本實用新型屬于一種去除太陽能級多晶硅中金屬雜質(zhì)的設備。

背景技術：

目前，在物理法生產(chǎn)太陽能級多晶硅的工藝中，一個重要的環(huán)節(jié)就是利用定向凝固原理去除金屬雜質(zhì)。即在硅液的凝固過程中采用強制手段，在尚未凝固的硅熔體中建立起特定方向的溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向逐漸凝固，由于分凝系數(shù)的不同，金屬雜質(zhì)在液態(tài)硅中的含量要遠遠大于在固態(tài)硅中的含量，這樣就使原來在全體液態(tài)硅中的金屬雜質(zhì)大量聚集在最后階段凝固的固態(tài)硅中，這樣就達到了去除金屬雜質(zhì)的目的。

實現(xiàn)定向凝固需要兩個條件：首先，熱流向單一方向流動并垂直于生長中的固-液界面；其次，晶體生長前方的熔液中沒有穩(wěn)定的結(jié)晶核心。為此，首先要有一個在上部產(chǎn)生熱量的加熱裝置；其次，在下部要有一個冷卻裝置；通過這兩點產(chǎn)生一個單一方向的熱流動。另外在工藝上必須采取措施避免或或盡量減少側(cè)向散熱，同時在靠近固-液界面的熔液中應造成較大的溫度梯度，以便盡量產(chǎn)生一個較為理想的溫度場，最大限度地提高定向凝固去除金屬雜質(zhì)的效果。

現(xiàn)有的技術方案中，為降低成本和工藝難度，盛裝硅液的坩堝使用碳質(zhì)耐熱板板拼裝而成，該耐熱板板可以重復使用，只在硅溶體的頂部加熱，在硅熔體的底部采用水冷底盤。

上述技術方案有以下兩個嚴重缺陷：

(1)坩堝側(cè)面無加熱器，造成側(cè)面大量散熱，無法在硅液中形成理想的溫度梯度，提純效果不良，產(chǎn)品收率不高。

(2)由于坩堝是拼裝的，在側(cè)面及底部都有縫隙，容易發(fā)生硅液泄漏，一旦底部發(fā)生泄漏，高溫硅液流到水冷底盤上，底盤被燒穿后高壓冷卻水溢出，與硅液接觸，會發(fā)生嚴重的爆炸事故。為避免這類事故的發(fā)生，往往在坩堝底部和水冷底盤之間墊上較厚的保溫材料，這樣即使硅液漏出，也會被保溫材料擋住、吸收，不至于燒穿底盤，但是又會嚴重降低水冷底盤的冷卻效果，也就無法在硅液中形成理想的溫度梯度，提純效果不良，進一步降低了產(chǎn)品的收率。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型針對現(xiàn)有的技術方案存在的問題，提供一種去除太陽能級多晶硅中金屬雜質(zhì)的設備，它可以在硅液中形成較為理想的溫度梯度，大大提高了產(chǎn)品收率，同時又徹底解決了硅液泄漏到水冷底盤上容易引起爆炸的危險。

本實用新型的目的可以通過下列技術方案來實現(xiàn)：

一種去除太陽能級多晶硅中金屬雜質(zhì)的設備，主體為一頂部敞口的容器，容器由顆粒狀耐火材料制成；在容器內(nèi)，緊貼其內(nèi)壁安有一用碳質(zhì)耐熱板拼裝成的坩堝，坩堝中盛裝硅液；在盛裝硅液的坩堝的頂部裝有頂部加熱器，在坩堝的四個側(cè)面也裝有加熱器，該加熱器用高溫電熱絲制成，并套于剛玉陶瓷管內(nèi)部；剛玉陶瓷管埋設在容器的顆粒狀耐火材料中；剛玉陶瓷管在坩堝側(cè)面自上而下排列，其排列的間距是非均勻的，從最上面的最小間距到最下面的最大間距，間距遞增，在坩堝側(cè)面形成一個自上而下溫度依次降低的溫度場。

坩堝側(cè)面的高溫電熱絲與頂部加熱器的加熱電路為串并聯(lián)方式：坩堝的四個側(cè)面中，每一側(cè)面的高溫電熱絲之間首先并聯(lián)，然后四個側(cè)面的高溫電熱絲再串聯(lián)，最后與頂部加熱器串聯(lián)。

容器上蓋有頂蓋。

在坩堝底部裝設有氣冷底盤，氣冷底盤內(nèi)部帶有氣冷孔道，通入惰性氣體循環(huán)冷卻。

氣冷底盤由耐高溫合金鋼制成。

本實用新型的優(yōu)點為：

本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，在硅液中形成理想的溫度梯度，產(chǎn)生一個較為理想的溫度場，提純效果優(yōu)良，產(chǎn)品收率高，同時又徹底解決了硅液泄漏到水冷底盤上容易引起爆炸的危險。

附圖說明

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)剖視示意圖，

圖2是電加熱電路示意圖。

圖中：1.頂蓋，2.頂部加熱器，3.坩堝，4.剛玉陶瓷管，5.高溫電熱絲，6.容器，7.氣冷底盤，8.硅液。

具體實施方式

參見圖1，本實用新型一種去除太陽能級多晶硅中金屬雜質(zhì)的設備，主體為一頂部敞口的容器6，容器6上蓋有頂蓋1。容器6由顆粒狀耐火材料制成。在容器6內(nèi)，緊貼其內(nèi)壁安有一用碳質(zhì)耐熱板拼裝成的坩堝3，坩堝3中盛裝硅液8。在盛裝硅液8的坩堝3的頂部裝有頂部加熱器2，在坩堝3的四個側(cè)面也裝有加熱器，該加熱器用高溫電熱絲5制成，并套于剛玉陶瓷管4內(nèi)部。剛玉陶瓷管4埋設在容器6的顆粒狀耐火材料中，高溫電熱絲5的最高工作溫度不低于1200℃，由于高溫電熱絲5只是套在高溫電熱絲5剛玉陶瓷管4內(nèi)部，在正常工作時一旦高溫電熱絲5燒斷，可以很容易地將其從高溫電熱絲5中抽出，再換上新的高溫電熱絲5。剛玉陶瓷管4在坩堝3側(cè)面自上而下排列，其排列的間距是非均勻的，從最上面的最小間距到最下面的最大間距，間距遞增。具體比例可以根據(jù)工藝要求調(diào)整。這樣做的優(yōu)點在于可以在坩堝3側(cè)面按照工藝要求自動形成一個自上而下溫度依次降低的溫度場，符合定向凝固的原理。在坩堝3底部裝設有氣冷底盤7，氣冷底盤7由最高工作溫度不低于1250℃的耐高溫合金鋼制成，內(nèi)部帶有氣冷孔道，工作時通入惰性氣體循環(huán)冷卻。惰性氣體從氣冷底盤7出來后通過水冷熱交換器冷卻降溫，再進入氣冷底盤7循環(huán)使用。這樣做的優(yōu)點在于避免了使用水冷底盤時冷卻水泄漏引起爆炸的危險，同時使用惰性氣體在氣冷底盤7內(nèi)循環(huán)冷卻可以防止耐高溫合金鋼在高溫下氧化，提高其使用壽命。

圖2為加熱電路的電路圖。坩堝3側(cè)面的高溫電熱絲5與頂部加熱器2的加熱電路為串并聯(lián)方式：坩堝3的四個側(cè)面中，每一側(cè)面的高溫電熱絲5之間首先并聯(lián)，然后四個側(cè)面的高溫電熱絲5再串聯(lián)，最后與頂部加熱器2串聯(lián)。整個加熱工作只使用一組加熱電源。這樣做的優(yōu)點在于側(cè)面的高溫電熱絲5與頂部加熱器2串聯(lián)可以提高總的加熱負載電阻，進而可以適當提高工作電壓，降低工作電流，減少電氣接頭處的發(fā)熱。同時，坩堝3側(cè)面的數(shù)組高溫電熱絲5是并聯(lián)關系，可以防止一根高溫電熱絲5燒斷造成整個電路斷開，加熱中斷的危險，為更換高溫電熱絲5提供較為充裕的時間。

坩堝3側(cè)面的高溫電熱絲5的總的加熱功率與頂部加熱器2的加熱功率的比例可以調(diào)整，通過調(diào)整高溫電熱絲5的電阻和頂部加熱器2的電阻，就可以使坩堝3側(cè)面的高溫電熱絲5的總的加熱功率與頂部加熱器2的加熱功率的比例在1∶3到5∶1之間變化。這樣做的優(yōu)點在于可以在硅液中按照工藝要求自動形成一個自上而下溫度依次降低的溫度場，符合定向凝固的原理。這樣，液態(tài)硅中的金屬雜質(zhì)大量聚集在最后階段凝固的固態(tài)硅中，這樣就達到了去除金屬雜質(zhì)的目的。