本发明专利技术提供一种晶体生长装置，包括：坩埚，其配置在支撑机构上的坩埚，且至少两个平板形成于该支撑机构下并能以协同方式移动而形成以该坩埚中所形成的锭为中心的对称孔；以及驱动机构，其用以驱动具有一个自由度的该平板。该平板于多个不连续的位置展开以形成对应所形成的锭而中心装载的孔，以便提升所形成的该锭的定向固化，并因而达到该锭的所需的凸面外形。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术关于用于晶体生长(crystal growth)和定向固化(directionalsolidification)的熔炉(furnaces),更具体而言,关于具有中心装载孔的晶体生长装置，以及用于控制自该晶体生长装置中所包含的坩埚热移除的设备和方法。 先前技术定向固化系统(Directionalsolidification systems, DSS)为用于生产使用于光伏打(photovoltaic)工业的娃锭(silicon ingots)。DSS熔炉可用于如娃的初始材料的晶体生长和定向固化。在DSS工艺中，娃原料(feedstock)可被熔解及定向固化于相同熔炉中。常见地，将含有一定量的硅的坩埚(crucible)置于熔炉中，并且将至少一个加热组件配置接近于该坩埚。在定向固化工艺中，大量硅原料材料在大约其熔点温度1412°C时熔解于坩埚内，因此形成硅熔解物。当热自该坩埚底部移除时，该硅熔解物的底层开始固化，且在该坩埚底部形成固体硅的第一层。当热自该坩埚底部进一步移除时，经固化的硅继续生长。该工艺持续直到该硅熔解物的全部体积实质上固化，也就是产生锭。在此工艺中，热移除的方向与硅生长方的方向相反；也就是，当热自该坩埚底部移除时，该硅熔解物朝该坩埚顶部固化。如此，杂质(impurities)被「推挤(pushed)」至该i甘祸的边缘和顶部,也就是最后发生固化的地方。使用定向固化作为纯化工艺(purification process),也就是,因为大部分杂质相较于在固化期间的固相更可溶解于液体中，所以杂质会被固化前缘(solidification front)推挤，造成相较于原料材料所形成的锭具有较低浓度的杂质。在定向固化工艺中可能产生两种典型的固体-液体接口 杂质移动至硅锭的角落的凸面外形，以及杂质形成在硅锭的角落和中心的凹面外形。凸面外形的硅锭较为理想，因为其能提供实质形状一致的最多可用材料。德国专利DE 10021585号揭露用于产生硅熔解物的配置，以及定向固化该硅熔解物，其中，在含有娃熔解物的模具下配置多个加热棒(heating rods),以及在该加热棒下方配置冷却设施(cooling facility)且以隔离滑块(insulating slide)分隔该加热棒，使得在固化阶段期间，该隔离滑块以水平方向移动远离该模具，而来自模具的辐射热(radiantheat)转移至该冷却设施。根据此德国专利，隔离滑块不是展开就是闭合，也就是说，在加热阶段闭合使得硅熔解物透过加热棒加热，或者在固化阶段展开以远离模具而移动。Ravi等人的美国专利申请公开号US 2009/0280050揭露一种用于通过定向固化以形成多晶(multi-crystalline)硅锭的装置和方法，其包括使用配置在坩埚下方水平可动的热屏蔽(heat shields)，据称得以控制锭生长和凸面外形。根据Ravi等人所公开专利申请案的各种实施例，不是使用四个独立可动的热屏蔽，就是使用两个绕轴(pivoting)及/或重迭(overlapping)的热屏蔽。然而,在每一个实施例中，需要有复杂的控制机构及/或多重驱动机构。尤其，为了产生所需尺寸及/或形状的开口，每一个热屏蔽为独立且分别可动的。所以，需要提供一种晶体生长装置，以及用于控制自该晶体生长装置中所包含的坩埚热移除的设备和方法，其中，来自坩埚的辐射热允许通过因量的变化而展开的孔，且提供简化的驱动机构以控制坩埚的尺寸，使得硅熔解物可由其底部中心冷却以产生具凸面外形的硅锭。
技术实现思路
提供一种晶体生长装置，以及用于控制自该晶体生长装置中所包含的坩埚热移除 的设备和方法，其中该晶体生长装置较佳地包括至少两个平板，能以协同方式移动而形成以坩埚中所形成的锭为中心的对称孔；以及驱动机构，设置成驱动具有一个自由度的该平板。该平板配置成形成对应该坩埚内所形成的锭而中心装载的孔，以便提升所形成的该锭的定向固化，并因而达到该锭的所需的凸面外形。该晶体生长装置可为定向固化熔炉，其中硅进料放置于坩埚内，且配置至少一个加热组件接近于该坩埚。特别地，该进料可为硅原料，或具单晶硅种的硅原料。根据本专利技术的一种晶体生长装置，较佳地包括用于接收进料的坩埚；配置以支撑该坩埚的支撑机构；用于加热及至少部分熔解该进料的至少一个加热组件；以及用于控制自该坩埚的热移除的设备，具备至少两个平板，能以协同方式移动而形成实质上以该坩埚中所形成的锭为中心的对称孔；以及驱动机构，配置成驱动具有单一自由度的该至少两个平板。较佳地，以相同速率移动该至少两个平板以便改变尺寸，但更佳地并未实质上改变其形状，其中该至少两个平板可在完全闭合位置和完全展开位置间移动，且更佳地该至少两个平板可在该完全闭合位置和该完全展开位置间的多个不连续的部分展开位置移动。又，该至少两个平板可为互锁，使得该至少两个平板在该完全闭合位置为互锁及啮合。另夕卜，该至少两个平板可配置成以近乎相同的量朝向或远离该坩埚的底部中心滑动。换句话说，由该至少两个平板所形成的该孔较佳地为中心装载，也就是该至少两平板配置成让它们的安装中心对应该锭所形成的该坩埚的底部中心。该至少两个平板可形成该孔，具有选自至少下列的形状方形、矩形、圆形、拋物线形、菱形及椭圆形，或者透过关系式y=f (χ)所定义的形状，这里的χ和I是指分别沿着X轴和Y轴的距离。于一实施例中，该至少两个平板包括三角截面，其形成具有方形、矩形或菱形形状的孔。该至少两个平板较佳地为可动，以便允许辐射热通路以受控方式穿过该孔，并因此达到类似所形成的锭的轮廓的热梯度外形。根据本专利技术，该坩埚较佳地容置于坩埚箱内，该坩埚箱可与该支撑机构直接接触。该支撑机构为石墨或相似材料所制成的块，且可形成像是实心块。或者，该块可包括多个延伸穿过该块的孔洞。如另一替代例，该支撑机构可形成如多个支柱、支撑杆、及/或圆柱。本专利技术的晶体生长装置视需要地可包括配置于该晶体生长装置的热交换器，其中该热交换器较佳地接收由该支撑机构底部所发散的热。视需要地，扩散平板可配置于该支撑机构和该热交换器间以提供实质上均匀的温度分布。根据本专利技术的一种用于控制自晶体生长装置中所包含的坩埚热移除的设备，可包括至少两个平板，能以协同方式移动而形成实质上以该坩埚中所形成的锭为中心的对称孔；以及驱动机构，配置成驱动具有一个自由度的该至少两个平板。根据本专利技术的一种用于控制自晶体生长装置中所包含的坩埚热移除的方法，可包括下列步骤设置用于接收进料的坩埚；加热并至少部分熔解容置于该坩埚内的该进料；设置至少两个平板以协同方式可动，而形成实质上以该坩埚中所形成的锭为中心的对称孔；以及驱动具有单一自由度的该至少两个平板。本专利技术的其它态样和实施例讨论如下。附图说明 为充分了解本专利技术的本质和欲达成的目标，于下文中参考相关联的附加图式加以详述，其中相同的组件符号代表遍及不同视图中相同的部分，且其中图I为根据本专利技术的晶体生长装置的横截面透视图；图2A为根据本专利技术的晶体生长装置结合实心块的支撑机构的横截面图；图2B为图2A的晶体生长装置的上俯视图；图3A为根据本专利技术的晶体生长装置结合多个支撑杆的支撑机构的横截面图；图3B为图3A的晶体生长装置的上俯视图；图4A为根据本专利技术的晶体生长装置结合具有多本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.12 US 61/313,3471.一种晶体生长装置，包括 坩埚，其用于接收进料； 支撑机构，其配置成支撑该坩埚； 至少一个加热组件，其用于加热及至少部分熔解该进料；以及设备，其用于控制自该坩埚的热移除，包括 至少两个平板，其以协同方式移动而形成实质上以该坩埚中所形成的锭为中心的对称孔；及 驱动机构，其配置成驱动具有单一自由度的该至少两个平板。2.如权利要求I所述的晶体生长装置，其中，该至少两个平板以相同速率移动，以便改变该孔的尺寸。3.如权利要求I所述的晶体生长装置，其中，该至少两个平板在完全闭合位置和完全展开位置间移动。4.如权利要求3所述的晶体生长装置，其中，该至少两个平板在该完全闭合位置和该完全展开位置间的多个不连续的位置移动。5.如权利要求I所述的晶体生长装置，其中，该至少两个平板互锁且重迭。6.如权利要求I所述的晶体生长装置，其中，该至少两个平板配置成以近乎相同的量朝向或远离该坩埚的底部中心滑动。7.如权利要求I所述的晶体生长装置，其中，该至少两个平板形成具有方形、矩形、圆形、拋物线形、菱形或椭圆形形状的该孔。8.如权利要求I所述的晶体生长装置，其中，该孔具有以关系式y=f(χ)所定义的形状，其中χ和y分别表示沿着X轴和Y轴的距离。9.如权利要求I所述的晶体生长装置，其中，该至少两个平板包括形成具有方形、矩形或菱形形状的该孔的三角截面。10.如权利要求I所述的晶体生长装置，其中，该至少两个平板为可动，以便允许辐射热通路以受控方式穿过该孔，并达到凸面梯度外形。11.如权利要求I所述的晶体生长装置，进一步包括坩埚箱，其用于容置该坩埚。12.如权利要求I所述的晶体生长装置，进一步包括扩散平板，其配置于该支撑机构和该至少两个平板间。13.如权利要求I所述的晶体生长装置，其中，该支撑机构包括实心块。14.如权利要求13所述的晶体生长装置，其中，该块包括多个延伸穿过该块的孔洞。15.如权利要求13所述的晶体生长装置，其中，该块以石墨制造。16.如权利要求I所述的晶体生长装置，其中，该支撑机构包括多个支柱、支撑杆、或圆柱。17.如权利要求I所述的晶体生长装置，进一步包括热交换器，其配置于该晶体生长装置内。18.如权利要求17所述的晶体生长装置，其中，该热交换器接收由该支...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴真明，D·斯凯尔顿，B·福拉诺，
申请(专利权)人：GTAT公司，
类型：
国别省市：
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