[發(fā)明專(zhuān)利]一種晶體硅定向凝固生長(zhǎng)設(shè)備和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410666111.6
• 申請(qǐng)日: 2014-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104372407A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李劍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 李劍
• 主分類(lèi)號(hào): C30B29/06
• 分類(lèi)號(hào): C30B29/06;C30B11/00
• 代理公司: 北京紐樂(lè)康知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11210
• 代理人: 蘇泳生

1.一種晶體硅定向凝固生長(zhǎng)設(shè)備，包括融化爐室（1），其特征在于，所述融化爐室（1）上端設(shè)有進(jìn)料口（18），所述進(jìn)料口（18）處設(shè)有相匹配的進(jìn)料閥門(mén)（5），所述進(jìn)料閥門(mén)（5）的下端且位于所述融化爐室（1）內(nèi)設(shè)有熔料坩堝（6），所述熔料坩堝（6）四周設(shè)有加熱器一（3），并且位于所述熔料坩堝（6）的中部下端設(shè)有硅液流動(dòng)口（9），所述硅液流動(dòng)口（9）區(qū)域設(shè)有相匹配的硅液流量控制閥（8）或硅液流量控制桿（7），并且所述硅液流動(dòng)口（9）下端設(shè)有硅液噴灑器（12），所述硅液噴灑器（12）下方設(shè)有相匹配的硅錠定向凝固系統(tǒng)；所述硅錠定向凝固系統(tǒng)包括設(shè)置于所述硅液流動(dòng)口（9）與硅液噴灑器（12）之間的加熱器二（11），并且所述硅液噴灑器（12）下端設(shè)有硅錠支撐托盤(pán)（16），所述硅錠支撐托盤(pán)（16）四周有環(huán)繞有電磁感應(yīng)器（15），并且所述電磁感應(yīng)器（15）的電磁力將設(shè)置在所述硅錠支撐托盤(pán)（16）內(nèi)的硅料約束在電磁力的有效范圍內(nèi)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅定向凝固生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述融化爐室（1）內(nèi)側(cè)設(shè)有相匹配的保溫氈一（2）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體硅定向凝固生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述熔料坩堝（6）四周設(shè)有相匹配的石墨護(hù)板（4）。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體硅定向凝固生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述硅液流動(dòng)口（9）的下端且位于保溫氈一（2）的內(nèi)側(cè)設(shè)有相匹配的陶瓷護(hù)板（10）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅定向凝固生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述硅錠支撐托盤(pán)（16）內(nèi)設(shè)有液態(tài)硅（13），并且所述硅錠支撐托盤(pán)（16）外設(shè)有相匹配的保溫氈二（17），所述電磁感應(yīng)器（15）設(shè)置于所述保溫氈二（17）的上端和液態(tài)硅（13）四周。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶體硅定向凝固生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述硅錠支撐托盤(pán)（16）上端設(shè)有高度護(hù)板（19），并且所述高度護(hù)板（19）由陶瓷材料制成。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶體硅定向凝固生長(zhǎng)設(shè)備，其特征在于，所述電磁感應(yīng)器（15）為類(lèi)圓形或類(lèi)方形結(jié)構(gòu)，并且所述電磁感應(yīng)器的邊長(zhǎng)尺寸為10-60cm，工作頻率在1-10MKHz范圍內(nèi)，工作電流在500-30000A以?xún)?nèi)，工作電壓在1-1000V以?xún)?nèi)。

8.一種如權(quán)利要求1所述晶體硅定向凝固生長(zhǎng)設(shè)備的晶體硅定向凝固生長(zhǎng)方法，其特征在于，包括：

將硅料通過(guò)進(jìn)料口（18）進(jìn)入到所述融化爐室（1）內(nèi)部，在熔料坩堝（6）中融化，并且定時(shí)向所述熔料坩堝（6）內(nèi)補(bǔ)充適量的固態(tài)硅料；

經(jīng)過(guò)融化后的硅液通過(guò)硅液流動(dòng)口（9）和硅液噴灑器（12）以一定速率并以360度角度流入到下方的硅錠定向凝固系統(tǒng)進(jìn)行凝固、長(zhǎng)晶過(guò)程；

其中，在凝固和長(zhǎng)晶過(guò)程中，由于所述硅錠支撐托盤(pán)（16）四周有環(huán)繞有電磁感應(yīng)器（15），所述電磁感應(yīng)器（15）的電磁力將設(shè)置在所述硅錠支撐托盤(pán)（16）內(nèi)的硅料約束在電磁力的有效范圍內(nèi)；熔硅在凝固過(guò)程中自下而上定向凝固，同時(shí)，所述硅錠支撐托盤(pán)（6）以一定的速率下拉，以確保晶硅生長(zhǎng)時(shí)固液界面維持在穩(wěn)定的高度；

當(dāng)晶體生長(zhǎng)的重量達(dá)到設(shè)定重量后，停止加入硅料，繼續(xù)底部硅錠的生長(zhǎng)，直至結(jié)束；

最后，緩慢冷卻硅錠，并取出。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶體硅定向凝固生長(zhǎng)方法，其特征在于，在硅液流動(dòng)過(guò)程中，通硅液流量控制桿（7）或硅液流量控制閥（8）控制液態(tài)硅的流量，保持硅液自由液面高度穩(wěn)定。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶體硅定向凝固生長(zhǎng)方法，其特征在于，在融化硅料過(guò)程中，所述加熱器二（11）維持系統(tǒng)所預(yù)設(shè)的特定溫度，以確保定向凝固所需的溫度梯度。