[发明专利]一种使用区域连续铸造法制作硅单晶的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及晶体生长领域

背景技术：

对于硅单晶，传统上使用直拉去或区熔法拉制单晶。近些年，也兴起使用铸锭炉进行铸造单晶的生产。直拉法或区熔法拉制单晶质量较好，但是成本较高。使用铸锭炉进行铸造单晶，并不能得到完全的单晶，质量较差。

本发明提供一种使用区域连续铸造法，使用未经破碎的普通西门子还原法制作的多晶硅棒作为原料进行单晶铸造的方法。本发明旨在发明一种成本接近传统多晶铸锭，但质量接近甚至高于直拉单晶，仅次于区熔晶体的硅单晶制造技术。

发明内容：

本方法旨在通过一种低成本，无污染的连续局部铸造方法；使用未经破碎的普通西门子还原法制作的多晶硅棒作为原料铸造硅晶体的方法。在铸造开始之前，在硅熔区的下方放置预先制备的片状籽晶，从而制造出高质量的硅单晶。该方法使用所谓冷坩埚(即坩埚并不对硅棒传导或者辐射热量，坩埚温度相对硅棒较低，处在所谓冷态。从而避免从高温下，坩埚内的杂质导入硅棒形成污染)对硅棒进行局部熔融加热，硅单晶的质量更高，使用的耗材更少，成本更低。从而使得半导体和太阳能工业获得大量高质量低成本的硅单晶。

附图说明：

1原生还原炉产出的棒状多晶硅

2熔融硅

3铸造后的硅棒

4水冷坩埚及加热器

5硅棒上平台

6硅棒下平台

7预先制备的片状单晶(即籽晶)

具体实施方式：

如图所示设备。从西门子还原炉上取下的未经破碎的普通原生还原硅棒(推荐对硅棒在使用前退火，以消除内应力)截去两端头部后，夹持在(5)硅棒上平台(6)硅棒下平台之间。(4)为水冷坩埚及加热器，内置水冷回路通过感应线圈对熔融硅进行加热。(7)预先切割制备的片状单晶，作为单晶生长的籽晶。铸造晶体时，在(7)预先切割制备的片状单晶上方通过使用(4)水冷坩埚及加热器加热，建立(2)熔区，使得该部分的硅处于熔融状态。控制(2)熔区的位置，使(2)熔区轻微熔去在(7)预先切割制备的片状单晶顶部稍许。待(2)熔区与(7)预先切割制备的片状单晶的固液界面上建立晶体生长条件后，将熔区上提，即可铸造出硅单晶。

为了便于控制晶体铸造速度等工艺参数，可以在(4)水冷坩埚及加热器内设计温度及视像传感器进行闭环控制。同时在(5)硅棒上平台(6)硅棒下平台上分别设置称重传感器也可以提供铸造工艺所需要的控制参数。

在(4)水冷坩埚及加热器设置导入通道，可以在铸造时对硅棒进预掺杂。掺杂方式可以是气，液，固三相中的任意一种。