[实用新型]多晶硅铸锭炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及多晶硅的制造装置，尤其涉及使用于太阳能电池等的多晶硅铸锭炉。

背景技术

最近，随着对太阳能电池的需求以每年百分之几十左右的速度增加，太阳能电池用多晶硅锭的需求也是年年大幅增加。一般而言，太阳能电池用多晶硅锭是在石英或石墨坩埚中填充硅原料之后通过熔融及定向凝固过程进行制造的。

如图1所示，由美国专利第6,136,091号所公知的现有硅锭制造装置包含由在其内部形成热区(Hot zone)的工艺室构成的主体140、盛放硅原料的石英或石墨坩埚170、用于支撑石英或石墨坩埚170的支撑单元(未图示)、为了提供使硅原料熔融的辐射热能而布置在坩埚170周围的组装型四角加热器110、为了隔断释放到坩埚170周围的热量而布置在坩埚170及组装型四角加热器110周围的隔热部件190以及具有冷却水流入管路150及冷却水流出管路180的用于控制装置温度的冷却罩160等。由此，在石英或石墨坩埚内部涂敷坩埚保护层并填充硅原料之后，将坩埚和已完成的组装型四角加热器组装到铸造装置上。

如此将坩埚和组装型四角加热器设置于铸造装置内部之后，清除装置内的空气而制造真空环境，接着再向真空状态的装置内供应氮气使内部压力恢复常压。将这一过程反复进行三次以上。为了冷却装置壁面而供应冷却水，接着向组装型四角加热器供应电源将坩埚内部温度加热到1450℃以上，然后将这种状态维持2小时以上。当填充到坩埚内部的硅完全熔融时，对供应到组装型四角加热器的电源进行控制，使坩埚从下部开始向上部发生冷却。

但是，只是通过控制供应到加热器的电源来进行冷却时，没有在坩埚的底部设置强制冷却机构，因此从坩埚下部开始的冷却情况并不均衡，难以使晶体均匀地成长，并导致硅锭物理性质的不均匀性。

中国专利申请号为200710070539.4公开的多晶硅铸锭炉的热场结构，参见图3和图4，将多晶硅原料311装满坩埚313，搁放至热交换台303上，操作控制器合紧炉体301，放下保温隔热笼体302，使保温隔热顶板306、保温隔热底板305分别与保温隔热笼体302的上、下两端合拢，形成一个封闭的热场腔室308；将炉体301内部包括热场腔室308抽真空，当达到工艺设定的真空度时，通电启动加热器307，将多晶硅原料加热至一千四百多摄氏度，使之完全熔化。此时，由于构成热场的保温隔热笼体302、底部的保温隔热衬板305、顶部的保温隔热衬板306、中部的保温隔热环条309等均由特殊材料做成，具有良好的保温隔热效能，约十多小时即可将数百公斤多晶硅原料311完全熔化；按工艺继续保温一段时间，让多晶硅原料311中的杂质充分熔化、挥发或气化；然后改变控制模式，逐步、缓慢提起保温隔热笼体302，由于保温材料的作用，在加热器307启动后热场腔室308与炉体301的腔室之间会形成一个温差，保温隔热笼体302通过吊杆312提起后，保温隔热笼体302的底部与保温隔热底板305脱离，大量的热辐射会经由热交换台303按附图4所示箭头方向从保温隔热笼体302的底部往炉体301腔室散发，此时，坩埚313与热交换台303必然也发生热交换，从而使坩埚313底部的硅液发生结晶现象。同时，在保温隔热笼体302提起后，热场腔室308中的保温隔热环条309将热场腔室308分为上下两部分，上部依然围成一个高温区，在加热器307的作用下，可维持工艺需要的温度，下部由于散热作用，形成一个低温区，这样，在整个热场腔室308中，在硅的结晶面形成一个垂直的温度梯场。通过控制散热与加热，使得硅的结晶凝固得到有效控制，从而生产出高品质的多晶硅铸锭。

该专利同样也是没有在坩埚的底部设置强制冷却机构，因此从坩埚下部开始的冷却情况并不均衡，冷却效率不高，难以使晶体均匀地成长，并导致硅锭物理性质的不均匀性。

在日本专利特开2002-293526号公报上记载了利用隔热材料做成的隔板将具有加热功能的上部腔室和具有冷却功能的下部腔室隔开，同时将该隔板的一部分开口设置的上部腔室与下部腔室的连通口内可升降地配置坩埚放置台，在包围下部腔室中的该放置台的升降路径的位置上设置冷却板，进行单向凝固的装置(附图省略)。

该专利由于坩埚需要升降，不利于使用在大规模生产上。