一种单晶硅的制备装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单晶硅的制备装置及其使用方法，属于单晶硅制造技术领域，真空熔炼室；分瓣式水冷铜坩埚，设置在所述真空室内；石墨熔化棒，可伸入所述分瓣式水冷铜坩埚中；高频感应线圈，设在所述分瓣式水冷铜坩埚外；石英坩埚，位于所述分瓣式水冷铜坩埚的下方；石墨加热器，套设在所述石英坩埚外；低频感应线圈，套设在所述石墨加热器外；第一提升机构，与所述低频感应线圈相连，用于提供所述低频感应线圈沿所述石英坩埚轴向方向的提升力；冷却器，贴附在所述石英坩埚的底部；加料机构，其出料通入所述分瓣式水冷铜坩埚。可降低最终硅晶体的氧含量，综合提高晶体质量。综合提高晶体质量。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶硅的制备装置及其使用方法


[0001]本申请涉及单晶硅制备
，具体涉及一种单晶硅的制备装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]当天然气、煤、石油等不可再生能源频频告急，新能源的崛起并在未来占据主导地位是社会经济发展的必经之路。太阳能做为清洁能源，在国际光伏产业巨大市场的带动下，得到了迅猛的发展。在太阳能光伏发电行业中，单晶硅成为基材担当起制备太阳能电池主要原材料。目前，制造单晶硅的方法主要是Cz法直拉单晶、Fz法区熔单晶。Cz法直拉单晶主要用于制作太阳能单晶硅，而Fz法区熔单晶主要应用于制作高反应元件上。前者在熔炼过程中，熔化的硅用石英坩埚装载，液态硅不可避免的接触石英坩埚中的氧；后者为无坩埚的悬浮熔炼，液态硅悬浮不接触其他材料没有污染，但成本略高。降低单晶硅的制作成本，并减少单晶硅的氧含量，是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本申请实施例的目的是提供一种单晶硅的制备装置及其使用方法，以解决相关技术中存在的单晶硅的制作成本高，且单晶硅的氧含量高的问题。
[0004]根据本申请实施例的第一方面，提供一种单晶硅的制备装置，包括：
[0005]真空熔炼室；
[0006]分瓣式水冷铜坩埚，所述分瓣式水冷铜坩埚设置在所述真空室内；
[0007]石墨熔化棒，所述石墨熔化棒可伸入所述分瓣式水冷铜坩埚中；
[0008]高频感应线圈，所述高频感应线圈设在所述分瓣式水冷铜坩埚外；
[0009]石英坩埚，所述石英坩埚位于所述分瓣式水冷铜坩埚的下方；<br/>[0010]石墨加热器，所述石墨加热器套设在所述石英坩埚外；
[0011]低频感应线圈，所述低频感应线圈套设在所述石墨加热器外；
[0012]第一提升机构，所述第一提升机构与所述低频感应线圈相连，用于提供所述低频感应线圈沿所述石英坩埚轴向方向的提升力；
[0013]冷却器，所述冷却器贴附在所述石英坩埚的底部；以及
[0014]加料机构，所述加料机构的出料通入所述分瓣式水冷铜坩埚。
[0015]进一步地，还包括：
[0016]第二提升机构，所述石墨熔化棒设置在所述第二提升机构上，当所述分瓣式水冷铜坩埚预热完成后，通过所述第二提升机构将所述石墨熔化棒从所述分瓣式水冷铜坩埚中拉出。
[0017]进一步地，所述高频感应线圈上连接有高频感应加热电源，所述高频感应线圈的感应频率为10KHz～30KHz。
[0018]进一步地，所述石墨加热器上连接有石墨加热电源。
[0019]进一步地，所述冷却器14上连接有冷却系统。
[0020]进一步地，所述低频感应线圈上连接有低频感应线圈电源，所述的低频感应线圈的感应频率为1Hz～4Hz。
[0021]进一步地，初始状态时，所述低频感应线圈底部和石英坩埚底部在一条水平线上。
[0022]进一步地，所述水冷铜坩埚底部范围内有若干个1mm～3mm出液孔。
[0023]进一步地，所述第一提升机构的提升速度可为0.1mm/min～1.5mm/min。
[0024]根据本申请实施例的第二方面，提供一种单晶硅的制备装置的使用方法，包括：
[0025](1)所述加料机构向所述分瓣式水冷铜坩埚加入硅料；
[0026](2)通过所述石墨加热器给所述石英坩埚加热到预定温度；
[0027](2)通过石墨熔化棒将水冷铜坩埚内硅料预热至预定温度；
[0028](3)通过高频感应线圈给所述水冷铜坩埚内硅料加热达到导磁温度；
[0029](4)抽拉走石墨熔化棒，高频感应线圈持续加热，待硅料熔化后，部分硅液从水冷铜坩埚中的出液孔中流入到下方的石英坩埚内；
[0030](5)低频感应线圈开始工作，开启冷却器，随着晶体的不断生长，第一提升机构将低频感应线圈以固液界面前沿为中心逐步向上移动直至长晶结束。
[0031]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0032]由以上技术方案可知，本申请在真空状态下使用分瓣式水冷铜坩埚熔化硅，熔化后的硅流入下面石英坩埚中进行晶体生长。在晶体生长的过程中，采用了低频电磁搅拌和底部冷却的技术手段。
[0033]通过水冷铜坩埚熔化硅，熔化后流入石英坩埚后就开始长晶，这样硅在熔化
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凝固过程中，接触石英坩埚时间较短，进而降低了硅晶体中的氧含量；通过对固液界面的低频搅拌，为长晶过程中溶质充分再分配增强了动力，杂质更容易脱离凝固边缘，提高了晶体质量；冷却器的介入，使长单晶过程中，固液界面呈水平或者上凸的趋势，进而大大降低了缺陷密度，保证了晶体质量。
[0034]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0035]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0036]图1是根据一示例性实施例示出的一种单晶硅的制备装置的结构示意图。
[0037]图中的附图标记有：
[0038]抽真空装置1、真空熔炼室2、加料机构3、第二提升机构4、高频感应加热电源5、石墨加热电源6、冷却系统7、低频感应线圈电源8、第一提升机构9、石墨熔化棒10、分瓣式水冷铜坩埚11、石英坩埚12、单晶硅籽晶13、冷却器14、低频感应线圈15、石墨加热器16、高频感应线圈17。
具体实施方式
[0039]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及
附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0040]在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0041]应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“相应于确定”。
[0042]参考图1，本专利技术实施例提供一种单晶硅的制备装置，主要包括：真空熔炼室2、加料机构3、第一提升机构9、石墨熔化棒10、分瓣式水冷铜坩埚11、石英坩埚12、冷却器14、高频感应线圈17、低频感应线圈15、石墨加热器16，所述分瓣式水冷铜坩埚11设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶硅的制备装置，其特征在于，包括：真空熔炼室；分瓣式水冷铜坩埚，所述分瓣式水冷铜坩埚设置在所述真空室内；石墨熔化棒，所述石墨熔化棒可伸入所述分瓣式水冷铜坩埚中；高频感应线圈，所述高频感应线圈设在所述分瓣式水冷铜坩埚外；石英坩埚，所述石英坩埚位于所述分瓣式水冷铜坩埚的下方；石墨加热器，所述石墨加热器套设在所述石英坩埚外；低频感应线圈，所述低频感应线圈套设在所述石墨加热器外；第一提升机构，所述第一提升机构与所述低频感应线圈相连，用于提供所述低频感应线圈沿所述石英坩埚轴向方向的提升力；冷却器，所述冷却器贴附在所述石英坩埚的底部；以及加料机构，所述加料机构的出料通入所述分瓣式水冷铜坩埚。2.根据权利要求1所述的一种单晶硅的制备装置，其特征在于，还包括：第二提升机构，所述石墨熔化棒设置在所述第二提升机构上，当所述分瓣式水冷铜坩埚预热完成后，通过所述第二提升机构将所述石墨熔化棒从所述分瓣式水冷铜坩埚中拉出。3.根据权利要求1所述的一种单晶硅的制备装置，其特征在于，所述高频感应线圈上连接有高频感应加热电源，所述高频感应线圈的感应频率为10KHz～30KHz。4.根据权利要求1所述的一种单晶硅的制备装置，其特征在于，所述石墨加热器上连接有石墨加热电源。5.根据权利要求1所述的一种单晶硅的制备装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立新，王中然，
申请(专利权)人：长沙新立硅材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：