[发明专利]一种反向诱导凝固提纯多晶硅的方法及设备

权利要求书

1.一种反向诱导凝固提纯多晶硅的方法，其特征是：首先将石英坩埚（5）中的硅料加热至1450~1550℃使之熔化形成硅熔体，之后启动水冷旋转杆（13）向下运动进行拉锭，使硅熔体由石英坩埚（5）底部向顶部进行凝固，当凝固达到80%~90%时，通过水冷旋转杆（13）旋转石英坩埚（5），同时开启落粉装置（2）使高纯硅粉散落到杂质含量较高的上层硅熔体中，高纯硅粉作为形核剂使上层硅熔体迅速反向凝固，待凝固完成后切去上层反向凝固得到的部分，得到的下层铸锭即为高纯硅铸锭。

2.根据权利要求1所述的一种反向诱导凝固提纯多晶硅的方法，所采用的具体步骤是：

第一步前处理：向石英坩埚（5）中添加石英坩埚体积90%~100%的纯度为99.9%~99.95%硅原料，向落粉装置（2）中装入高纯硅粉，盖好炉盖（1），保持炉体（2）内的密封性，分别用机械泵（14）和罗茨泵（15）将炉体内抽真空至1~10Pa；

第二步熔料、拉锭：打开电源，启动感应线圈（8），将硅料加热至1450~1550℃，使硅料完全熔化，并在1450~1550℃下保温50~80min，同时控制熔体内温差，之后开启水冷旋转杆（13），使之以0.1-1mm/min的速度向下运动，带动凝固保温装置以同样速率下降拉锭，使硅熔体由石英坩埚（5）底部向顶部进行定向凝固；

第三步反向凝固提纯：当硅熔体凝固达到80%~90%时，通过水冷旋转杆（13）旋转石英坩埚（5），同时开启落粉装置（2），高纯硅粉落进熔体内，高纯硅粉随着石英坩埚（5）的转动而均匀分布在熔体表面，随着温度的进一步降低，加入的高纯硅粉作为形核剂，使杂质含量较高的硅熔体迅速反向凝固，待凝固完成后切去上层反向凝固得到的部分，得到的下层铸锭即为高纯硅铸锭，其纯度将达到99.99%-99.999%。

3.根据权利要求1或2任一所述的一种反向诱导凝固提纯多晶硅的方法，其特征是：所述高纯硅粉的纯度为99.999%~99.9999%。

4.一种反向诱导凝固提纯多晶硅的方法所采用的设备，由炉盖（1）、炉体（4）以及支撑基座（11）组成外部结构，其特征是：水冷旋转杆（13）穿过炉体（4）底部与水冷托盘（12）固定连接，散热板（10）固定安装于水冷托盘（12）之上，凝固保温装置放置于散热板（10）之上，保温套筒（7）套于凝固保温装置外围，保温套筒（7）通过固定支架（9）固定安装于炉体（4）内壁，感应线圈（8）套于保温套筒（7）之外，落粉装置（2）通过支撑架（3）固定于炉体（4）内部，且位于凝固保温装置正上方，机械泵（14）和罗茨泵（15）放置于炉体（4）之外，通过真空管道（16）连接，真空管道（16）一端通向炉体（4）内部。

5.根据权利要求4所述的一种反向诱导凝固提纯多晶硅的方法所采用的设备，其特征是：所述水冷旋转杆（13）为圆柱状，内置冷却水管道。

6. 根据权利要求4所述的一种反向诱导凝固提纯多晶硅的方法所采用的设备，其特征是：所述水冷托盘（12）为圆盘状，内置冷却水管道。

7.根据权利要求4所述的一种反向诱导凝固提纯多晶硅的的方法所采用的设备，其特征是：所述散热板（10）为圆盘状铜散热板。

8.根据权利要求4所述的一种反向诱导凝固提纯多晶硅的方法所采用的设备，其特征是：所述凝固保温装置至少由石英坩埚（5）和石墨坩埚（6）组成，采用石墨坩埚（6）放置于散热板（10）之上，石英坩埚（5）嵌于石墨坩埚（6）之内。

9.根据权利要求4所述的一种反向诱导凝固提纯多晶硅的方法所采用的设备，其特征是：所述保温套筒（7）为两端无盖的圆筒状碳纤维材料保温套筒。