[發明專利]一種底部氣冷的多晶硅半熔鑄錠裝置及工藝

在審

• 申請號: 201410342848.2
• 申請日: 2014-07-17
• 公開（公告）號: CN104131345A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 姜大川;李佳艷;譚毅;李鵬廷;任世強
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李馨

技術領域

本發明涉及一種底部氣冷的多晶硅半熔鑄錠裝置及工藝，屬于多晶硅制備領域。

背景技術

目前，鑄錠生產過程中，相比于全熔工藝而言，熔化過程中通過預留部分不熔的籽晶或碎單晶來實現半熔工藝，可以更容易得到光電轉換效率高的鑄錠，此工藝對坩堝底部溫度控制要求比較嚴格。然而，現有的半熔工藝是靠部分打開隔熱籠來散熱實現的，這不僅要求鑄錠爐有更好的保溫性能，還會延長熔化時間，導致生產周期加長。對鑄錠爐保溫性能的高要求提高了鑄錠爐成本，同時控溫過程也增加了人力成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種底部氣冷的多晶硅半熔鑄錠裝置。

一種底部氣冷的多晶硅半熔鑄錠裝置，所述裝置包括爐體，爐體內部設有定向凝固塊和置于定向凝固塊之上的坩堝；所述定向凝固塊下方中央處設有通氣的底部管道，底部管道的管口離定向凝固塊的距離為2～5cm。

本發明所述裝置優選為：

一種底部氣冷的多晶硅半熔鑄錠裝置，所述裝置包括爐體，爐體內部設有定向凝固塊和置于定向凝固塊之上的坩堝；所述定向凝固塊下方中央處設有通氣的底部管道，底部管道的管口離定向凝固塊的距離為2～5cm；所述爐體內部設有隔熱籠；用于通氣的頂部管道穿過爐體的頂部和隔熱籠頂部，其底端位于上發熱體的上方；上發熱體下方設有坩堝；坩堝的外側設有側發熱體；定向凝固塊底部設有用于支撐定向凝固塊的支架。

本發明所述裝置還包括用于檢測爐體內溫度、坩堝頂部溫度、坩堝底部溫度的溫度測量裝置，所述溫度測量裝置的設置為本領域的現有技術，本領域熟練技術人員可進行設置。

本發明所述裝置還包括用于檢測爐體內壓強的的壓力測量裝置，所述壓力測量裝置的設置為本領域的現有技術，本領域熟練技術人員可進行設置。

本發明所述坩堝內溫度指測量所得的坩堝頂部溫度；坩堝底部溫度指測量所得的坩堝底部溫度。

本發明所述裝置優選所述底部管道的管口的直徑為30～50mm。

本發明所述裝置優選所述底部管道和頂部管道均設有顯示及控制通氣量的裝置。

本發明的另一目的是提供一種利用上述裝置制備多晶硅鑄錠工藝。

一種制備多晶硅鑄錠工藝，包括下述工藝步驟：

①預熱：將裝好硅料后的坩堝裝入鑄錠裝置內，抽真空至0.8～1Pa，保持真空并使坩堝內的溫度在3～5h內達到1175℃；

②熔化：開啟頂部管道通入氬氣，氬氣流量為20～30L/min，爐內壓強保持在40～60kPa，在2h～3h內達到1550～1560℃，然后在1550～1560℃保溫，直至僅剩下底部1～3cm高的硅料未熔化；在此過程中，底部管道與頂部管道同時通入氬氣，頂部管道氬氣流量為20～30L/min、底部管道氬氣流量在10L/min～50L/min間進行調節，保證坩堝底部溫度始終在1380℃～1390℃之間；

③長晶：溫度從1550～1560℃經0.5～1h降低到1425～1430℃開始長晶，在長晶的過程中溫度在22～24h內由1425～1430℃降低到1410～1415℃，完成長晶過程；整個長晶過程氣體壓強保持在50～70kPa，頂部管道和底部管道氬氣流量都限定在10～20L/min；

④退火：退火過程中，關閉底部管道，使晶錠在1330～1380℃的退火溫度保持2～3h，壓強保持在50～70kPa，頂部管道氬氣流量為8～12L/min；

⑤冷卻：爐內壓強保持在90～100kPa，頂部管道和底部管道氬氣流量都限定在25～30L/min，自然冷卻至爐內溫度為400℃。

本發明的有益效果為：本發明所述的裝置節省了爐體熱場成本、人力成本及熔化階段的能原消耗，降低生產成本5％，能夠節省半熔工藝的熔化、長晶及冷卻時間約4h，節省時間成本5％。

附圖說明

圖1為一種底部氣冷的多晶硅半熔鑄錠裝置的示意圖，

附圖標記如下：1、頂部管道，2、爐體，3、上發熱體，4、側發熱體，5、隔熱籠，6、坩堝，7、定向凝固塊，8支架，9、底部管道。

具體實施方式

下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。

下述實施例中所述試驗方法，如無特殊說明，均為常規方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得。

下述實施例所用底部氣冷的多晶硅半熔鑄錠裝置為：