[发明专利]保持固液界面水平的多晶硅铸锭炉坩埚保温装置

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅铸锭炉热场设备领域，尤其是一种保持固液界面水平的多晶硅铸锭炉坩埚保温装置。

背景技术

目前常用的多晶硅铸锭炉热场结构如图1所示，由保温碳毡制成的固定式顶部隔热板、可升降式侧面隔热筒和固定式底部隔热板组成隔热笼，热交换台放于隔热笼内的立柱上，装满硅料的陶瓷坩埚的底部及四周用石墨板保护。在硅料熔化阶段，侧面隔热筒降至零位，隔热笼完全封闭，通过加侧面热器和顶部加热器对坩埚内的硅料进行加热直至硅料完全熔化，然后进入晶体生长阶段，通过提升侧隔热筒，使热量从隔热笼底部流出，从而降低热场底部温度，获得晶体生长所需的从上向下降低的温度梯度。

这种热交换方式的不足之处在于：热交换台一般为实心的石墨体，厚度通常在120mm到160mm之间，其热交换能力很低，而陶瓷坩埚和石墨坩埚都很薄，相应的散热能力高于热交换台，以至于晶体生长时需要散失的热量主要通过四周的坩埚壁和石墨坩埚向外扩散，这将导致靠近四周坩埚的硅熔体温度降低的速率远大于坩埚底部的硅熔体，导致横向存在温度梯度，使得坩埚内的固液界面无法保持水平，晶体无法沿竖直方向由下向上生长，晶体质量较差。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种能有效的保持固液界面水平的多晶硅铸锭炉坩埚保温装置。

为了达到上述目的，本发明所设计的保持固液界面水平的多晶硅铸锭炉坩埚保温装置，它主要包括陶瓷坩埚，在陶瓷坩埚外部包裹设有顶部隔热板、侧面隔热筒和底部隔热板，在陶瓷坩埚侧边设有石墨护板，石墨护板与陶瓷坩埚紧贴设置，在陶瓷坩埚底部设有热交换台，热交换台设有在立柱上，立柱穿过底部隔热板，起支撑固定作用，在石墨护板外侧设有侧面加热器，在陶瓷坩埚顶部上空设有顶部加热器，在陶瓷坩埚顶面设有坩埚盖板。

所述的侧面加热器与顶部加热器连接，顶部加热器固定在顶部隔热板上。

作为优化，在石墨护板与侧面加热器之间设有坩埚保温板，坩埚保温板与石墨护板紧贴设置，坩埚保温板固定在支撑架上，支撑架穿过底部隔热板与电动机连接，电动机通过支撑板带动坩埚保温板上下移动。

当坩埚保温板处于最上方时，坩埚保温板顶部与陶瓷坩埚底部持平。

本发明所得到的保持固液界面水平的多晶硅铸锭炉坩埚保温装置，进入晶体生长阶段时，向上移动坩埚保温板至最上方，此时保温板恰好位于石墨坩埚外侧，并从四周紧贴石墨坩埚，对坩埚起到很好的保温作用。这时，提升侧隔热筒，坩埚内的硅料只能通过坩埚底部透过热交换台向下扩散热量，并从隔热笼底部流出，从而降低热场底部温度，即热量传导的方向是由上向下的，坩埚内部熔硅存在由上向下降低的温度梯度，固液界面完全水平，晶体沿竖直方向由下向上生长，得到具有完美晶粒的多晶硅锭。

附图说明

图1为现有铸锭炉坩埚保温装置的结构示意图；

图2为本发明的铸锭炉坩埚保温装置在硅料熔化阶段的结构示意图；

图3为本发明的铸锭炉坩埚保温装置在警惕生长阶段的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例1：

如图2、图3所示，本实施例描述的保持固液界面水平的多晶硅铸锭炉坩埚保温装置，它主要包括陶瓷坩埚6，在陶瓷坩埚6外部包裹设有顶部隔热板1、侧面隔热筒2和底部隔热板3，在陶瓷坩埚6侧边设有石墨护板5，石墨护板5与陶瓷坩埚6紧贴设置，在陶瓷坩埚6底部设有热交换台7，热交换台7设有在立柱8上，立柱8穿过底部隔热板3，起支撑固定作用，在石墨护板5外侧设有侧面加热器4，在陶瓷坩埚6顶部上空设有顶部加热器11，在陶瓷坩埚6顶面设有坩埚盖板12。

所述的侧面加热器4与顶部加热器11连接，顶部加热器11固定在顶部隔热板1上。

在石墨护板5与侧面加热器4之间设有坩埚保温板9，坩埚保温板9与石墨护板5紧贴设置，坩埚保温板9固定在支撑架10上，支撑架10穿过底部隔热板3与电动机连接，电动机通过支撑板带动坩埚保温板9上下移动。当坩埚保温板9处于最上方时，坩埚保温板9顶部与陶瓷坩埚6底部持平。

具体实施方式：定向凝固法生长多晶硅锭，硅料熔化时，在硅料熔化阶段，通过驱动电机带动支撑架10向下移动坩埚保温板9到陶瓷坩埚6下方，让热量顺利通过陶瓷坩埚6对硅料加热。进入晶体生长阶段时，向上移动坩埚保温板9至最上方，此时保温板恰好位于陶瓷坩埚6外侧，并从四周紧贴陶瓷坩埚6，对陶瓷坩埚6起到很好的保温作用。这时，提升侧隔热筒，陶瓷坩埚6内的硅料只能通过陶瓷坩埚6底部透过热交换台7向下扩散热量，并从隔热笼底部流出，从而降低热场底部温度，即热量传导的方向是由上向下的，陶瓷坩埚6内部熔硅存在由上向下降低的温度梯度，固液界面完全水平，晶体沿竖直方向由下向上生长，得到具有完美晶粒的多晶硅锭。晶体生长结束后，下移坩埚保温板9至陶瓷坩埚6下面，晶锭进入退火和冷却阶段。