專利名稱：帶有局部冷卻裝置的多晶硅熱場的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多晶硅鑄錠爐的熱場改進(jìn)裝置，尤其是一種帶有局部冷卻裝置的多晶鑄錠爐改良熱場。
背景技術(shù)：
多晶硅鑄錠爐是一種生長光伏材料的重要設(shè)備，生產(chǎn)中，將達(dá)到一定純度要求的多晶硅轉(zhuǎn)入爐中，按照工藝要求加熱熔化、定向長晶、熱處理、冷卻出爐。多晶硅重熔長晶的這樣一個(gè)核心環(huán)境，我們稱之為熱場，熱場不單為多晶硅熔化提供大量的熱能，在長晶過程中又提供合理的溫度梯度場以得到合乎要求的多晶硅晶體。鑄造多晶硅中存在大量的晶界，晶界是指晶粒和晶粒之間的分界面，潔凈的晶界不是電活性的，對少數(shù)載流子壽命并無影響。但雜質(zhì)易于在晶界處偏聚或沉淀，此時(shí)晶界將具有電活性，會(huì)顯著降低少子壽命，晶界越多，影響越大。在利用鑄錠爐生長鑄造單晶晶體時(shí)，需要在石英坩堝底部放置單晶硅作為仔晶， 在多晶硅熔化階段為保護(hù)仔晶不熔化，通常需要打開隔熱籠，降低石英坩堝底部的溫度。但是由于傳統(tǒng)多晶爐熱場的缺陷，固液界面通常中心高，邊緣低，中心熔化到仔晶面時(shí)，邊緣仔晶早已部分或全部熔化，放置的仔晶只有部分發(fā)揮晶生長的誘導(dǎo)作用，在整個(gè)多晶晶錠中，類單晶比例較小。為擴(kuò)大類單晶比例，往往需要提高仔晶的厚度，一方面增加了仔晶的成本，另一方面，凸起的結(jié)晶界面導(dǎo)致晶體中較大的殘留熱應(yīng)力，制約了晶體質(zhì)量的提高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠提高晶體質(zhì)量、提高類單晶比例的多晶硅熱場。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種帶有局部冷卻裝置的多晶硅熱場，包括由上爐體和下爐體組成的爐腔，所述的爐腔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)保溫腔，所述的保溫腔底板上設(shè)置有冷卻器，所述的冷卻器呈回字型往復(fù)結(jié)構(gòu)布置，冷卻器的底部連通有導(dǎo)管， 所述的導(dǎo)管穿過保溫腔底板延升至爐腔外部。具體的說，本實(shí)用新型所述的保溫腔內(nèi)設(shè)置有石墨助凝塊，所述的石墨助凝塊的外徑與冷卻器的外徑偏差小于50mm。所述的冷卻器的橫截面高為20 60mm，寬為100 200mm。為了增加冷卻時(shí)石墨助凝塊下表面所接觸到的冷卻介質(zhì)的均勻性，本實(shí)用新型所述的冷卻器表面具有噴口，導(dǎo)管內(nèi)的冷卻介質(zhì)通過噴口直接噴向石墨助凝塊的下表面。進(jìn)一步的說，本實(shí)用新型所述的冷卻介質(zhì)為液體或惰性氣體。若冷卻介質(zhì)為惰性氣體，工作方式為將惰性氣體直接從冷卻裝置噴向支撐多晶坩堝的石墨助凝塊，帶走石墨助凝塊的四周的熱量，從而使得石墨鑄錠塊四周和中心區(qū)域保持對石英坩堝底部均勻的冷卻效果；從而在高溫熔體凝固時(shí)，通過固/液界面的散熱量趨于平衡，便于維持較為平坦的結(jié)晶界面。冷卻氣體吸收熱量升溫后隨爐體內(nèi)保護(hù)氣體一同排放出爐體外。若采用液體冷卻，吸收熱量升溫后液體需要重新排出爐體外，并通過設(shè)置在管路上的流量調(diào)節(jié)閥來調(diào)整流量達(dá)到控制冷卻強(qiáng)度的目的。本實(shí)用新型的有益效果是，解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，一是增加多晶硅助凝塊底部溫度分布的均勻性，便于得到有助于提高晶體質(zhì)量的平坦的結(jié)晶界面；二是在利用籽晶誘導(dǎo)法生長鑄錠單晶時(shí)，在化料后期強(qiáng)化邊緣冷卻效果，保護(hù)籽晶不被完全融化。由于強(qiáng)化的底部的冷卻效果，在化料過程中可以提高熱場溫度，加快籽晶以上部分硅料的熔化速度，縮短生長周期；三是減少晶體內(nèi)徑向溫度分布，從而減少晶體內(nèi)由于溫度梯度差引起的位錯(cuò)等晶體缺陷密度，提高晶體質(zhì)量；四是在結(jié)晶初期，提高徑向溫度梯度，促進(jìn)晶粒橫向生長，增大多晶硅柱狀晶晶粒的直徑。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、保溫腔頂板；2、石英陶瓷坩堝；3、石墨坩堝；4、石墨助凝塊；5、下爐體； 6、支撐柱；7、保溫腔側(cè)壁拉桿；8、導(dǎo)氣筒；9、上爐體；10、加熱器；11、保溫腔側(cè)壁；12、保溫腔底板；13、冷卻器；14、導(dǎo)管。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。如圖1所示的一種帶有局部冷卻裝置的多晶硅熱場，由上爐體和下爐體組成爐腔，爐腔內(nèi)設(shè)置有由保溫腔頂板、保溫腔側(cè)壁以及保溫腔底板組成的保溫腔，保溫腔內(nèi)自上而下依次設(shè)置有石英陶瓷坩堝、石墨坩堝以及石墨助凝塊，石墨助凝塊的下表面的中部設(shè)置有支撐柱。石墨坩堝的外部上方設(shè)置有加熱器，所述的保溫腔頂板的中部設(shè)置有導(dǎo)氣筒， 保溫腔側(cè)壁的頂部設(shè)置有拉桿，所述的拉桿垂直延升至上爐體的外部。所述的保溫腔底板上設(shè)置有冷卻器，所述的冷卻器呈回字型往復(fù)結(jié)構(gòu)布置，冷卻器的底部連通有導(dǎo)管，所述的導(dǎo)管穿過保溫腔底板延升至爐腔外部。利用本熱場進(jìn)行鑄錠單晶生長時(shí)，熔化階段提高保溫腔側(cè)壁8cm、并在化料末期打開冷卻器，冷卻介質(zhì)為氬氣，氬氣直接噴向石墨助凝塊下表面邊緣，保護(hù)石英坩堝底部邊緣仔晶不被融化，仔晶高度降低30%，晶錠表面類單晶比例提高20%。長晶過程開始后，關(guān)閉接入氬氣。普通多晶硅的生長，在長晶第一階段，保溫腔側(cè)壁向上提起，與保溫腔底板分離， 冷卻器通入氬氣并直接噴向石墨助凝塊下表面邊緣，提高石墨助凝塊徑向溫度梯度，長晶第一步結(jié)束后關(guān)閉氬氣接入，晶錠切片后，柱狀晶晶粒平均直徑提高10%。以上說明書中描述的只是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，各種舉例說明不對本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的具體實(shí)施方式
做修改或變形，而不背離實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求1.一種帶有局部冷卻裝置的多晶硅熱場，包括由上爐體和下爐體組成的爐腔，所述的爐腔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)保溫腔，其特征在于所述的保溫腔底板上設(shè)置有冷卻器，所述的冷卻器呈回字型往復(fù)結(jié)構(gòu)布置，冷卻器的底部連通有導(dǎo)管，所述的導(dǎo)管穿過保溫腔底板延升至爐腔外部。
2.如權(quán)利要求1所述的帶有局部冷卻裝置的多晶硅熱場，其特征在于所述的保溫腔內(nèi)設(shè)置有石墨助凝塊，所述的石墨助凝塊的外徑與冷卻器的外徑偏差小于50mm。
3.如權(quán)利要求1所述的帶有局部冷卻裝置的多晶硅熱場，其特征在于所述的冷卻器的橫截面高為20 60mm，寬為100 200mm。
4.如權(quán)利要求2所述的帶有局部冷卻裝置的多晶硅熱場，其特征在于所述的冷卻器表面具有噴口，導(dǎo)管內(nèi)的冷卻介質(zhì)通過噴口直接噴向石墨助凝塊的下表面。
5.如權(quán)利要求4所述的帶有局部冷卻裝置的多晶硅熱場，其特征在于所述的冷卻介質(zhì)為液體或惰性氣體。
6.如權(quán)利要求1所述的帶有局部冷卻裝置的多晶硅熱場，其特征在于所述的導(dǎo)管上設(shè)置有通入液態(tài)冷卻介質(zhì)時(shí)調(diào)節(jié)液體流量的流量調(diào)節(jié)閥。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種帶有局部冷卻裝置的多晶硅熱場，包括由上爐體和下爐體組成的爐腔，所述的爐腔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)保溫腔，所述的保溫腔底板上設(shè)置有冷卻器，所述的冷卻器呈回字型往復(fù)結(jié)構(gòu)布置，冷卻器的底部連通有導(dǎo)管，所述的導(dǎo)管穿過保溫腔底板延升至爐腔外部。采用本實(shí)用新型可以增加多晶硅助凝塊底部溫度分布的均勻性，在利用籽晶誘導(dǎo)法生長鑄錠單晶時(shí)，在化料后期強(qiáng)化邊緣冷卻效果，保護(hù)籽晶不被完全融化；在化料過程中可以提高熱場溫度，加快籽晶以上部分硅料的熔化速度，縮短生長周期；能夠減少晶體內(nèi)由于溫度梯度差引起的位錯(cuò)等晶體缺陷密度，提高晶體質(zhì)量；在結(jié)晶初期，提高徑向溫度梯度，促進(jìn)晶粒橫向生長，增大多晶硅柱狀晶晶粒的直徑。
文檔編號C30B29/06GK202246974SQ201120321289
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者張志強(qiáng) 申請人:常州天合光能有限公司