電子束熔煉與長(zhǎng)晶技術(shù)耦合制備多晶硅的裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)屬于多晶硅鑄錠領(lǐng)域，特別涉及一種電子束熔煉與長(zhǎng)晶技術(shù)耦合制備多晶硅的裝置。一種電子束熔煉與長(zhǎng)晶技術(shù)耦合制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的裝置，爐體內(nèi)放置有石墨坩堝，石墨坩堝外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞有石墨加熱體和石墨保溫套，石墨保溫套的上石墨蓋板可水平移動(dòng)，且在爐體的一側(cè)與上石墨蓋板的平行位置處外接有空心板槽；石墨坩堝底部中心位置安裝有水冷拉錠機(jī)構(gòu)；其內(nèi)置有冷卻循環(huán)水管；爐體頂部通連安裝有電子槍?zhuān)瑐?cè)部上端開(kāi)有充氣閥，下端開(kāi)有放氣閥。優(yōu)點(diǎn)：該裝置將電子束熔煉技術(shù)與長(zhǎng)晶過(guò)程有效地耦合在一起，從而實(shí)現(xiàn)了在同一設(shè)備上實(shí)現(xiàn)兩種生產(chǎn)工藝的目的，減少了破碎、清洗及烘干環(huán)節(jié)，總能耗降低超過(guò)30%，生產(chǎn)效率能夠提高40%左右。（*該技術(shù)在2023年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
電子束熔煉與長(zhǎng)晶技術(shù)耦合制備多晶硅的裝置
本技術(shù)屬于多晶硅鑄錠領(lǐng)域，特別涉及一種電子束熔煉與長(zhǎng)晶技術(shù)耦合制備多晶硅的裝置。
技術(shù)介紹
冶金法制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅技術(shù)作為發(fā)展低成本、環(huán)境友好的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備技術(shù)的必經(jīng)之路，目前已經(jīng)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。冶金法提純多晶硅是指采用物理冶金手段，在硅不參與發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情況下，依次去除硅中的各種雜質(zhì)元素(磷、硼及金屬)的方法，它不是單一的制備方法，而是一種集成法，主要利用飽和蒸汽壓原理、偏析原理及氧化性差異原理，分別采用不同的工藝方法，來(lái)去除硅中的雜質(zhì)元素，從而得到滿(mǎn)足太陽(yáng)能多晶硅純度要求的硅料。例如，利用介質(zhì)熔煉技術(shù)去除硅中的硼雜質(zhì)，利用定向凝固去除硅中的金屬雜質(zhì)，利用電子束熔煉技術(shù)去除硅中的磷雜質(zhì)，將三種熔煉工藝集成為一條工藝路線(xiàn)，經(jīng)過(guò)三種工藝過(guò)程，從而得到太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。專(zhuān)利201110031566.7 一種電子束除磷、除金屬的耦合提純多晶硅的方法及設(shè)備是利用電子束在低磷、低金屬的高純硅錠的頂部形成穩(wěn)定熔池，后將需提純的硅粉落入熔池熔煉，實(shí)現(xiàn)粉體的快速熔化去除硅粉中的揮發(fā)性雜質(zhì)磷，同時(shí)進(jìn)行定向拉錠使低磷多晶硅進(jìn)行定向凝固生長(zhǎng)，通過(guò)分凝效應(yīng)去除多晶硅中金屬雜質(zhì)。該專(zhuān)利是將電子束熔煉和定向凝固技術(shù)結(jié)合在一起去除多晶硅中雜質(zhì)元素。電子束熔煉技術(shù)，作為冶金法工藝流程中的重要組成部分，能夠有效去除硅中的高飽和蒸汽壓雜質(zhì)，如磷。長(zhǎng)晶技術(shù)作為制備最終滿(mǎn)足生產(chǎn)硅片要求的環(huán)節(jié)，是冶金法的后續(xù)環(huán)節(jié)。但目前，冶金法工藝過(guò)程中，電子束熔煉技術(shù)與長(zhǎng)晶技術(shù)為兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)節(jié)，一般是將電子束熔煉后的硅料，經(jīng)過(guò)破碎、清洗過(guò)程后，所得到的硅料再放入鑄錠爐內(nèi)進(jìn)行再次熔煉，進(jìn)行長(zhǎng)晶，得到滿(mǎn)足生產(chǎn)硅片要求的鑄錠。但在這個(gè)流程中，電子束熔煉技術(shù)及長(zhǎng)晶技術(shù)均涉及到硅料的熔化及凝固過(guò)程，同時(shí)，電子束熔煉后的硅料，需要經(jīng)過(guò)噴砂、破碎、清洗、烘干后，才能進(jìn)入長(zhǎng)晶環(huán)節(jié)，增加了整體投資，且生產(chǎn)效率較低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)克服上述不足問(wèn)題，提供一種電子束熔煉與長(zhǎng)晶技術(shù)耦合制備多晶硅的裝置，更加高效地去除硅中的磷雜質(zhì)元素，大大降低生產(chǎn)過(guò)程中的總能耗。本技術(shù)為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種電子束熔煉與長(zhǎng)晶技術(shù)耦合制備多晶硅的裝置，爐體內(nèi)放置有石墨坩堝，石墨坩堝外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞有石墨加熱體和石墨保溫套，石墨保溫套的上石墨蓋板可水平移動(dòng)，且在爐體的一側(cè)與上石墨蓋板的平行位置處外接有空心板槽；石墨坩堝底部中心位置安裝有水冷拉錠機(jī)構(gòu)；其內(nèi)置有冷卻循環(huán)水管；爐體頂部通連安裝有電子槍?zhuān)瑐?cè)部上端開(kāi)有充氣閥，下端開(kāi)有放氣閥。石墨坩堝內(nèi)表面優(yōu)選加碳化硅或氮化硅涂層。其工作原理如下:(I)裝料抽真空:將硅料清洗烘干后放入石墨坩堝內(nèi)，并將爐體內(nèi)抽真空；(2)加氬氣升壓:通過(guò)充氣閥向爐體內(nèi)通入氬氣升壓；(3)升溫使硅料熔化:移動(dòng)石墨蓋板到石墨坩堝上部蓋住，對(duì)石墨加熱體通電至硅料完全熔化成硅液；(4)電子束熔煉:將爐體和電子槍再次抽真空，移除石墨坩堝上的石墨蓋板，設(shè)定電子槍功率后開(kāi)啟電子槍?zhuān)瑢?duì)硅液表面進(jìn)行電子束熔煉，熔煉結(jié)束后關(guān)閉電子槍?zhuān)?5)晶體長(zhǎng)晶:移動(dòng)石墨蓋板到石墨坩堝上部蓋住，向爐體內(nèi)充入氬氣升壓，啟動(dòng)水冷拉錠機(jī)構(gòu)拉錠，將石墨坩堝拉出石墨加熱體的熱場(chǎng)直至長(zhǎng)晶結(jié)束；(6)鑄錠退火:控制石墨加熱體，將熱場(chǎng)溫度設(shè)定在硅熔點(diǎn)以下，啟動(dòng)水冷拉錠機(jī)構(gòu)，將石墨坩堝重新升入熱場(chǎng)，進(jìn)行保溫退火；(7)冷卻降溫、開(kāi)爐取錠:控制石墨加熱體的降溫速率，使鑄錠溫度降低后，打開(kāi)放氣閥，對(duì)設(shè)備進(jìn)行放氣，然后開(kāi)爐取出鑄錠。在本技術(shù)中，石墨坩堝放入石墨加熱體內(nèi)，石墨加熱體外加石墨保溫護(hù)套，起到保溫作用；石墨坩堝內(nèi)表面加碳化硅涂層，避免硅與石墨發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)，防止出現(xiàn)粘堝現(xiàn)象。機(jī)械泵、羅茨泵、擴(kuò)散泵和分子泵為真空領(lǐng)域常見(jiàn)設(shè)備，在本技術(shù)裝置中配合使用，對(duì)爐體和電子槍進(jìn)行抽真空處理；電子束照射石墨坩堝內(nèi)硅熔體表面，增加熔體表面溫度，增大表面及表面以下附近區(qū)域的溫度梯度，強(qiáng)化硅熔體擾動(dòng)，增強(qiáng)磷揮發(fā)去除的表面效應(yīng)，去除硅中的磷雜質(zhì)；上石墨蓋板在石墨坩堝上部，可在水平面移動(dòng)的，當(dāng)加熱熔化時(shí)能夠蓋在石墨坩堝上面，進(jìn)行熱場(chǎng)的保溫，當(dāng)進(jìn)行電子束熔煉時(shí)，將上石墨蓋板移除，保溫效果好，構(gòu)思巧妙且操作方便。本技術(shù)優(yōu)點(diǎn):該裝置將電子束熔煉技術(shù)與長(zhǎng)晶過(guò)程有效地耦合在一起，從而實(shí)現(xiàn)了在同一設(shè)備上實(shí)現(xiàn)兩種生產(chǎn)工藝的目的，減少了破碎、清洗及烘干環(huán)節(jié)，節(jié)省相應(yīng)設(shè)備的投入及占地面積，大大減少了獨(dú)立生產(chǎn)時(shí)的能量消耗，總能耗降低超過(guò)30%，生產(chǎn)效率能夠提聞40%左右。【附圖說(shuō)明】圖1為本技術(shù)的裝置示意圖。圖中，1、電子槍?zhuān)?、上機(jī)械泵，3、上羅茨泵，4、上分子泵，5、爐體6、硅熔體，7、上石墨蓋板，8、石墨保溫套，9、石墨加熱體，10、放氣閥，11、水冷拉錠機(jī)構(gòu)，12、冷卻循環(huán)水管，13、充氣閥，14、側(cè)機(jī)械泵，15、側(cè)羅茨泵，16、側(cè)擴(kuò)散泵，17、石墨坩堝。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖詳細(xì)說(shuō)明本技術(shù)，但本技術(shù)并不局限于具體實(shí)施例。實(shí)施例1:爐體5內(nèi)放直有石墨樹(shù)禍17,石墨樹(shù)禍17內(nèi)表面加碳化娃涂層。石墨樹(shù)禍17外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞有石墨加熱體9和石墨保溫套8，石墨保溫套8的上石墨蓋板7可水平移動(dòng)，且在爐體5的一側(cè)與上石墨蓋板7的平行位置處外接有空心板槽；石墨坩堝5底部中心位置安裝有水冷拉錠機(jī)構(gòu)11 ;其內(nèi)置有冷卻循環(huán)水管12 ;爐體5頂部通連安裝有電子槍1，側(cè)部上端開(kāi)有充氣閥13，下端開(kāi)有放氣閥10。實(shí)施例2:采用實(shí)施例1中的裝置進(jìn)行電子束熔煉與長(zhǎng)晶技術(shù)耦合制備多晶硅:(I)將500kg磷含量為0.005%、金屬含量0.00009%、硼含量為0.000014%的多晶硅料，利用清洗設(shè)備清洗，清除表面的灰塵、油潰，放入烘干箱內(nèi)，在80°C下烘干；將烘干后的娃料放入石墨樹(shù)禍17內(nèi)，將石墨樹(shù)禍17移入設(shè)備內(nèi)進(jìn)打定位；將石墨樹(shù)禍17放入石墨加熱體9內(nèi)，石墨加熱體9外加石墨保溫護(hù)套8，起到保溫作用。(2)將設(shè)備合爐，開(kāi)啟設(shè)備冷卻循環(huán)水裝置，通過(guò)冷卻循環(huán)水管12給設(shè)備通冷卻循環(huán)水；開(kāi)啟爐體真空系統(tǒng)，首先利用爐體5真空系統(tǒng)側(cè)機(jī)械泵14及側(cè)羅茨泵15將爐體真空抽至IPa后，關(guān)閉側(cè)機(jī)械泵14及側(cè)羅茨泵15，通過(guò)充氣閥13向爐體5內(nèi)部通入氬氣，至爐體內(nèi)壓力至50KPa。(3)移動(dòng)上石墨蓋板7到石墨坩堝17上部蓋住，啟動(dòng)水冷拉錠機(jī)構(gòu)11 ;給石墨加熱體9通電，升溫速率為200°C /h，至1550°C保溫6h后，硅料完全熔化。(4)關(guān)閉充氣閥13，停止向爐體5內(nèi)充氬氣；移除石墨坩堝17上的石墨蓋板7，啟動(dòng)側(cè)機(jī)械泵14及側(cè)羅茨泵15將爐體5真空度抽至8Pa，然后啟動(dòng)側(cè)擴(kuò)散泵16，將爐體5的真空度抽至0.004Pa,同時(shí)啟動(dòng)上機(jī)械泵2、上羅茨泵3及上分子泵4，將電子槍I真空度抽至0.0004Pa。預(yù)熱電子槍1，將燈絲電流設(shè)置為800mA，對(duì)電子槍I預(yù)熱15min，關(guān)閉預(yù)熱按鈕；設(shè)定電子槍I功率為IOOkW,開(kāi)啟電子槍I，在增加功率過(guò)程中，控制電子束19能量分布；利用電子束19對(duì)硅熔體6表面進(jìn)行電子束熔煉，增加硅熔體6表面及表面以下附近區(qū)域的溫度梯度，強(qiáng)化硅熔體6擾動(dòng)，增強(qiáng)磷揮發(fā)去除的表面效應(yīng)，去除硅中的磷雜質(zhì)；熔煉3h后，硅中的磷雜質(zhì)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電子束熔煉與長(zhǎng)晶技術(shù)耦合制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的裝置，其特征在于爐體（5）內(nèi)放置有石墨坩堝（17），石墨坩堝（17）外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞有石墨加熱體（9）和石墨保溫套（8），石墨保溫套（8）的上石墨蓋板（7）可水平移動(dòng)，且在爐體（5）的一側(cè)與上石墨蓋板（7）的平行位置處外接有空心板槽；石墨坩堝（5）底部中心位置安裝有水冷拉錠機(jī)構(gòu)（11）；其內(nèi)置有冷卻循環(huán)水管（12）；爐體（5）頂部通連安裝有電子槍?zhuān)?），側(cè)部上端開(kāi)有充氣閥（13），下端開(kāi)有放氣閥（10）。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電子束熔煉與長(zhǎng)晶技術(shù)耦合制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的裝置，其特征在于爐體(5)內(nèi)放置有石墨坩堝(17)，石墨坩堝(17)外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞有石墨加熱體(9)和石墨保溫套(8)，石墨保溫套(8)的上石墨蓋板(7)可水平移動(dòng)，且在爐體(5)的一側(cè)與上石墨蓋板(7)的平行位置處外接有空心板槽；石墨坩堝(...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：譚毅，郭校亮，安廣野，姜大川，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：青島隆盛晶硅科技有限公司，
類(lèi)型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：