專利名稱：可減少電弧石英坩堝內(nèi)表面質(zhì)量缺陷的石墨電極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可減少電弧石英坩堝內(nèi)表面質(zhì)量缺陷的石墨電極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電弧石英坩堝用于熔融硅拉制單晶硅，而單晶硅廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體或太陽能電池等的單晶硅。采用切克勞斯基(Czochralski)法拉制單晶硅時(shí)，電弧石英坩堝被用于容納硅熔體。在此方法中，一粒具有預(yù)定取向的種晶被浸入熔體，然后緩緩拉出。種晶和熔體以不同方向旋轉(zhuǎn)。種晶和熔體之間的表面張力使得熔體隨種晶被拉出，所述熔體逐漸凝固，最終固化成一個(gè)不斷生長的硅單晶。在石英坩堝的熔制過程中，由于電弧溫度很高，內(nèi)表面會(huì)被部分氣化，產(chǎn)生二氧化硅蒸汽，這些氣體遇到石墨電極相對低溫區(qū)域(電極尖端由于接近電弧溫度較高致使二氧化硅蒸汽無法沉積)，會(huì)在其上沉積并形成石英沉積物包裹結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)較疏松并且與石墨電極不同質(zhì)，因此附著極為不牢固，在震動(dòng)、氣流或電弧的影響下，會(huì)部分脫落，在坩堝內(nèi)表面形成固態(tài)附著物或類似“白點(diǎn)”的結(jié)構(gòu)。石英坩堝作為熔融硅的容器，內(nèi)表面直接與硅液接觸，長時(shí)間處于高溫低壓的條件下，受到硅液的侵蝕，與硅液反應(yīng)，不斷的向其中熔解。由于這些從電極脫落的沉積物帶有雜質(zhì)，在拉制單晶過程中增加了該雜質(zhì)區(qū)域析晶的可能性，同時(shí)該區(qū)域被硅液侵蝕，會(huì)將雜質(zhì)釋放到硅液，嚴(yán)重影響單晶拉制過程以及晶棒質(zhì)量。目前解決這一問題的方法主要有兩種。一種是采用增加排風(fēng)的方法，將從電極脫落的二氧化硅碎屑隨氣流排出。這種方法并不能將所有的碎屑排出，一些較大的顆粒還是會(huì)落入坩堝。另一種是用高速氣流沖擊沉積區(qū)域，將沉積物吹走。這種方法同樣不能去除所有的碎屑，而且可能會(huì)將一些不易脫落的沉積物吹落入坩堝。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可減少電弧石英坩堝內(nèi)表面質(zhì)量缺陷的石墨電極結(jié)構(gòu)，以減少乃至消除二氧化硅沉積物的脫落，從而減少乃至消除“白點(diǎn)”和附著物等缺陷，提高坩堝的質(zhì)量與合格率，進(jìn)而提高拉晶率。本實(shí)用新型涉及的可減少電弧石英坩堝內(nèi)表面質(zhì)量缺陷的石墨電極結(jié)構(gòu)，包括石墨電極，其特殊之處是在石墨電極上沿軸向間隔設(shè)有多個(gè)橫向孔，在石墨電極上套裝有石英護(hù)套且電極尖端裸露在外，通過穿過石英護(hù)套和橫向孔的石英銷釘將石英護(hù)套固定在石墨電極上。上述的可減少電弧石英坩堝內(nèi)表面質(zhì)量缺陷的石墨電極結(jié)構(gòu)，所述的石英護(hù)套為管狀。本實(shí)用新型通過在石墨電極外加石英護(hù)套，結(jié)合在坩堝熔制過程中電極在高溫下消耗會(huì)逐漸變短的特點(diǎn)，使石英護(hù)套下端高度在每生產(chǎn)完一只坩堝后上移，上移距離與電極消耗長度相當(dāng)，從而保持電極下端始終裸露在外并且不影響電弧對坩堝的熔制。由于采用石英護(hù)套，使熔制過程中二氧化硅蒸汽與電極上套有石英護(hù)套部位無法接觸，利用二氧化硅沉積物與石英護(hù)套同質(zhì)，沉積物可牢固附著，從而減少乃至消除“白點(diǎn)”和附著物等缺陷，提高坩堝的質(zhì)量與合格率，進(jìn)而減少了拉晶缺陷，提高拉晶率。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中石英護(hù)套提升后位置示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖所示，本實(shí)用新型包括石墨電極1，在石墨電極1上沿軸向間隔設(shè)有多個(gè)橫向孔101，本實(shí)施例以11個(gè)橫向孔101為例，橫向孔101的數(shù)量根據(jù)一組電極能熔制的坩堝數(shù)量確定(本實(shí)施例以能熔制10只坩堝為例，相應(yīng)橫向孔101為11個(gè))。在石墨電極1上套裝有管狀石英護(hù)套2且石墨電極1尖端裸露在外，通過穿過石英護(hù)套2和橫向孔101的石英銷釘3將石英護(hù)套2固定在石墨電極1上。以熔制18英寸坩堝用三相石墨電極(長度620mm)為例，先統(tǒng)計(jì)出生產(chǎn)電弧坩堝時(shí)20組電極尖端無二氧化硅沉積物區(qū)域的軸向長度平均值為60mm，及一組電極對應(yīng)的連續(xù)生產(chǎn)10只電弧坩堝的分段消耗長度平均值(一組電極共熔制10只坩堝)，分別為8mm， 12mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm ；安裝石英護(hù)套 2 后石墨電極 1 尖端裸露的長度等于45_，由下至上橫向孔2的間距分別為8mm，12mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm ；然后進(jìn)行坩堝生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中每生產(chǎn)完一只坩堝將石英護(hù)套2 上移至上一橫向孔101位置并通過石英銷釘3將石英護(hù)套2再固定在電極1上，從而實(shí)現(xiàn)分段提升石英護(hù)套2下端的高度并且分段提升量等于對應(yīng)的該段電極消耗長度；使石墨電極1尖端始終裸露在外，更換石墨電極1后重新裝上石英護(hù)套2，重復(fù)上述工作過程，并定期清理掉石英護(hù)套2表面的二氧化硅沉積物直至石英護(hù)套2無法使用時(shí)進(jìn)行更換。起始功率控制在450kw左右，30 kwh后將功率升至550kw左右，直到80kwh熔制結(jié)束。使用過程中，石墨電極1上未發(fā)現(xiàn)明顯的二氧化硅沉積物，在石英護(hù)套2的外側(cè)有一層致密二氧化硅沉積層，沒有明顯的脫落現(xiàn)象。石英護(hù)套2的下端沒有明顯的熔化和變形等現(xiàn)象。總共熔制了 900只坩堝。檢測結(jié)果，合格率為93. 6%，比原來平均提高11. 3%。不合格品中白點(diǎn)占1.7 %，附著物占0 %，分別比原來平均降低4. 2 %，8.7 %。對坩堝的雜質(zhì)元素含量進(jìn)行分析，與未用石英護(hù)套生產(chǎn)的坩堝相比基本一致，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下
AlCaFeKLiNa含量(ppm)14. 30. 50. 20. 60. 60. 8
權(quán)利要求1.一種可減少電弧石英坩堝內(nèi)表面質(zhì)量缺陷的石墨電極結(jié)構(gòu)，包括石墨電極，其特征是在石墨電極上沿軸向間隔設(shè)有多個(gè)橫向孔，在石墨電極上套裝有石英護(hù)套，所述的石英護(hù)套通過穿過石英護(hù)套和橫向孔的石英銷釘固定在石墨電極上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減少電弧石英坩堝內(nèi)表面質(zhì)量缺陷的石墨電極結(jié)構(gòu)，其特征是所述的石英護(hù)套為管狀。
專利摘要一種可減少電弧石英坩堝內(nèi)表面質(zhì)量缺陷的石墨電極結(jié)構(gòu)，包括石墨電極，其特殊之處是在石墨電極上沿軸向間隔設(shè)有多個(gè)橫向孔，在石墨電極上套裝有石英護(hù)套，所述的石英護(hù)套通過穿過石英護(hù)套和橫向孔的石英銷釘固定在石墨電極上。由于采用石英護(hù)套，使熔制過程中二氧化硅蒸汽與電極上套有石英護(hù)套部位無法接觸，利用二氧化硅沉積物與石英護(hù)套同質(zhì)，沉積物可牢固附著，從而減少乃至消除“白點(diǎn)”和附著物等缺陷，提高坩堝的質(zhì)量與合格率，進(jìn)而減少拉晶缺陷，提高拉晶率。
文檔編號C30B15/16GK201962415SQ20112000551
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者吳立龍, 姚世民, 王璐, 趙亮, 韓東 申請人:圣戈班石英(錦州)有限公司