[發明專利]頂部間歇性摻雜的單晶爐及其摻雜方法

有效

• 申請號: 202310572905.5
• 申請日: 2023-05-22
• 公開（公告）號: CN116288658B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 陳偉;李林東;高偉杰;吳超慧;陳志軍;張鵬;丁云飛;許堃
• 申請（專利權）人: 蘇州晨暉智能設備有限公司
• 主分類號: C30B15/04
• 分類號: C30B15/04;C30B29/06
• 代理公司: 北京超凡宏宇知識產權代理有限公司 11463
• 代理人: 劉鋒

本發明的實施例提供了一種頂部間歇性摻雜的單晶爐及其摻雜方法，涉及單晶硅棒生產技術領域。頂部間歇性摻雜的單晶爐包括爐體和間隙性摻雜器，間隙性摻雜器安裝在爐體的喉口位置，間隙性摻雜器包括相互連接、且可相對轉動的上盤和下盤，上盤上開設有多個第一通孔，第一通孔內用于裝載摻雜劑，下盤上開設有第二通孔，控制下盤相對上盤轉動，以使第二通孔移動至第一通孔的下方、釋放第一通孔內的摻雜劑。通過間隙性摻雜器實現在爐體內頂投間歇式加入摻雜劑，能夠對硅液中雜質濃度得到有效精準把控，降低了雜質對硅晶體缺陷的負面影響，提高了單晶硅棒的成晶率和晶棒品質。

技術領域

本發明涉及單晶硅棒生產技術領域，具體而言，涉及一種頂部間歇性摻雜的單晶爐及其摻雜方法。

背景技術

在太陽能光伏領域中，使用RCZ法拉制單晶硅棒時，因為要控制硅棒的電阻率、少數載流子壽命等電性能處于合適范圍內，所以硅棒生產廠商通過在硅料熔化前放置摻雜劑（包括施主雜質和受主雜質），來實現電阻率的調控，技術方案有兩種：

第一種技術方案：在坩堝內放置摻雜劑，具體的，單晶爐拉制單晶硅棒前，需要將硅料盛放在坩堝內，此時摻雜劑會隨同硅料一起放入坩堝。

第二種技術方案：在加料器內放置摻雜劑，具體的，隨著坩堝內硅料熔化為硅液，坩堝內有效空間變大，此時會通過加料器繼續向坩堝內加入硅料，目的是增加投料量、提高產量；RCZ法拉晶中，當一根單晶硅棒拉制完成后，晶棒取出，使用加料器將硅料和摻雜劑同時投入單晶爐內的坩堝中，達到控制單晶硅棒的電性能的目標。

因為現有技術只能在投料階段摻入雜質，來控制單晶硅棒的電性能參數，所以摻入雜質的重量、在硅液中的濃度以及所要拉制的單晶硅棒的電性能范圍都需要提前模擬計算，最終以模擬計算中電性能參數范圍為導向，得到以爐次為單位的摻雜劑重量。以上為現有技術摻雜流程，缺點為：

1.摻雜重量提前固定，因此要拉制符合電性能要求的單晶硅棒，長度、重量受到限制，也就是產量受限，成本上升；

2.因為首次投料摻雜較多（即坩堝內摻雜劑+首次加料器內摻雜劑），硅液中雜質濃度高，單爐次拉制首根單晶硅棒時，雜質可以造成晶體缺陷，對成晶率有負面影響；

3.上述摻雜流程所拉制出的單晶棒，電阻率范圍較寬，電阻率分散不集中，產品良率受到負面影響。

發明內容

本發明的目的包括提供了一種頂部間歇性摻雜的單晶爐及其摻雜方法，其能夠通過頂投間歇式加入摻雜劑，提高摻雜劑的均勻性和利用率。

本發明的實施例可以這樣實現：

第一方面，本發明提供一種頂部間歇性摻雜的單晶爐，單晶爐包括：

爐體；

間隙性摻雜器，安裝在爐體的喉口位置，間隙性摻雜器包括相互連接、且可相對轉動的上盤和下盤，上盤上開設有多個第一通孔，第一通孔內用于裝載摻雜劑，下盤上開設有第二通孔，控制下盤相對上盤轉動，以使第二通孔移動至第一通孔的下方、釋放第一通孔內的摻雜劑。

在可選的實施方式中，上盤與下盤同軸設置，下盤可相對上盤自轉，多個第一通孔圍繞上盤的中心間隔均勻設置，第二通孔的數量為一個，第二通孔與下盤的中心的距離等于第一通孔與上盤的中心的距離。

在可選的實施方式中，下盤相對于上盤自轉的轉速范圍為：0.4轉/min~0.6轉/min。

在可選的實施方式中，單晶爐還包括：

進氣管，進氣管位于上盤的上方，在第一通孔與第二通孔連通時，進氣管用于將第一通孔內的摻雜劑向下吹落。

這樣，在第一通孔與第二通孔連通時，即第一通孔與第二通孔存在交叉時，連通的第一通孔與第二通孔形成氣體引導通道，通過氣體引導通道將摻雜劑不斷定向送至熔液進行摻雜，提高摻雜效率，可使晶棒電阻率集中在最優范圍內，產品質量得到大幅提升；由于電阻率范圍小，可以將單晶硅棒拉制長度更長，使得產量顯著提升。