

該準單晶硅鑄錠設備中，所述的籽晶投放裝置包括籽晶托板、托板傳送臂和托板升降桿，所述的籽晶托板設置于所述的托板傳送臂上，所述的托板傳送臂用以將所述的籽晶托板設置于所述的籽晶儲存室內或設置于所述的鑄錠室內的坩堝的正上方，并使所述的籽晶托板位于連接所述的托板升降桿的位置，所述的托板升降桿用于連接所述的籽晶托板，并將所述的籽晶托板設置于所述的坩堝的正上方或坩堝內。

本發明還提供一種利用所述設備的準單晶硅鑄錠方法，該方法包括以下步驟：

(1)將硅原料放置于所述的坩堝內；

(2)將籽晶放置于所述的籽晶儲存室內籽晶投放裝置上；

(3)將殼體內抽真空；