[实用新型]一体型气相掺杂装置

说明书

技术领域

本实用新型属于直拉法硅单晶生产技术领域，主要涉及一体型气相掺杂装置。

背景技术

直拉法生产易挥发掺杂元素单晶硅所用的掺杂方法主要是共熔法和投入法。共熔法是将掺杂物质与多晶硅一起放在石英坩埚内熔化。投入法是将多晶硅在石英坩埚内完全熔化后，将掺杂物质通过一定的装置熔入硅中，以达到掺杂的目的。在实际掺杂中根据掺杂元素的特性差异，将掺杂分为气相掺杂和液相掺杂，像掺杂砷、磷等元素，由于砷、磷等元素气化点低，容易挥发，通常采用气相掺杂的方式进行。目前掺杂所使用的气相掺杂装置主要是钟罩式结构，在钟罩内部挂一个盛放掺杂元素的容器，掺杂时钟罩下降接近熔体，依靠熔硅的辐射热将掺杂元素气化，气化后的掺杂元素在钟罩内与熔硅表面接触。由于钟罩下部与熔硅不接触，气化后的大部分掺杂元素蒸气将会从下部被真空泵抽走，严重影响了掺杂效果和产品质量。生产过程中，也有人采用将掺杂装置的下部设计成滴管式插入熔体中进行掺杂的办法，但由于掺杂结束后，空腔内压力急剧减小，熔硅被倒吸进掺杂器内，发生硅液凝固涨裂掺杂装置问题，增加了生产成本，难以推广使用。

实用新型内容

鉴于目前现有技术中所使用的气相掺杂装置无法满足生产需要的技术问题，本实用新型设计并公开了一种一体型气相掺杂装置，用以解决气化后的掺杂元素能很好的溶入熔硅中，并阻止从熔体中溢出的掺杂元素蒸气被真空泵抽走，增加掺杂元素与熔硅的接触时间，提高掺杂效率。为实现上述发明目的，本实用新型采取的具体技术方案是：一体型气相掺杂装置采用整体式结构设计，选用高纯石英管和石英棒焊接制成。其主要是由上部挂件、中部空腔、掺杂导管、石英罩构成；其中中部空腔用于盛装掺杂元素，中部空腔的上端设有上部挂件，上部挂件与单晶炉的上轴连接，可以上下升降；中部空腔内设计有一个掺杂导管，通过掺杂导管将掺杂元素装入中部空腔内，掺杂导管的上端设计成细口型，可以控制掺杂元素蒸气的流动速度，掺杂导管的下端设计成喇叭口型，可增强掺杂元素蒸气与硅熔体的接触面，提高掺杂效率；中部空腔的下端设有与掺杂导管连在一起的石英罩，石英罩的外径尺寸小于石英坩埚上热屏下口的内径，可起到保护硅熔体溅起破坏或污染熔硅炉上热屏的作用，同时也可阻止从硅熔体内溢出的掺杂元素蒸气被真空泵抽走，将掺杂元素蒸气一直阻挡在熔体硅的表面，提高掺杂效率。所述的一体型气相掺杂装置，其中在掺杂导管下部与石英罩的内侧相接的位置对称开有两个导气孔，用以平衡中部空腔上的掺杂导管内外压力以避免熔硅被吸入中部空腔内损坏掺杂装置。

本实用新型所述的一体型气相掺杂装置，有效的解决了气化后的掺杂元素能很好地溶入熔硅中并阻止从熔体中溢出的掺杂元素蒸气被真空泵抽走的问题，增加了掺杂元素与熔硅的接触时间，提高了掺杂效率；本实用新型安装操作方便，安全性能好，克服了现有技术中生产易挥发掺杂元素单晶硅生产过程中气相掺杂效率低、掺杂装置易损坏的问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中，1、上部挂件，2、中部空腔，3、掺杂导管细口，4、掺杂元素，5、掺杂导管，6、导气孔，7、石英罩。

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型的具体实施方式如下：

如图1所示，本实用新型所述的一体型气相掺杂装置主要是由上部挂件1、中部空腔2、掺杂导管5、石英罩7构成。其中，中部空腔2用于盛装掺杂元素4，中部空腔2上端的上部挂件1与单晶炉的上轴连接，可上下升降。中部空腔2内设有一个掺杂导管5，通过掺杂导管5将掺杂元素4装入中部空腔2内，掺杂导管5的上端设计成细口型，下端设计成喇叭口型，中部空腔2的下端设有一个与掺杂导管5连在一起的石英罩7，掺杂导管5下部与石英罩7内侧相接的位置对称开有两个导气孔6。

本实用新型所述的一体型气相掺杂装置在使用时，先将一体型气相掺杂装置倒立放置，将掺杂元素4沿着掺杂导管5装入中部空腔2内，然后将一体型气相掺杂装置翻转，使掺杂元素4留在中部空腔2内，上部挂件1与单晶炉上轴连接，待硅料全部熔化后，下降上轴，使掺杂导管5下端插入硅熔体中，当下部石英罩7的下沿与硅熔体的接触后，停止下降上轴。利用硅熔体的辐射热量将掺杂装置内的掺杂元素4气化，气化后的掺杂元素4通过掺杂导管5进入硅熔体内，掺杂导管细口3可以控制掺杂元素4蒸汽的流动速度提高掺杂效率。下部石英罩7可以有效的起到保护硅熔体溅起破坏或污染热屏的作用，同时进入硅熔体中的掺杂元素4蒸气溢出后被下部石英罩阻挡在熔体硅的表面，提高掺杂效率。掺杂导管5上的导气孔6可以有效的平衡中部空腔2及导气孔6内的气压与下部石英罩7笼罩区域内的气压，避免虹吸现象的发生。