[發明專利]一種單晶硅坩堝

在審

• 申請號: 201810360150.1
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108396373A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 周儉
• 申請（專利權）人: 周儉
• 主分類號: C30B15/10
• 分類號: C30B15/10;C30B29/06
• 代理公司: 北京元中知識產權代理有限責任公司 11223
• 代理人: 王明霞

本發明公開了一種單晶硅坩堝，包括坩堝部本體，配置為盛放石英坩堝；所述坩堝部包括第一坩堝單元，配置為坩堝部的底部,包括至少兩部分的瓣體圍成，第一坩堝單元的中心設置有通孔；第二坩堝單元，與第一坩堝單元連接，形成坩堝部的側壁；孔單元，設置于第二坩堝單元，連通坩堝部的內外空間；孔單元在第二坩堝單元圓周方向上所占的比例，自坩堝部底部一側向另一側逐漸增大。本發明將坩堝本體設置為兩段式結構，并在底部中心設置有通孔，避免了當坩堝受熱時，內部石英坩堝膨脹帶來的應力集中，同時底部由瓣體結構圍成，拆卸便捷；坩堝側壁減少了側壁厚度，增大了坩堝的容積，有效控制單晶硅氧含量以及單晶硅產量等優點。

技術領域

本發明屬于半導體及太陽能晶體生長設備技術領域，具體地說，涉及一種單晶硅坩堝。

背景技術

單晶硅為一種半導體材料，一股用于制造集成電路和其它電子元件，進入21世紀后，為應對日益嚴重的環境問題，對清潔能源的需求促進了光伏市場的發展，晶體硅太陽能電池是光伏行業的主導產品，占市場份額的90％。在中國市場的拉動下，我國太陽能光伏發電產業發展迅速，我國太陽能電池年產量由原來占世界份額的1％發展到世界份額的70％以上。與其它晶體硅太陽能電池相比，單晶硅太陽能電池的轉化率較高，但其生產成本也高。隨著世界各國對太陽能光伏產業的進一步重視，特別是中國等用電大國制定了一系列的扶持政策，鼓勵開發利用太陽能，另外，隨著硅太陽能電池應用面的不斷擴大，太陽能電池的需求量越來越大，硅單晶材料的需求量也就同比擴大。

單晶硅生長技術有兩種：區熔法和直拉法，其中直拉法是目前普遍采用的方法。在直拉法生長單晶硅的方法中，主要運用的是熔體的冷凝結晶驅動原理，在固液界面處，藉由熔體溫度下降，將產生由液體轉換成固態的相變化。為了生長質量合格(硅單晶電阻率、氧含量及氧濃度分布、碳含量、金屬雜質含量、缺陷等)的單晶硅棒，在采用直拉法生長時，必須考慮以下問題。首先是根據技術要求，選擇使用合適的單晶生長設備，其次是要掌握一整套單晶硅的制備工藝、技術，包括：單晶硅系統內的熱場設計，確保晶體生長有合理穩定的溫度梯度；單晶硅生長系統內的氬氣氣體系統設計；單晶硅挾持技術系統的設計；為了提高生產效率的連續加料系統的設計；單晶硅制備工藝的過程控制。

熱的傳輸靠三種主要模式，亦即輻射、對流及熱傳導。由于晶體的生長是在高溫下進行，所以這三種模式都存在于系統中。在直拉法里，熔體是藉由石墨加熱器的輻射熱而被加熱，而熔體內部的熱傳導則是主要靠著對流，晶棒內部的熱傳輸主要靠著傳導。另外，從液面及晶棒表面散失到外圍的熱則是藉由輻射作用。系統內的溫度分布對晶體生長的速度(即產量，進而成本)有很大的影響，其對單晶質量也有很大的影響，包括單晶內部缺陷的大小、密度與分布，氧的含量及氧的析出物生成等。

申請號為CN201510369177.3的中國專利公開了一種單晶爐用炭素材料組合坩堝，包括由炭-炭復合材料或石墨材料制成的組合坩堝堝體，所述組合坩堝堝體包括堝筒、堝碗、堝托，所述堝筒為圓筒狀，所述堝碗底部設有圓孔，堝碗由至少2瓣堝碗構件組成；所述堝托中間設有與堝碗底部圓孔相適配的凸臺，凸臺上設有與石英坩堝相適配的凹圓弧，堝碗裝配在堝托上，堝筒裝配在堝碗上沿，堝筒的底端與堝碗上部搭接。

雖然上述現有技術提供了一種使用炭素材料組合的坩堝，但由于炭素材料由純碳元素組成的炭纖維增強炭基體復合材料，其成型由炭纖維網胎和炭布經疊層復合成預制件，其徑向導熱性能較差，存在著能源消耗過大、且得到的單晶硅氧含量高，進而影響其電性能的問題。

因此，有必要對現有技術的不足和缺陷進行改進，提供一種單晶硅坩堝，坩堝本體設置為兩段式結構，并在底部中心設置有通孔，避免了當坩堝受熱時，內部石英坩堝膨脹帶來的應力集中，同時底部由瓣體結構圍成，拆卸便捷；由于采用碳-碳復合材料的坩堝側壁可以減少了側壁厚度，相對增大了坩堝的容積，提高單晶硅的產量；側壁孔單元的設置，提高了加熱器發熱體對石英坩堝及硅熔體的熱量傳遞，在使用時節省能源，通過在側壁上設置不同尺寸、不同形狀或者分布密度不同的孔單元，可以有效控制硅熔體內部溫度梯度的分布，控制硅熔體的對流，從而降低單晶硅的氧含量等優點。