一种基于隔板升降的晶体生长界面控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于隔板升降的晶体生长界面控制方法。现有用于控制晶体生长固液界面的Bridgman法及VGF法，以上两种方法在工业应用中较为复杂，不适合用于当前单锭重量越来越大的光伏硅铸锭行业。本发明专利技术的特征在于晶硅铸锭炉热场的绝热笼内壁上设有一圈抵触在其上且能沿其升降的隔板，隔板由绝热材料制成，通过升降隔板来修正晶体生长的固液界面：当固液界面出现上凸形状时，为保持固液界面平整，向上移动隔板；当固液界面出现下凹形状时，为保持固液界面平整，向下移动隔板。本发明专利技术通过隔板的升降避免了大重量坩埚无法实现平稳升降的弊端，同时利用隔板的升降来改变其和周围热场组件的相对位置，从而达到了控制固液界面形状的功能。

Crystal growth interface control method based on clapboard lifting

The invention relates to a crystal growth interface control method based on clapboard lifting. The existing methods for controlling the solid-liquid interface of crystal growth are Bridgman and VGF. The above two methods are more complex in industrial applications, and are not suitable for the photovoltaic ingot casting industry with increasing single ingot weight at present. The invention is characterized in that the silicon ingot furnace thermal insulation cage is arranged on the inner wall of a partition in the circle of conflict and along the lifting, the separator is composed of insulating material, by lifting the partition to correct the solid-liquid interface of crystal growth: when the solid-liquid interface appears on the convex shape, to maintain a smooth solid-liquid interface. To move the diaphragm; when the solid-liquid interface appears concave shape, in order to maintain a smooth solid-liquid interface, moving down the partition. The invention avoids the disadvantages of large weight crucible can not achieve stable lifting through the separator lifting, while using the diaphragm to change its lifting and the surrounding thermal field components of the relative position, so as to achieve the control of solid-liquid interface shape function.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硅及其它半导体材料以铸锭方式进行晶体生长的方法，具体地说是。
技术介绍
多晶硅铸锭技术由于其产业化中廉价、高效、低能耗的优势已经占领了光伏硅片生产的大片领域。但是以多晶硅铸锭技术生产的光伏硅片在质量上和直拉单晶相比还存在差距。杂质含量、少子寿命、位错密度等等因素都使得多晶硅电池片的最终转换效率低于直拉单晶硅电池片1^-2 ^不过直拉单晶电池片所拥有的最后一座堡垒，已经渐渐被兴起的技术所攻破。单晶铸锭技术，也就是利用方形籽晶作为生长初始条件，继而生长出单晶体或准单晶体的硅锭。该项技术能够将最后制得的电池片最高效率提升到19%，使得直拉单晶的优势荡然无存。这项技术的推广就是光伏行业飞速发展的契机。利用籽晶避免了坩埚表面的随机成核，使得最初的晶体生长能够按照初始籽晶的方向进行生长。但是要保持晶体生长的连续，就需要良好的温度梯度和始终一致水平的固液界面。由HEM发展而来的DSS技术以及ALD技术都无法保证水平一致的固液界面。能做该项控制技术的是Bridgman法以及VGF法。这两项技术都是基于光学单晶体生长的，它们不但能做到籽晶动态平衡而且也能恒定界面控制。Bridgman法最核心的标志是坩埚能够上下移动。通过移动坩埚位置，形成加热器、 绝热材料等热场组件相对位置变动，以此来控制界面形状。VGF法的设备具有多组加热器，并且加热器之间相互独立。运行过程中保持所有热场组件及坩埚位置不变，通过调节各组加热器的功率，来控制一定的固液界面。以上两种方法固然可行，但是工业应用较为复杂。特别是对于当前单锭重量越来越大的光伏硅铸锭行业，往往一个锭就在450kg以上，这两套系统都有各自弊端。Bridgman 法做不到大重量的坩埚移动，而VGF法则是无法在有限空间(约300mm高度)里布置足够用来控制界面的加热器组。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供， 利用隔板的直线运动，将晶体生长过程中的固液界面置于完全可控的状态下。为此，本专利技术采用的技术方案为，其特征在于晶硅铸锭炉热场的绝热笼内壁上设有一圈抵触在其上且能沿其升降的隔板，隔板由绝热材料制成，通过升降隔板来修正晶体生长的固液界面当固液界面出现上凸形状时， 为保持固液界面平整，向上移动隔板；当固液界面出现下凹形状时，为保持固液界面平整，3向下移动隔板。隔板和固液界面处于相对一致位置时，此时的固液界面保持平整。当晶硅铸锭炉热门的打开方式影响到晶体生长过程中固液界面形状的变化时，也通过调节隔板所处位置来进行修正。本专利技术利用调整隔板的位置可以实现需要何种形式的固液界面当需要下凹的固液界面形状时，则移动隔板使其高于固液界面位置；当需要上凸的固液界面形状时，则移动隔板使其低于固液界面位置。上述基于隔板升降的晶体生长界面控制方法，隔板的运行位置由晶体生长工艺根据当时固液界面位置的测算决定，即绝热隔板移动的最低位为绝热笼的底部，绝热隔板移动的最高位由晶体生长工艺根据当时固液界面位置的测算决定。上述基于隔板升降的晶体生长界面控制方法，隔板位于绝热笼的内壁与晶硅铸锭炉热场的热交换台外壁之间，位于热交换台两侧的隔板上均固接一吊杆，所述的吊杆上端穿过绝热笼与一升降驱动机构(如气缸)连接。本专利技术通过隔板的升降避免了大重量坩埚无法实现平稳升降的弊端，同时利用隔板的升降来改变其和周围热场组件的相对位置，从而达到了控制固液界面形状的功能，可以得到良好的温度梯度和始终一致水平的固液界面，从而保持晶体生长的连续。下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术晶硅铸锭炉热场的结构示意图。图2-4为本专利技术通过升降隔板进行控制时的示意图。具体实施例方式如图1所示的晶硅铸锭炉热场，其由绝热笼3、设置于绝热笼内的加热器2、用于放置坩埚的热交换台6和用于热交换台与绝热笼外部间进行散热的热门7，所述绝热笼3的下方设有水冷板8，热交换台6置于绝热笼3内，所述的坩埚由石墨坩埚4和石英坩埚5组成， 绝热笼的内壁上设有一圈抵触在其上且能沿其升降的隔板1，隔板由绝热材料制成，隔板位于绝热笼的内壁与热交换台外壁之间。该隔板可以以适当的方式进行上下移动，该方式可以是上部提拉，下部推动以及其它形式的运动机构转换。本专利技术位于热交换台两侧的隔板上均固接吊杆，所述的吊杆上端穿过绝热笼与升降驱动机构连接，通过升降驱动机构实现隔板的升降。本专利技术通过升降隔板来控制晶体生长过程中的固液界面的方法如下如图2所示，当隔板和固液界面处于相对一致位置时，从侧部流入的能量略少于从中部进入的能量，此时固液界面会保持平整。如图3所示，当隔板高于固液界面位置时，从侧面进入硅液的能量就要远小于从中部进入的能量，边部的温度就要低于中部温度，此时固液界面在边部会出现下凹状。如图4所示，当隔板低于固液界面位置时，从侧面进入的能量就会大大增加，边部温度明显会高于中部温度，此时固液界面会出现上凸状。随着晶体生长过程的不断进行，固液界面位置也会从低到高不断推进。如果隔板没有升降功能，或者没有隔板，则随着固液界面升高，其形状也会越来越凹。这种情况对晶体生长的连续性是非常有害的。 此外，当热门打开方式影响到晶体生长中固液界面形状的变化时，这种情形也能通过调节升降隔板位置来进行修正，只是隔板位置和液面高度不再是相对恒定的关系。权利要求1.，其特征在于晶硅铸锭炉热场的绝热笼内壁上设有一圈抵触在其上且能沿其升降的隔板，隔板由绝热材料制成，通过升降隔板来修正晶体生长的固液界面当固液界面出现上凸形状时，为保持固液界面平整，向上移动隔板；当固液界面出现下凹形状时，为保持固液界面平整，向下移动隔板。2.根据权利要求1所述的基于隔板升降的晶体生长界面控制方法，其特征在于利用调整隔板的位置来实现需要何种形式的固液界面当需要下凹的固液界面形状时，则移动隔板使其高于固液界面位置；当需要上凸的固液界面形状时，则移动隔板使其低于固液界面位置。3.根据权利要求1或2所述的基于隔板升降的晶体生长界面控制方法，其特征在于隔板的运行位置由晶体生长工艺根据当时固液界面位置的测算决定。4.根据权利要求1或2所述的基于隔板升降的晶体生长界面控制方法，其特征在于当晶硅铸锭炉热门的打开方式影响到晶体生长过程中固液界面形状的变化时，也通过调节隔板所处位置来进行修正。5.根据权利要求1或2所述的基于隔板升降的晶体生长界面控制方法，其特征在于隔板位于绝热笼的内壁与晶硅铸锭炉热场的热交换台外壁之间，位于热交换台两侧的隔板上均固接一吊杆，所述的吊杆上端穿过绝热笼与一升降驱动机构连接。全文摘要本专利技术涉及。现有用于控制晶体生长固液界面的Bridgman法及VGF法，以上两种方法在工业应用中较为复杂，不适合用于当前单锭重量越来越大的光伏硅铸锭行业。本专利技术的特征在于晶硅铸锭炉热场的绝热笼内壁上设有一圈抵触在其上且能沿其升降的隔板，隔板由绝热材料制成，通过升降隔板来修正晶体生长的固液界面当固液界面出现上凸形状时，为保持固液界面平整，向上移动隔板；当固液界面出现下凹形状时，为保持固液界面平整，向下移动隔板。本专利技术通过隔板的升降避免了大重量坩埚无法实现平稳升降的弊端，同时利用隔板的升降来改变其和周围热场组件的相对位置，从而达到了控制固液界面形状的功能。文档编号C30B11/00GK10215本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于隔板升降的晶体生长界面控制方法，其特征在于晶硅铸锭炉热场的绝热笼内壁上设有一圈抵触在其上且能沿其升降的隔板，隔板由绝热材料制成，通过升降隔板来修正晶体生长的固液界面：当固液界面出现上凸形状时，为保持固液界面平整，向上移动隔板；当固液界面出现下凹形状时，为保持固液界面平整，向下移动隔板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐芳华，赵波，王琤，高杰，陈志华，王明明，任晓坜，高波，
申请(专利权)人：杭州精功机电研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：86