[發明專利]一種用于鑄造單晶的坩堝石墨平臺結構

在審

• 申請號: 202010012682.3
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN110965119A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 史珺;宗衛峰
• 申請（專利權）人: 浙江普智能源裝備有限公司
• 主分類號: C30B15/14
• 分類號: C30B15/14;C30B15/10;C30B29/06
• 代理公司: 杭州伍博專利代理事務所(普通合伙) 33309
• 代理人: 張偉

本發明公開了一種用于鑄造單晶的坩堝石墨平臺結構。該石墨平臺包括一個底面、一個頂面和四個側面，底面和頂面的形狀均為大小一致的正方形，側面的形狀均為長方形，頂面的邊長與側面的長邊一致，側面的長邊大于側面的寬邊，底面上設有一個凹陷結構，凹陷結構的開口部邊緣形狀為正方形且該正方形的中心與底面的中心重合，凹陷結構的形狀為曲面，曲面由兩個正交的圓柱面構成。本發明的有益效果是：有效抑制該石墨平臺的中心和外圍溫度不均衡，保證在熔料時底部的籽晶不會發生頂部不熔化或底部熔穿的情形，保證晶體生長時坩堝內硅液的等溫面為水平面，保證在鑄造單晶時都能夠長成與籽晶大小形狀相同的方柱形單晶。

技術領域

本發明涉及坩堝相關技術領域，尤其是指一種用于鑄造單晶的坩堝石墨平臺結構。

背景技術

在光伏發電制造鏈中，需要將多晶硅變為單晶硅。傳統的單晶硅是采用CZ法進行拉制而成的，而采取類似于多晶硅鑄錠的定向凝固方式進行單晶生長的工藝，也稱鑄造單晶或者鑄錠單晶，因為鑄造單晶成本比CZ法拉制單晶的工藝成本可以大大降低，因而引起了眾多研究機構和廠家的興趣。鑄錠單晶是在方形的石英陶瓷坩堝底部先鋪滿單晶籽晶，然后將多晶硅料放在籽晶上面，放入鑄造單晶爐爐內將多晶硅料和籽晶上部熔化，同時保證籽晶的底部一直是固態晶體，然后開始從籽晶開始自下而上進行單晶的生長，直到整個全部硅液都長成單晶。

鑄錠單晶生長工藝中的一個關鍵要點，就是保持硅液在坩堝內的固液界面始終是水平結構，只有這樣才能保證坩堝底部的籽晶能夠保持上部熔化而底部不熔化，也只有這樣才能保證單晶生長時的方向是垂直向上，而避免各籽晶上的單晶在生長過程中與相鄰的籽晶生長的單晶進行競爭，造成整個硅錠形成枝狀晶而導致單晶率下降。而要做到這一點，就需要坩堝內的硅液在單晶生長過程中，硅液的等溫面必須一直保持水平。由于裝有硅液的石英坩堝是放置在一個石墨平臺上的，因此，最基本的要求就是石墨平臺的頂面溫度必須保持等溫。

由于坩堝是放置在碳氈制成的隔熱屏和加熱體中，在硅液熔化時，加熱體加熱，加熱體的溫度高于坩堝內部，而在晶體生長階段，由于硅液溫度一直高于外部，造成石墨平臺和坩堝的四周溫度偏低，而坩堝中部溫度偏高。也就是說，坩堝四周和坩堝中心的溫度必然存在梯度以及梯度的變化，因此，要保持固液界面水平，或者說要保持硅液內或石墨平臺的等溫面是水平的，在正常情況下是無法實現的。這就是目前鑄造單晶的四周仍有部分多晶存在、成品率較低的原因。

發明內容

本發明是為了克服現有技術中存在上述的不足，提供了一種能夠抑制坩堝石墨平臺中心和四周溫度不均衡的用于鑄造單晶的坩堝石墨平臺結構。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種用于鑄造單晶的坩堝石墨平臺結構，該石墨平臺包括一個底面、一個頂面和四個側面，所述底面和頂面的形狀均為大小一致的正方形，所述側面的形狀均為長方形，所述頂面的邊長與側面的長邊一致，所述側面的長邊大于側面的寬邊，所述的底面上設有一個凹陷結構，所述凹陷結構的開口部邊緣形狀為正方形且該正方形的中心與底面的中心重合，所述凹陷結構的形狀為曲面，所述的曲面由兩個正交的圓柱面構成。

鑄造單晶時，盛放硅料的石英坩堝放置在該石墨平臺的頂面上。加熱體和隔熱屏在坩堝及該石墨平臺的上、下或四周，能夠抑制坩堝石墨平臺中心和四周溫度不均衡的情況。該凹陷結構的曲面形狀設計使得該石墨平臺和其上面的坩堝的向下散熱速率在整個石墨平臺的頂面內是均衡的，從而使坩堝底部的溫度保持一個水平的等溫面，這保證了在熔料時底部的籽晶內的等溫面為水平，從而保證坩堝底部所有的籽晶的底部溫度相同，防止了因溫度不均勻造成有的籽晶頂部尚未熔化，另一些籽晶已經全部熔化的情形。在籽晶頂部熔化后，單晶開始向上生長時，該石墨平臺結構也能夠使硅液的等溫面保持水平，從保持固液界面始終保持水平并隨著單晶生長不斷向上移動，從而保證鑄造單晶時每塊籽晶上生長的單晶都形成垂直的方柱形單晶。