[发明专利]一种用于获得多晶硅半导体材料，特别是硅的设备，以及一种控制其温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过熔化半导体材料并随后对其进行定向凝固获得多晶硅半导体材料，特别是硅的设备，以及一种用于获得对所述半导体材料的温度进行更好控制的方法。

背景技术

对于具有高纯度，被称为“太阳能纯度”(solar purity)的半导体材料特别是硅的需求逐渐增加，所述材料可用于生产高效率光伏电池。

为了获得这样的材料，首先通过传统的冶金工艺进行提纯并且，最终形成锭，然后从中切割出生产光伏电池所需的晶圆。所述锭使用已知的“定向凝固系统”(DSS)的方法形成，即通过在坩埚中熔化半导体材料，然后对其进行定向凝固，最终获得多晶硅。

为获得定向凝固，有必要在坩埚内通过维持锭的垂直温度梯度来进行所述凝固，以获得可使凝固前沿以1-2cm/h速度推进的冷却速度。所述技术的优势在于，出现在起始材料中的杂质优先保留在熔融材料中并随后与凝固前沿一起上升。一旦锭凝固，去除锭自身的顶部就可获得理想纯度的精制多晶硅。

为了获得所述结果，对热流进行十分精准的控制是有必要的。此外，将要精炼的固体半导体材料的熔化步骤需要长时间以及高能耗。

发明内容

本发明的目的是通过提供一种由半导体材料，特别是具有“太阳能纯度”的多晶硅制成的设备，以及一种用于控制其温度的方法使实施简单并便宜，从而克服现有技术的缺陷，能可靠并有效地控制热流，并能降低必要设备的总体尺寸和能耗水平。

这里和下列所述的“太阳能纯度”是指用于制造高效率光伏电池所需要的纯度。

因此本发明涉及一种根据权利要求1用于对半导体材料进行熔化以及随后的定向凝固的设备，特别是为了获得具有太阳能纯度的多晶硅，还涉及一种根据权利要求9在半导体材料的精制过程中进行控制温度的方法，其中半导体材料被熔化并随后进行定向凝固。

特别的是，本发明设备包括：至少一个用于半导体材料的坩埚，优选由石英或陶瓷材料制成，可移去的装在杯形石墨容器内；可打开的流体密封罩，其内部装所述石墨容器；一个或多个顶部感应线圈，面向石墨容器的开口设置，顶部感应线圈和开口之间设有石墨板；一个或多个横向感应线圈，围绕石墨容器的侧壁设置；一个或多个底部感应线圈，面向石墨容器的底壁设置；用于分别并且独立地供应所述感应线圈的交流供电装置；以及用于在感应线圈的各中空匝中提供冷却剂的冷却装置。

根据本发明的一个方面，感应线圈的底部块包括多个彼此相邻设置的绕组，位于由绝缘支撑板设定的同一个平面上，以及电气开关设备，预先设置在底部感应线圈的绕组和各交流供电装置之间，用于根据不同的配置使绕组彼此选择性地连接，配置的不同之处在于彼此相邻设置的各绕组中电流循环方向。

因此，根据本发明的方法，通过石墨感受器加热装在坩埚中的半导体材料进行熔化步骤，每个石墨感受器与至少一个单独的感应线圈可操作地相关联，并围绕着坩埚设置，而且，为了获得对温度的理想控制，采取以下步骤：

-在坩埚下面设置一个感受器，与至少一个底部感应线圈可操作地相关联，所述感应线圈包括多个彼此相邻设置并位于同一平面的绕组；以及

-使绕组彼此选择性连接并选择性地连接到各交流供电装置上，所述装置根据不同的配置为底部线圈提供电源，所述配置的不同之处在于彼此相邻的各绕组中电流循环方向。

以这种方式，可以极为简单地，以可在一个或相同的过程中多次应用的方式，改变底部石墨感受器供应到坩埚的热量，而不实质性的改变装置的任何其他操作参数，并且尤其是感应线圈的参数。

而且，更佳的是，底部感应线圈是可移动的，使得它和与它相连的感受器之间的距离能在熔化步骤中和凝固步骤中均可改变。特别的是，凝固过程中，底部感应线圈停止工作并与感受器接触，不断向其匝中供应冷却剂来直接地移除感受器中的热量。

附图说明

通过下面描述的本发明的实施方式的非限制性实例，本发明的进一步特征和优点将更加清晰，下面参考附图示意性地描述实施例，其中：

-图1是本发明用于对半导体材料进行熔化和随后的定向凝固的设备沿平行于其垂直对称轴的截面的正视示意图，其中只示出一半，移去的一半是对称的；

-图2是图1设备的底部感应线圈以上四分之三部分的放大尺寸的透视图；以及

-图3和4分别为图2的感应线圈的3种不同的可能操作配置的示意图以及在石墨板上的相应温度分配，所述石墨板设置在感应线圈和装有要进行加热的半导体材料的坩埚之间。

具体实施方式