一種無接觸破碎多晶硅的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無接觸破碎多晶硅的方法，更具體的說，本發(fā)明公開了一種利用激光技術破碎多晶硅的方法。本發(fā)明的無接觸破碎多晶硅的方法，把至少一束激光射向多晶硅棒或者多晶硅塊，多晶硅棒或者多晶硅塊的表面或者體內的局部區(qū)域吸收激光能量后，該多晶硅棒或多晶硅塊的局部區(qū)域被瞬時加熱。被加熱的多晶硅棒或多晶硅塊的局部區(qū)域膨脹，在多晶硅柱或多晶硅塊的表面或體內產(chǎn)生熱膨脹應力，致使多晶硅棒或多晶硅塊破碎。
【專利說明】—種無接觸破碎多晶硅的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是有關多晶硅的生產(chǎn)方法，特別是涉及在多晶硅生產(chǎn)過程中，破碎多晶硅的方法。
【背景技術】
[0002]當前，世界上絕大部分晶體硅的原材料多晶硅是采用改良西門子方法生產(chǎn)。所謂的改良西門子法生產(chǎn)多晶硅，就是在高溫下用高純氫還原高純三氯氫硅，生成的多晶硅沉積在硅芯上。隨著多晶硅不斷地被沉積在硅芯上，硅芯的直徑逐漸增大，最后形成多晶硅棒。多晶硅棒的直徑一般在15?30厘米之間。
[0003]改良西門子方法所生產(chǎn)的多晶硅棒是半導體工業(yè)和太陽能電池工業(yè)所需的單晶硅柱和多晶硅錠的原料。作為多晶硅產(chǎn)品，多晶硅棒必須在出廠前被破碎成體積更小的多晶硅塊。多晶硅塊作為多晶硅生產(chǎn)商的產(chǎn)品，不僅滿足了包裝和運輸?shù)囊?，而且也是為了滿足生產(chǎn)單晶硅柱和多晶硅錠的生產(chǎn)要求。
[0004]目前普遍采用的破碎多晶硅棒的方法是手工破碎的方法。所謂的手工破碎就是采用各種錘子作為工具，手工敲擊多晶硅棒，致使多晶硅棒破碎。手工破碎的方法不僅需要大量的人力資源，主要問題是在手工破碎多晶硅棒的過程中，多晶硅棒很容易被污染。
[0005]在手工破碎多晶硅棒的過程中，錘子不斷地敲擊多晶硅棒。由于錘子與多晶硅棒接觸，錘子的材料不可避免的會污染多晶硅。因此，手工破碎方法不僅存在多晶硅被污染的風險，而且破碎效率低。因此，多晶硅生產(chǎn)領域的工程師們一直在不斷地尋找更好的破碎多晶硅的方法，以提高破碎多晶硅的效率，同時避免多晶硅棒被污染的風險。
[0006]中國專利申請?zhí)朇N102489372A公開了一種替代手工破碎多晶硅棒的方法。該方法在加熱多晶硅棒后，瞬時冷卻多晶硅棒。在瞬時冷卻多晶硅棒的過程中，多晶硅棒表面溫度迅速下降，導致多晶硅棒表面的密度急劇下降。由于多晶硅棒體內溫度的下降速率遠低于多晶娃棒表面溫度的下降速率，或者說，多晶娃棒體內的密度下降速率小于多晶娃棒表面密度的下降速率。多晶硅棒的表面密度與多晶硅棒的體內密度的差，造成在多晶硅棒表面承受熱膨脹應力。當這種應力達到一定值后，多晶硅棒就會自然破碎。該方法有效地解決了手工破碎效率低的缺點。但是，在多晶硅被冷卻的過程中，多晶硅棒與冷卻介質接觸，因此還是沒有能夠很好的避免多晶硅棒被污染的風險。
[0007]中國發(fā)明專利申請?zhí)朇N102836765A公開了另一種多晶硅棒的破碎方法。該方法把多晶硅棒放入一個水池內，通過給水池施加瞬時高電壓的方法，利用水電效應破碎多晶硅棒。盡管該方法也避免了手工破碎效率低下的缺點，但是該方法不僅比手工破碎多出額外移動多晶硅棒的步驟，而且還增加了干燥被破碎的多晶硅棒的步驟，因此該方法的破碎總體效率可能比手工破碎的效率更低。不僅如此，該方法在整個破碎過程中，多晶硅棒與水和干燥介質接觸，增加了多晶硅棒被污染的風險。

【發(fā)明內容】
[0008]針對以上現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明公開了一種無接觸式破碎多晶硅棒的方法，徹底避免了多晶硅棒在破碎過程中被污染的風險。
本發(fā)明的目的是尋求一種破碎多晶硅棒的方法，該方法能取代現(xiàn)有的手工破碎多晶硅棒的方法，提高破碎多晶硅棒的效率。
[0009]本發(fā)明的另一個目的是尋求一種破碎多晶硅方法，該方法在破碎多晶硅棒時，沒有除空氣以外的固體，液體或氣體介質接觸多晶硅棒，徹底避免在破碎步驟中，多晶硅棒被額外引入的物質所污染的風險。
[0010]本發(fā)明的最后一個目的，是尋求一種破碎多晶硅棒的方法，該方法不僅能提高破碎多晶硅棒的效率，避免多晶硅棒在被破碎時被污染的風險，而且該方法能簡化多晶硅棒的破碎步驟，使破碎多晶硅棒的步驟更容易實現(xiàn)自動化，更適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0011]本發(fā)明提供了一種無接觸破碎多晶硅的方法，避免了在破碎多晶硅的過程中，由于多晶硅接觸其它物質后，例如金屬破碎器件等，多晶硅被污染的風險。采用本發(fā)明的無接觸破碎多晶硅的方法，更可以為實現(xiàn)自動連續(xù)破碎多晶硅提供必要的條件。
[0012]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種無接觸破碎多晶硅棒的方法。更具體地說，本發(fā)明公開了一種無接觸破碎多晶硅棒的方法。本發(fā)明一種無接觸破碎多晶硅的方法，把至少一束激光照射在多晶硅棒或者多晶硅塊上，多晶硅棒或者多晶硅塊的表面或者體內的局部區(qū)域吸收激光能量后，該多晶硅棒或多晶硅塊的局部區(qū)域被瞬時加熱。被加熱的多晶硅棒或多晶硅塊的局部區(qū)域膨脹，在多晶硅棒或多晶硅塊的表面或體內產(chǎn)生熱膨脹應力，致使多晶硅棒或多晶硅塊破碎。
[0013]本發(fā)明公開了一種激光破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法，該方法利用激光的能量，使多晶硅棒或者多晶硅塊的局部區(qū)域瞬時產(chǎn)生熱膨脹應力，導致多晶硅棒或多晶硅塊破碎，達到無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的目的。
`[0014]本發(fā)明一種無接觸破碎多晶硅棒的方法與現(xiàn)有技術相比較有如下有益效果:本發(fā)明的優(yōu)點是，在本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的過程中，多晶硅棒或多晶硅塊除了接受激光照射外，沒有引入其它物質，即，沒有引入其它固體、液體和氣體與多晶硅棒或多晶硅塊接觸。多晶硅棒或多晶硅塊的純度是衡量多晶硅棒或多晶硅塊質量的最主要指標。多晶硅棒或多晶硅塊的雜質含量一般都被控制在百萬分之一以下。因此，多晶硅棒或多晶硅塊與任何外部物質接觸后，其被接觸的面積的雜質含量就可能急劇上升，降低了多晶硅棒或多晶硅塊的純度。因此，本發(fā)明的無接觸式激光破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法，可以徹底杜絕多晶硅棒或多晶硅塊在接觸外部物質后被污染的風險。
[0015]本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，在本發(fā)明在激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的過程中，多晶硅棒或多晶硅塊不需要被反復移動，進一步減小了多晶硅棒或多晶硅塊在被破碎步驟中被污染的風險。例如，在手工破碎多晶硅棒或多晶硅塊時，經(jīng)常需要移走覆蓋在大多晶硅棒或多晶硅塊之上的體積較小的多晶硅塊，以便破碎這些大的多晶硅棒或多晶硅塊。在移動多晶硅棒或多晶硅塊的過程中，不可避免會污染多晶硅棒或多晶硅塊。在本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的過程中，激光可以透過小多晶硅塊之間縫隙，把激光直接照射到在小多晶硅塊下部的大多晶硅棒或多晶硅塊，破碎這些在小多晶硅塊下部的大的多晶硅棒或多晶硅塊，避免了由于移動小多晶硅塊時，小多晶硅棒或多晶硅塊被污染的風險。[0016]本發(fā)明的進一步優(yōu)點是，本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法可以提高破碎多晶硅棒或多晶硅塊的效率。利用能量特別集中的特點，激光幾乎可以瞬時提高多晶硅棒或多晶硅塊局部溫度。多晶硅棒或多晶硅塊的表面或體內接收到激光能量后，局部區(qū)域被瞬時加熱，導致該局部區(qū)域的體積瞬時膨脹，產(chǎn)生熱膨脹應力，該熱膨脹應力最終導致破碎多晶硅棒或多晶硅塊。因此采用本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法，可以提聞破碎多晶娃棒或多晶娃塊的生廣效率。
[0017]隨著現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，自動化連續(xù)操作是一個必然的發(fā)展趨勢。本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法，為自動化破碎多晶硅棒或多晶硅塊提供了必要條件。例如，采用本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法，可以把多晶硅棒放置于一個傳輸帶上，激光可以在多晶娃棒或多晶娃塊被傳輸?shù)倪^程中，連續(xù)破碎多晶娃棒或多晶硅塊。在傳輸帶的末端，被破碎的多晶硅塊可以直接被包裝。這樣，本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法，不僅為連續(xù)破碎多晶硅棒或多晶硅塊提供了必要條件，更重要的是，同時也避免了多晶硅棒或多晶硅塊被污染的風險，提高了多晶硅產(chǎn)品的質量和整體質量的穩(wěn)定性。
[0018]本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法，與其它機械破碎方法相t匕，其獨特的優(yōu)點是使用較小的能量，達到破碎多晶硅棒或多晶硅塊的目的。例如，本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法，不需要對整個多晶硅棒或多晶硅塊加熱和冷卻，而是加熱多晶硅棒或多晶硅塊的局部區(qū)域，降低了破碎多晶硅棒或多晶硅塊所需要的能量，節(jié)約了破碎多晶硅棒或多晶硅塊步驟的生產(chǎn)成本。
[0019]本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法可以很容易的被應用在多晶硅的大規(guī)模生產(chǎn)過程中?；蛘哒f，本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法簡單，避免了各種放大效應的存在可能。本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法，可以被應用在各種規(guī)模的多晶硅生產(chǎn)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1.是本發(fā)明一種無接觸破碎多晶硅棒的方法實施例一結構示意圖；
圖2.是本發(fā)明一種無接觸破碎多晶硅棒的方法實施例二結構示意圖；
圖3.是本發(fā)明一種無接觸破碎多晶硅棒的方法實施例三結構示意圖。
[0021]其中:1、激光器；11、激光束；2、多晶塊；3、局部區(qū)域；4、裂縫。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明一種無接觸破碎多晶硅棒的方法技術該當作進一步詳細說明。
[0023]本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法，是利用激光產(chǎn)生的能量，瞬時加熱多晶硅棒或多晶硅塊的某個區(qū)域。多晶硅棒或多晶硅塊的某個區(qū)域被瞬時加熱后，該局部區(qū)域的溫度瞬時高于該局部區(qū)域之外的多晶硅棒或多晶硅塊的溫度。由于該局部區(qū)域的溫度瞬時被提高，該局部區(qū)域的密度被降低，或者說，該局部區(qū)域的體積會瞬時膨脹，使整個多晶硅棒或多晶硅塊上承受熱膨脹應力，該熱膨脹應力致使破碎多晶硅棒或多晶娃塊。[0024]—種無接觸破碎多晶硅的方法是采用激光器I加熱多晶硅2局部區(qū)域3，使被加熱后的多晶硅2局部區(qū)域3體積膨脹，產(chǎn)生熱膨脹應力，破碎多晶硅2 ;所述的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法是把至少一束激光11照射在多晶硅棒或者多晶硅塊上，多晶硅棒或者多晶硅塊的表面或者體內的局部區(qū)域3吸收激光能量后，該多晶硅棒或多晶硅塊的局部區(qū)域3被瞬時加熱；被加熱的多晶硅棒或多晶硅塊的局部區(qū)域3膨脹，在多晶硅棒或多晶硅塊的表面或體內產(chǎn)生熱膨脹應力，致使多晶硅棒或多晶硅塊破碎。
[0025]所述的無接觸破碎多晶硅的方法是多晶硅2在被破碎的過程中不接觸除空氣以外的其它物質。
[0026]所述的除空氣以外的其它物質是固體，或者是液體，或者是氣體。
[0027]所述的激光器I可以是連續(xù)激光器，或者是脈沖激光器。
[0028]所述的激光器I可以是一個或一個以上的激光器，同時對多晶硅2表面或多晶硅2體內的某一個點3實施照射。
[0029]所述的多晶硅2可以是多晶硅棒，或者是不規(guī)則的多晶硅塊。
[0030]所述的多晶硅局部區(qū)域3可以是多晶硅的表面，或者是多晶硅體內的任何一個局部區(qū)域。
[0031]實施例1。
[0032]如圖1所示，本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法可以得到更詳細的說明。激光束11由激光器I產(chǎn)生。當激光束11照射到多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3后，激光束11的能量被多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3吸收。多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3在吸收激光束11的能量后，多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3的溫度迅速上升。由于多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3的溫度上升，導致多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3的密度急劇下降，S卩，多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3的體積急劇膨脹。由于多晶硅棒或多晶硅塊2的其它區(qū)域沒有被激光束11照射，因此多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3以外的其它區(qū)域的溫度基本保持不變，或者說，多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3以外的其它區(qū)域的密度沒有明顯的發(fā)生變化，也就是多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3外的體積沒有發(fā)生明顯的變化，這樣，多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3的膨脹體積會對多晶硅棒或多晶硅塊2的局部區(qū)域3外產(chǎn)生熱膨脹應力。該熱膨脹應力導致在多晶硅棒或多晶硅塊2內產(chǎn)生裂縫4，最終破碎多晶硅棒或多晶硅塊2。
[0033]在實施本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法時，激光器I可以是連續(xù)激光器，使用連續(xù)激光器的優(yōu)點是，由于多晶硅棒或多晶硅塊2連續(xù)的接受激光器I的能量，因此可以使多晶硅棒或多晶硅塊2的表面點局部區(qū)域3的溫度更快速上升。這樣，由于表面點即局部區(qū)域3溫度的迅速上升，使表面點即局部區(qū)域3的溫度與其周圍的多晶硅棒或多晶硅塊2的溫度差迅速增大，有利于迅速產(chǎn)生熱膨脹應力，破碎多晶硅棒或多晶硅塊2。
[0034]在實施本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法時，激光器I也可以是脈沖式激光器。所用脈沖式激光器的優(yōu)點是，當脈沖式激光束11照射在多晶硅棒或多晶硅塊2的表面即局部區(qū)域3時，脈沖激光束11除了加熱多晶硅棒或多晶硅塊2的點即局部區(qū)域3以外，還可以產(chǎn)生一種機械脈沖應力，該機械脈沖應力可以起到類似不斷敲擊多晶硅棒或多晶硅塊2的作用，加速破碎多晶硅棒或多晶硅塊2。[0035]在實施本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法時，激光器I所產(chǎn)生的激光束11可以是各種波長的激光束。在圖1的實施例中，優(yōu)化的激光束是紫外光，例如波長為355納米的紫外激光束。多晶硅棒或多晶硅塊2對光的吸收系數(shù)隨著光波長的增大而降低。因此，當使用紫外激光時，激光的能量在多晶硅棒或多晶硅塊2的表面的幾個微米之內就能被完全吸收。或者說，多晶硅棒或多晶硅塊2的點即局部區(qū)域3處被紫外激光束11照射后，由于紫外激光束11的能量被幾微米厚的多晶硅棒或多晶硅塊2的表面所吸收，在多晶硅棒或多晶硅塊2的表面與其它部位迅速形成巨大的溫度梯度，而這巨大的溫度梯度在多晶硅棒或多晶硅塊2的點即局部區(qū)域3周圍產(chǎn)生裂縫4，最終破碎多晶硅棒或多晶硅塊2。
[0036]實施例2。
[0037]在實施本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法時，也可以使用較長波長的激光器I。在圖2的實施例中，激光束是紅外激光束11，即波長為1064納米的激光光束。當使用紅外激光時，由于多晶硅棒或多晶硅塊2對紅外光的吸收系數(shù)較小，因此，必須把激光束的焦點調節(jié)在多晶硅棒或多晶硅塊2的體內點即局部區(qū)域3。多晶硅棒或多晶硅塊2的點即局部區(qū)域3處被紅外激光束11照射后，多晶硅棒或多晶硅塊2的點即局部區(qū)域3處的溫度迅速上升，在多晶硅棒或多晶硅塊2內迅速形成巨大的溫度梯度，而這巨大的溫度梯度在多晶硅棒或多晶硅塊2的點即局部區(qū)域3周圍產(chǎn)生裂縫4，最終破碎多晶硅棒或多晶硅塊2。由于裂縫4產(chǎn)生在多晶硅棒或多晶硅塊2的內部，可以把多晶硅棒或多晶硅塊2破碎成更小的多晶硅塊。
[0038]實施例3。
[0039]在本發(fā)明的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法的其他應用中，可以采用多個激光器達到破碎多晶硅棒或多晶硅塊2的目的。圖3展示了本發(fā)明使用2個激光器I破碎多晶硅棒或多晶硅塊2的實施例。在該實施例中，二個紅外激光器I各自產(chǎn)生一個紅外激光束11。這二個紅外激光束11都被聚焦在多晶硅棒或多晶硅塊2的點即局部區(qū)域3處。多晶硅棒或多晶硅塊2的點即局部區(qū)域3處被二個紅外激光束11照射后，多晶硅棒或多晶硅塊2的點即局部區(qū)域3處的溫度迅速上升，在多晶硅棒或多晶硅塊2內迅速形成巨大的溫度梯度，而這巨大的溫度梯度在多晶硅棒或多晶硅塊2的點即局部區(qū)域3周圍產(chǎn)生裂縫4，最終破碎多晶硅棒或多晶硅塊2。使用多個激光器照射多晶硅棒或多晶硅塊的某一個點的優(yōu)點是降低了對激光功率的要求。
[0040]顯然，這些說明并不是用于限制本發(fā)明。在不背離本發(fā)明精神及其實質情況下，本領域的技術人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種其它相應的組合，變更或修改。這些相應的組合，變更和修改都屬于本發(fā)明所附權力要求的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種無接觸破碎多晶硅的方法，其特征在于:所述的多晶硅的破碎方法是采用激光器(I)加熱多晶硅(2)局部區(qū)域(3)，使被加熱后的多晶硅(2)局部區(qū)域(3)體積膨脹，產(chǎn)生熱膨脹應力，破碎多晶硅(2);所述的激光無接觸破碎多晶硅棒或多晶硅塊的方法是把至少一束激光(11)照射在多晶硅棒或者多晶硅塊上，多晶硅棒或者多晶硅塊的表面或者體內的局部區(qū)域(3)吸收激光能量后，該多晶硅棒或多晶硅塊的局部區(qū)域(3)被瞬時加熱；被加熱的多晶硅棒或多晶硅塊的局部區(qū)域(3)膨脹，在多晶硅棒或多晶硅塊的表面或體內產(chǎn)生熱膨脹應力，致使多晶硅棒或多晶硅塊破碎。
2.根據(jù)權利要求1所述的無接觸破碎多晶硅的方法，其特征在于，所述的無接觸破碎多晶硅的方法是多晶硅(2)在被破碎的過程中不接觸除空氣以外的其它物質。
3.根據(jù)權利要求2所述的無接觸破碎多晶硅的方法，其特征在于，所述的除空氣以外的其它物質是固體，或者是液體，或者是氣體。
4.根據(jù)權利要求1所述的無接觸破碎多晶硅的方法，其特征在于，所述的激光器(I)可以是連續(xù)激光器，或者是脈沖激光器。
5.根據(jù)權利要求1所述的無接觸破碎多晶硅的方法，其特征在于，所述的激光器(I)可以是一個或一個以上的激光器，同時對多晶硅(2)表面或多晶硅(2)體內的某一個點(3)實施照射。
6.根據(jù)權利要求1所述的無接觸破碎多晶硅的方法，其特征在于，所述的多晶硅(2)可以是多晶娃棒，或者是不規(guī)則的多晶娃塊。
7.根據(jù)權利要求1所述的無接觸破碎多晶硅的方法，其特征在于，所述的多晶硅局部區(qū)域(3)可以是多晶硅的表面，或者是多晶硅體內的任何一個局部區(qū)域。
【文檔編號】B02C19/18GK103816973SQ201410057558
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權日:2014年2月20日
【發(fā)明者】季靜佳, 王體虎 申請人:亞洲硅業(yè)（青海）有限公司