[發明專利]一種帶有導流裝置的多晶硅鑄錠爐

有效

• 申請號: 201710856082.3
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN107385510B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 陳鴿;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 新疆東方希望新能源有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 王昊

本發明公開了一種帶有導流裝置的多晶硅鑄錠爐，包括隔熱籠、輸氣管和導流裝置；導流裝置設置多條導流氣道，用于將輸入載氣分成多條出射載氣流，載氣流分散傾斜地吹射液態硅表面的不同區域，有效地增加了載氣和液態硅表面的接觸面積，載氣流從單位面積上帶走的熱量更少，該區域液態硅的溫度降幅減少，過冷度減小，降低了載氣所導致的雜質形核及雜質形成。出射載氣流對液態硅產生載氣應力，其驅動液態硅流動，并形成作周向流動的旋轉流場；旋轉流場有利于液態硅中質雜的輸運和均勻分布。爐頂的觀察窗經導流裝置具有通向鑄錠爐內的視場，通過觀察窗可察看爐內的狀態、將測晶棒插到爐內，紅外探測儀可探測爐內硅料的狀態，自動長晶工藝順利地進行。

本申請為申請號為201610082954.0、申請日為2016-02-03、名稱為一種帶有導流裝置的多晶硅鑄錠爐的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種多晶硅鑄錠爐，尤其涉及一種帶有用于改變載氣流向的導流裝置的多晶硅鑄錠爐，屬于晶體生長設備領域。

背景技術

多晶硅鑄錠爐主要由紅外探測儀90、爐體11、導流裝置12、隔熱籠14、加熱器15、換熱平臺16和石墨立柱17構成，如圖1所示，爐體11上的頂端蓋113的中部設有觀察窗114。加熱器15包括四側的側加熱器151和頂加熱器152。導流裝置12包括石墨管123、配接螺母121和導流管122。導流管122的上端部穿過隔熱籠14的頂隔熱板142中部的通孔，和頂隔熱板142上方的配接螺母121固定，導流管122的下端出口正對著坩堝18內的硅料19；石墨管123裝配在配接螺母121和觀察窗114之間。紅外探測儀90設置在觀察窗114的正上方，紅外探測儀90的探頭正對著鑄錠爐內的硅料。導流裝置12主要用于向爐內輸送載氣，觀察爐內的狀況，插入測晶棒測量晶體的生長速度，以及紅外探測儀探測爐內硅料的狀態。導流裝置12是從觀察窗114察看爐內狀況的唯一的觀察途徑。紅外探測儀90用于探測硅料的狀態是固態還是液態，在自動長晶工藝過程中，多晶硅鑄錠爐根據紅外探測儀90的信號的變化做出化料完成、中部長晶完成等報警處理，以警報操作人員及時通過觀察窗114確認爐內硅料的狀態及長晶狀況，并做出操作處理，進入下一步工序過程。

多晶硅鑄錠爐采用四側壁、頂面五面加熱的加熱方式，如圖1所示，則坩堝內液態硅的四側的溫度高于中部的溫度，將形成四側的液態硅上浮、中部的液態硅下沉的自然對流流場。四側溫度較高的液態硅中熔解的某些雜質(如碳、氮)的熔解度若達到或接近飽和，當其流到中部時，由于溫度降低，雜質熔解度過飽和，將導致雜質如碳、氮等形核析出；雜質核隨著液流下沉溫度下降并逐步生長形成雜質夾雜物。如圖1所示，載氣經導流裝置12下端的出口集中垂直地吹向液態硅的中心區域，該區域單位面積上接觸的載氣量大，載氣從該區域液態硅中帶走的熱量多，將造成該中心區域液態硅溫度進一步下降，過冷度增強，從而促進液態硅中的雜質如碳、氮等雜質過飽和形核析出，并促進雜質核快速生長形成宏觀雜質，如碳化硅雜質、氮化硅雜質。碳化硅雜質具有電活性，會影響太陽能電池的轉化效率。現有多晶硅鑄錠爐的液態硅中只有自然對流流場，沒有作周向流動的旋轉流場，不利雜質揮發，還易造成雜質局域富集，使晶體的徑向電阻率分布差異較大。申請號201310564191.X及201310564069.2的中國專利申請中均公開了一種改變載氣流向的導流裝置，目的是使坩堝中液態硅旋轉加強雜質的揮發。但存在諸多問題：載氣集中吹射液態硅表面的某一區域，沒有周向分布的驅動力，難以形成旋轉流場，且易造成該區域溫度下降液態硅過冷，促進液態硅中雜質形核生長；導流裝置中通向鑄錠爐內的視場均被完全遮擋，通過觀察窗無法察看鑄錠爐內的狀態，不方便司爐操作；測晶棒無法穿過導流裝置插到鑄錠爐內，晶體生長速度不能測量；以及紅外探測儀無法探測爐內硅料的狀態，自動長晶工藝不能正常進行。因此，亟需開發一種可增加載氣和液態硅接觸面積的并驅動液態硅中產生旋轉流場的帶有導流裝置的多晶硅鑄錠爐，該導流裝置使載氣分散傾斜地吹射液態硅表面的不同區域，增加載氣流和液態硅表面的接觸面積，并驅動液態硅中產生旋轉流場，同時導流裝置不影響觀察窗中通向鑄錠爐內的視場。

發明內容