[发明专利]一种电子束熔炼多晶硅粉体横向拉锭的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子束熔炼多晶硅粉体横向拉锭的装置及利用该装置进行多晶硅熔炼的方法，属于电子束熔炼领域。

背景技术

电子束熔炼去除多晶硅、难熔金属以及稀有金属中挥发性杂质的技术目前已经较为成熟，利用电子束高的能量密度，高的熔炼温度和局部过热的特性可以有效的去除原料中的挥发性杂质。目前，电子束熔炼技术由于其工作环境为真空条件，所以原料的加入和补充形式为具有一定粒径的块料。而且硅锭的形成主要在熔炼坩埚直接成锭，或者由垂直拉锭机构拉出，形成具有定向凝固效果硅锭。

在熔炼坩埚中直接成锭的工艺，没有定向凝固的效果，使得形成的硅锭中分凝系数较大的元素集中在硅锭偏上部位的中部，最后采用“挖心”工艺去除，工艺较麻烦，且需破坏硅锭的外形，损失浪费大量的硅料；具有垂直拉锭机构的电子束熔炼，具有定向凝固效果，会使得硅锭中分凝系数较大的元素最终凝固在规定的最上层，最终通过切除去除即可，方便操作，且电子束熔炼去除磷杂质以及定向凝固去除金属杂质的工艺可以汇于一个设备当中，减少中间环节，减少硅料的损耗，减少硅料重新熔化所需要的能量，减少中间环节破碎过程中不必要的人力浪费，减少中间环节中的二次杂质污染。但是垂直拉锭机构会使设备的整体高度增大，一般设备在10m左右，不便于操作人员进行设备操作，更换原配件以及维修等，同时会带来不必要的安全隐患。

发明内容

本发明提供一种电子束熔炼和横向拉锭的装置和方法，该装置具备连续加粉料装置的优点，并同时了克服垂直拉锭机构问题，具有定向凝固的效果，其减少了设备的建造高度，方便人员操作、维护及维修等。

一种电子束熔炼多晶硅粉体横向拉锭的装置，包括熔炼室、两个电子枪及其真空系统、熔炼室真空系统和进料系统、横向拉锭系统，其特征在于：所述进料系统包括加料仓和位于其下的入料仓，所述加料仓和入料仓间通过蝶阀隔离；入料仓底部设有通入熔炼室的入料口，入料口下端连接螺旋加料器；入料口的上方设有料位传感器，所述料位传感器与报警器相连；加料仓的顶端一侧设有加料口；所述螺旋加料器接收来自入料仓的物料；所述螺旋加料器的散料口位于水冷斜面的正上方；水冷斜面接收来自散料的物料，并使物料流至位于其下方的硅熔池中；所述硅熔池一侧的侧壁连接横向拉锭系统。

本发明所述电子束熔炼多晶硅粉体和横向拉锭的装置包括了可在熔炼过程中进行连续加料的进料系统。所述进料系统包括螺旋加料器，该螺旋加料器连接电机及时间控制器，通过调节时间控制器控制减速电机转速，带动螺旋送料器，实现固定速率的送料，送料速率可调节。所述螺旋送料器下方设有散料口，优选散料口的直径为5～20mm。

本发明优选所述入料口直径15～30mm；优选螺旋送料器截面的直径为10～40mm；优选所述入料仓的下端的倾斜角与垂直方向的夹角为50～65度。

本发明所述装置所述加料仓中，与加料口相对的一侧设有隔离网，所述隔离网的孔径小于80目，其与垂直方向的夹角为30～60度。

进一步地，本发明所述加料系统包括用于对加料仓进行抽真空的加料真空系统，优选所述加料真空系统与加料仓设有隔离网一侧的侧壁相通。

本发明优选所述水冷斜面与水平方向的夹角为2～10度。

本发明所述及的所有真空系统，包括用于加料仓、熔炼室、电子枪抽真空的真空系统可商业购得，其设置与选择为本领域的现有技术，优选为由机械泵、罗茨泵和扩散泵组成的真空泵组。

本发明所述装置所述螺旋加料器接收来自入料仓的物料；所述螺旋加料器的散料口位于坩埚的正上方。

进一步地，所述散料口与与水冷斜面的平均距离的垂直距离优选为50～150cm。所述“平均距离”指散料口与水冷斜面最高点及最低点间垂直距离的平均值。

本发明所述装置优选所述料位传感器设于入料口上方5～15cm处。

本发明所述所述横向拉锭系统包括用于容纳硅熔体的壳体，所述壳体通过设于硅熔池一侧的拉锭口与硅熔池相通并固定；所述壳体外侧靠近硅熔池的一端设有加热线圈，远离硅熔池的一端设有水冷环；在壳体远离硅熔池的一端设有拉锭底座，拉锭底座上设有拉锭扣。

本发明所述装置中所述横向拉锭系统还包括丝杠、与丝杠相连的电机及控制器，所述控制器用于控制电机的启动、关闭及转速等，进而控制丝杠移动的速度等，从而达到控制拉锭速度的目的。本领域熟练技术人员知晓其所述控制器的选择及设置。