[發明專利]一種多晶硅還原爐用硅芯的制作工藝

在審

• 申請號: 201910215680.1
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN111717919A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 鐘崢;譚忠芳
• 申請（專利權）人: 新疆大全新能源股份有限公司
• 主分類號: C01B33/035
• 分類號: C01B33/035;C30B29/06;C30B15/00
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 王偉鋒;張小勇

本發明為一種多晶硅還原爐用硅芯的制作工藝。一種多晶硅還原爐用硅芯的制作工藝，包括：(1)裝料：將原料放入置于單晶爐內的石英坩堝內；(2)加熱：在低真空下，加熱原料至熔融；(3)熔接：液面平穩后，將硅芯籽晶下降，侵入液面進行熔接；(4)拉晶：降低液面溫度，緩慢提拉硅芯籽晶，使硅液隨著硅芯籽晶提升逐步凝固，形成硅芯；(5)長晶；(6)收尾：當硅芯生長至所需長度后，快速提升硅芯籽晶，使硅芯與液面連接處斷開，獲取硅芯。(7)停爐。本發明所述的一種多晶硅還原爐用硅芯的制作工藝，可提高硅芯生產效率，其拉制原料可采用市面上普通的多晶硅塊，同時不需要金剛線切割，人員需求、生產成本、環保成本遠遠低于現有技術。

技術領域

本發明屬于多晶硅領域，具體涉及一種多晶硅還原爐用硅芯的制作工藝。

背景技術

現階段電子級、太陽能級多晶硅料生產仍然以西門子法為主流生產方法，因此硅芯是多晶硅生產環節必不可少的主要輔材，其產量、規格尺寸、質量對多晶硅生產過程和產品質量有較大的影響，隨著多晶硅料市場需求增加和產品質量的提升，現有的硅芯爐拉制工藝和單晶棒切割方硅芯制作工藝在產量、成本上基本達到一個瓶頸，急需一種新工藝來進一步改善硅芯生產。

硅芯制作是伴隨西門子法多晶硅生產工藝誕生的，初始階段硅芯爐采用Φ40mm的硅棒進行硅芯拉制，一次只能拉制1根硅芯，硅芯生產效率極低，隨著行業發展，逐步開發出可同時拉制5根硅芯的硅芯爐，硅芯原料棒直徑也增大至Φ90-110mm；但隨著硅芯原料直徑需求增大，其還原爐生產外表面粗糙度、致密性越來越難保障，滿足拉制5根硅芯原料棒已到極限，極難進一步擴大原料硅棒直徑滿足可同時拉制更多硅芯需求。

此時CZ單晶拉制技術提升可拉制Φ180-200的硅棒，單晶爐+金剛線切割的方硅芯成本得到一定程度的降低，但總成本仍高于硅芯拉制成本，但已可作為硅芯提供的重要輔助來源，但其切割過程產生的有機廢水所引入的環保成本，及切割過程硅料損耗大幅制約該工藝的發展。

目前比較普及的硅芯拉制工藝主要有兩種：(1)硅芯爐拉制圓柱狀硅芯生產工藝：采用還原專門生產的Φ90-110mm的致密性多晶硅棒，在硅芯爐中，采用區熔發進行拉制，一次可以同時拉制5根硅芯，每天最多可拉制Φ8-15*2800mm硅芯25根。但是，該工藝采用還原專門生產的Φ90-110mm的致密性多晶硅棒，在硅芯爐中，采用區熔發進行拉制，一次可以同時拉制5根硅芯，每天最多可拉制Φ8-15*2800mm硅芯25根。(2)單晶爐拉制硅棒線切割方形條狀硅芯：將多晶硅塊裝在一次性石英坩堝中，在單晶爐中全部融化后，提拉成Φ180-200*3000mm的硅棒，再采用金剛線切割機床切割成(12-15)*(12-15)*2800mm硅芯。但是，該工藝硅棒拉制后需采用專門金剛線切割機床進行切割，切割效率低，硅料切割過程中損耗大，切割冷卻水中需添加有機潤滑劑，環保處理成本高。

有鑒于此，本發明提出一種新的多晶硅還原爐用硅芯的制作工藝，可極大提高硅芯生產效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多晶硅還原爐用硅芯的制作工藝，該制作工藝可極大提高硅芯生產效率，成型率可達90％以上，一次拉制可成型100-150根硅芯，其拉制原料可直接采用市面上普通的太陽能級多晶硅塊，同時不需要后續金剛線切割，人員需求、生產成本、環保成本遠遠低于現有技術。

為了實現上述目的，所采用的技術方案為：

一種多晶硅還原爐用硅芯的制作工藝，包括以下步驟：

(1)裝料：將多晶硅原料放入置于單晶爐內的石英坩堝內；

(2)加熱：在低真空條件下，均勻加熱原料至完全熔融后，調節液位高度和液面溫度到指定工藝值；

(3)熔接：充入氬氣，將爐壓緩慢升高，形成正向氣體，帶出硅料中高溫揮發的雜質；待液面溫度和液面震蕩趨于平穩后，將硅芯籽晶緩慢下降，侵入液面1-2cm進行熔接；