[实用新型]多晶硅提纯用真空电子束熔炼炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及多晶硅的提纯设备，具体是一种多晶硅提纯用真空电子束熔炼炉。

背景技术

目前全球能源紧张，太阳能需求大幅度增加，制造太阳能电池的高纯度硅片的需要量也大幅度增加。原有的提纯方法主要是用硅含量大于99％的金属硅为原料，用气相蒸馏提纯法将其提纯，再经凝固处理而获得更高纯度的硅材料。该材料主要用于半导体行业，而切片后所余的下脚料则可作为太阳能电池的材料使用，这样的下脚料数量有限，满足不了生产太阳能电池的要求。另外，该方法无法避免地产生大量的硅烷、氯化物等污染环境的物质。

用于太阳能的硅材料中含有磷、硼、碳、铁、铝、钛、氧等杂质，必须将碳、氧分别降低到5-10ppm以下，其它杂质必须降低到0.1ppm以下，以确保所需的光电转换效率。为了更广泛地利用太阳能电池，必须廉价地大量生产这种多晶硅。

另外，中国公开号为CN101169311A，实用新型名称为“电子束真空熔炼炉”的专利申请，公开了一种用于熔炼难熔金属钛的电子束真空熔炼炉，由于应用对象不一样，该设备与本实用新型提出的设备在其原理和结构上具有很大的差别。

实用新型内容

本实用新型的目的是要提供一种能提高生产效率，能同时提纯多种元素，可连续生产，能耗低节能好，无污染的，采用自动化控制的、大型化的多晶硅提纯用真空电子束熔炼炉。

实现本实用新型目的的技术方案是：

本实用新型真空电子束熔炼炉，是在真空环境下，利用高能量密度电子束加热99％左右的金属硅并使之熔化，通过调整电子束能量及扫描轨迹，控制多晶硅表面温度，另外通过充入惰性气体的方法使得真空度能在一定范围内变化，从而使得多晶硅的磷、铝等杂质蒸发掉，提纯后的硅溶液流入结晶坩埚，通过保温、定向结晶和旋转拉锭，制成纯度更高的硅锭，可用于太阳能硅片、半导体硅片及其他工业硅的原料。

本实用新型一种多晶硅提纯用真空电子束熔炼炉，包括熔炼室、电子枪、电子束控制系统、抽真空系统、电控系统、、送、出料机构、拉锭机构和自动控制系统，其特征是：熔炼室为方形或圆柱形，室壁为双层水冷结构或盘管水冷结构，电子枪为2-4把，垂直向下或水平安装在熔炼室的室壁上，真空系统配置在熔炼室的后方，送料机构设置在熔炼室的一侧，在送料机构的送料室与熔炼室之间设有隔离阀门，在熔炼室的另一侧配装有充气系统的充气阀门，出料机构设置在熔炼室的底部，与拉锭机构相接，在出料机构和熔炼室之间设置有拉锭室隔离阀，熔炼室内设有水冷坩埚和结晶坩埚，电控系统的高压电源的所有高压器件装在盛有变压器的油箱内，采用变压器油绝缘，高压电源与电控柜连接，电控柜与操作台连接。

所述的电子枪由电子发生器、聚焦线圈、偏转线圈、真空系统、隔离阀门组成。电子枪功率在30KW-300KW之间，电子枪加速电压在可设置为20KV-45KV之间，电子束偏转角度可为5-30度。电子枪真空系统可由1-3级真空系统组成，每级真空系统由旋片泵加扩散泵或旋片泵加分子泵组成。电子发生器由灯丝、阴极、阳极、光栅、聚束极组成，电子发生器室真空度在10^-3-10^-4Pa之间。电子枪可以垂直向下、也可以水平安装在熔炼室炉壁上。

所述的电控系统高压电源给电子枪提供电子束加速电压、灯丝电流、轰击电压。高压电源由加速电源、灯丝电源、轰击电源组成，所有高压器件装在油箱壳里，采用变压器油绝缘。高压电源功率为40-400KVA，加速电压为20-45KV，高压电源调压方式可以是可控硅调压方式，或者调压器调压方式，或者是IGBT模块调压方式，或者是中频发电机组调压方式。加速电压可在0-45KV之间连续可调，稳定度为±1％，电压值可以通过程序设定，也可以手动调节。

所述的电子束控制系统用于控制加热硅的电子束的束流大小、束斑大小、加热位置及扫描轨迹。电子束流可在0-10A之间连续调节，束斑直径在5-30mm之间，加热位置是整个硅液体所到之处，扫描方式可以圆形扫描、方形扫描、直线扫描或螺旋波扫描，通过电子束变换扫描轨迹和束流大小，可以控制液态硅表面温度在1350-1500℃之间按照一定规律变化，有利于不同杂质的蒸发，同时也能控制硅本身不至于损失太多。