[發明專利]硼-鎵共摻單晶制備設備及其制備方法

有效

• 申請號: 202011578046.3
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112760704B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 韓慶輝;張曉朋;趙聚來
• 申請（專利權）人: 晶澳太陽能有限公司;晶澳太陽能越南有限公司
• 主分類號: C30B15/04
• 分類號: C30B15/04;C30B29/06
• 代理公司: 北京市萬慧達律師事務所 11111
• 代理人: 盛安平

1.一種硼-鎵共摻單晶制備方法，包括以下步驟：

步驟S1：通過二次加料裝置向單晶爐加入第一原料，所述第一原料包括以下組分：第一硅料80000-120000重量份，摻硼合金80-120重量份，純鎵0.5-2重量份，熔化第一原料，熔化后的第一原料結晶得到第一單晶棒；

步驟S1包括以下步驟：

S11：將第一硅料和摻硼合金混合，將第一硅料和摻硼合金的混合原料分為A原料和B原料，A原料和B原料的重量比例為4:1-2:1；

S12：向二次加料裝置加入A原料、接著通過加料小管向二次加料裝置加入純鎵，然后向二次加料裝置加入B原料；

S13：通過提拉裝置將裝載有A原料、純鎵和B原料的混合原料的二次加料裝置吊入副室直至二次加料裝置的下開口抵達主室喉口時將混合原料投入石英坩堝；

或，

步驟S1包括以下步驟：

S111：將第一硅料和摻硼合金混合，將第一硅料和摻硼合金的混合原料分為A1原料和B1原料，將A1原料分為M份，第M份A1原料和B1原料的重量比例為4:1-2:1；

S112：通過二次加料裝置分次向石英坩堝加入第一至第M-1份A1原料熔化后，接著向二次加料裝置加入第M份A1原料，然后通過加料小管向二次加料裝置加入純鎵，最后向二次加料裝置加入B1原料；

S113：通過提拉裝置將將裝載有第M份A1原料，純鎵和B1原料的混合原料的二次加料裝置吊入副室直至二次加料裝置的下開口抵達主室喉口時將混合原料投入石英坩堝； M為正整數且M≥2；

從石英坩堝內取出第一單晶棒；

步驟S2：通過二次加料裝置向單晶爐加入第二原料，所述第二原料包括以下組分：第二硅料160000-200000重量份，摻硼合金160-200重量份，純鎵0.5-2重量份，熔化第二原料，熔化后的第二原料結晶得到第二單晶棒；

步驟S2包括以下步驟：

S21：將第二硅料和摻硼合金混合，將第一硅料和摻硼合金的混合原料分為C原料和D原料，C原料和D原料的重量比例為4:1-2:1；

S22：向二次加料裝置加入C原料、接著通過加料小管向二次加料裝置加入純鎵，然后向二次加料裝置加入D原料；

S23：通過提拉裝置將裝載有C原料、純鎵和D原料的混合原料的二次加料裝置吊入副室直至二次加料裝置的下開口抵達主室喉口時將混合原料投入石英坩堝；

或，

步驟S2包括以下步驟：

S211：將第二硅料和摻硼合金混合，將第一硅料和摻硼合金的混合原料分為C1原料和D1原料，將C1原料為N份，第N份C1原料和D1原料的重量比例為4:1-2:1；

S212：通過二次加料裝置分次向石英加入第一至第N-1份C1原料熔化后，接著向二次加料裝置加入第N份C1原料，然后通過加料小管向二次加料裝置加入純鎵，最后向二次加料裝置加入D1原料；

S213：通過提拉裝置將將裝載有第N份C1原料，純鎵和D1原料的混合原料的二次加料裝置吊入副室直至二次加料裝置的下開口抵達主室喉口時將混合原料投入石英坩堝；

N為正整數且N≥2；

所述第一硅料包括原生多晶硅和非原生多晶硅，所述原生多晶硅和非原生多晶硅的比例為1:4-1:2；所述第二硅料包括原生多晶硅和非原生多晶硅，所述原生多晶硅和非原生多晶硅的比例為1:2-3:4；

所述摻硼合金為硅硼合金，且硼的重量比例為0.008%-0.01%；

所述步驟S1中摻硼合金的添加量通過以下公式獲得：

；

所述步驟S2中摻硼合金的添加量通過以下公式獲得：

；

其中為步驟S1中摻硼合金的添加量，為步驟S1中摻硼合金的雜質濃度，為第一原料熔化后形成的熔體中的雜質濃度，為步驟S1中N型第一單晶棒電子遷移量，為步驟S1中P型第一單晶棒空穴遷移量，步驟S1中的摻硼合金在第一原料熔化后形成的熔體中的分凝系數用表示，為第一原料的重量，是所要求的電阻率對應的第一單晶棒的長度比例且；

其中為步驟S2中摻硼合金的添加量，為步驟S2中摻硼合金的雜質濃度，為第二原料熔化后形成的熔體中的雜質濃度，為步驟S2中N型第二單晶棒電子遷移量，為步驟S2中P型第二單晶棒空穴遷移量，步驟S2中的摻硼合金在第二原料熔化后形成的熔體中的分凝系數用表示，為第二原料的重量，是所要求的電阻率對應的第二單晶棒的長度比例且；

所述硼-鎵共摻單晶制備方法采用硼-鎵共摻單晶制備設備制備，所述硼-鎵共摻單晶制備設備包括：

單晶爐，所述單晶爐包括主室和副室，所述主室上部為主室喉口，所述主室通過主室喉口與主室上方的副室相連通，主室喉口處設有隔離閥；主室為一個中空的腔體，腔體底部設有石英坩堝，石英坩堝的上方為一個自上而下直徑漸漸縮小的導流裝置；主室的側壁設有進氣口和排氣口，所述排氣口外接至抽空裝置；

二次加料裝置，所述二次加料裝置包括加料筒、鉬桿和石英錐，所述加料筒為具有上開口和下開口的中空的腔體，所述鉬桿設于加料筒的內部，所述石英錐為向下逐漸增大的棱錐體，石英錐的頂部小于加料筒的內徑且位于加料筒的內部，石英錐的底部大于加料筒的內徑且位于加料筒的外部，石英錐設有自頂部到底部的貫穿孔，鉬桿的下端穿過石英錐的貫穿孔以帶動石英錐打開或者密封加料筒的下開口；

提拉裝置，提拉裝置設于副室的上方且通過重錘連接至二次加料裝置使得二次加料裝置在副室和主室的內部移動；

加料小管，所述加料小管用于向二次加料裝置加料且獨立于所述單晶爐、二次加料裝置和提拉裝置，所述加料小管的直徑小于加料筒的半徑。