[發(fā)明專利]單晶硅生長用石英坩堝內(nèi)筒體及其碳纖維燒結(jié)筒以及它們的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710471253.0
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN109097823B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁佳斌
• 申請（專利權(quán)）人: 常州博科浩納知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)有限公司
• 主分類號: C30B15/10
• 分類號: C30B15/10;C30B29/06
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32214
• 代理人: 翁堅(jiān)剛

本發(fā)明涉及一種單晶硅生長用石英坩堝內(nèi)筒體及其碳纖維燒結(jié)筒以及它們的制備方法。所述的石英坩堝內(nèi)筒體由碳纖維燒結(jié)筒和圍繞碳纖維燒結(jié)筒設(shè)置的石英燒結(jié)材料構(gòu)成。該石英燒結(jié)材料為覆蓋在碳纖維燒結(jié)筒上的石英粉經(jīng)燒結(jié)而成的一體件。所述碳纖維燒結(jié)筒是由碳纖維編織成的織物繞成的圓筒狀物體經(jīng)過高溫在充滿氮?dú)獾臓顟B(tài)或真空狀態(tài)下燒結(jié)而成的上下貫通的筒狀燒結(jié)物，并且碳纖維燒結(jié)筒的側(cè)壁上設(shè)有至少2個(gè)液流孔和多個(gè)呈分散狀分布的石英孔。坩堝內(nèi)筒體的側(cè)壁上設(shè)置數(shù)量與液流孔數(shù)量相同的物料通過孔。本發(fā)明與相應(yīng)的坩堝外堝體配合使用后，可分離雜質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)投料、化料、晶體生長及分離雜質(zhì)同步進(jìn)行且高溫持續(xù)工作時(shí)間長。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及單晶硅制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單晶硅生長用石英坩堝內(nèi)筒體及其碳纖維燒結(jié)筒以及它們的制備方法。

背景技術(shù)

單晶硅主要用于光伏發(fā)電，光伏發(fā)電是目前可再生能源中是清潔的能源，利用太陽光照射把光能轉(zhuǎn)變成電能，是目前全世界公認(rèn)和大力發(fā)展的清潔能源，行業(yè)發(fā)展前景很好，但是由于單晶硅生長時(shí)要求液面平穩(wěn)和溫度平穩(wěn)，因此對工藝條件要求苛刻且能耗大、成本很高，在一定程度上阻礙了光伏發(fā)電的大力推廣和普及化，因此在滿足單晶硅生長條件的同時(shí)，降低能耗和生產(chǎn)成本是當(dāng)前急需解決的問題。單晶硅生長用石英坩堝是光伏產(chǎn)業(yè)中生產(chǎn)單晶硅的關(guān)鍵器件，是一種使多晶硅原材料熔化形成硅熔體的容器，需長時(shí)間保持在1420℃~1500℃的高溫，而通常石英制品的缺陷就是在溫度達(dá)到1300℃以上時(shí)，石英就會(huì)軟化，強(qiáng)度逐漸減小，無法單獨(dú)承擔(dān)容器的作用，因此，要求石英坩堝高溫時(shí)物理變形小，是降低能耗和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵問題。

目前，國內(nèi)外減少石英坩堝高溫物理變形的方法主要有兩種，第一種方法是在傳統(tǒng)單層坩堝的基礎(chǔ)上選用一種在熔融硅處理溫度下不會(huì)發(fā)生相轉(zhuǎn)變的碳化硅或氮化硅等材料制作坩堝基體，使坩堝基體不具有塑性相，進(jìn)而保證坩堝可以使用特定次數(shù)且其物理完整性無任何顯著劣化。第二種是采用雙層石英坩堝，即在原單層坩堝中設(shè)置一個(gè)內(nèi)層坩堝，內(nèi)外層坩堝的材料均為碳化硅、氮化硅或氧化鋯，內(nèi)層坩堝底部設(shè)有通孔，且與原單層干堝共用同一坩堝底，內(nèi)層坩堝與原單層坩堝之間的夾層為加料、化料區(qū)域，內(nèi)層坩堝內(nèi)表面限定區(qū)域?yàn)榫w生長區(qū)域，兩個(gè)區(qū)域由內(nèi)層坩堝隔開，且內(nèi)層坩堝底部設(shè)有通孔可以保證熔化后的硅液體從底部流入晶體生長區(qū)域時(shí)液面的平穩(wěn)，可以實(shí)現(xiàn)投料、化料、拉晶可以同時(shí)進(jìn)行，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)拉晶，縮短石英坩堝在高溫下的工作時(shí)間，進(jìn)而減少坩堝的物理變形。

中國專利文獻(xiàn)CN101370968A（申請?zhí)?00780003063.0）公開了一種處理熔融硅的坩堝，該文獻(xiàn)屬于上述第一種的單層坩堝，該坩堝包含重量含量為65%以上的碳化硅，重量含量為12%~30%的氧化硅或氮化硅，其中氧化硅或氮化硅涂覆在碳化硅層的內(nèi)表面，用于限定坩堝內(nèi)部容積。該種單層坩堝可以重復(fù)使用多次，且物理變形小，但是所需碳化硅或氮化硅原料價(jià)格昂貴，坩堝制作成本高。此外，使用單層坩堝生長單晶硅時(shí)，需在進(jìn)行晶體生長前先把多晶硅原料裝至最大的極限值，然后將溫度升至1500℃左右進(jìn)行化料，料完全熔化后，降溫并穩(wěn)定溫度在1420℃左右，然后進(jìn)行晶體生長，即用單層坩堝生長單晶硅時(shí)投料/化料/晶體生長三道工序均必須分開進(jìn)行，否則會(huì)相互干擾，影響液面和溫度的平穩(wěn)性，導(dǎo)致晶體無法正常生長，得不到合格的單晶體。因此，使用單層坩堝進(jìn)行晶體生長時(shí)，只能是拉完一爐后再停爐，并更換新的單層坩堝重新進(jìn)行投料/化料/晶體生長的過程。晶體生長時(shí)需將爐內(nèi)1500℃左右的高溫降低并穩(wěn)定在1420℃左右，停爐時(shí)需要把爐內(nèi)1420℃左右的高溫降到100℃以下，整個(gè)過程損失大量的能耗，并且也浪費(fèi)了大量的時(shí)間，嚴(yán)重影響了單晶爐的產(chǎn)能。

中國專利文獻(xiàn)CN202246997U（申請?zhí)?01120350790.8）公開了一種雙層坩堝，該文獻(xiàn)屬于上述第二種的雙層坩堝，雖然實(shí)現(xiàn)了投料、化料、拉晶同時(shí)進(jìn)行和可連續(xù)拉晶，避免晶體生長時(shí)的爐內(nèi)降溫，但坩堝所用材料成本較高。