[发明专利]直拉单晶炉加料装置

说明书

本发明涉及一种直拉单晶炉加料装置。其包括：进料管；硅料输运体，用于接收来自进料管的硅料，硅料输运体具有用于接收硅料的底壁、远离硅料的第一侧壁以及围绕硅料设置的第二侧壁；底壁与第一侧壁相对设置，且底壁、第一侧壁与第二侧壁围成用以容纳硅料的腔体；以及下料管，用于接收来自硅料输运体的硅料；硅料的自然堆积角为θ，进料管的中心线与下料管的中心线之间的夹角为γ，γ满足以下条件：0°≤γ＜90°‑θ；底壁与下料管的中心线之间的夹角为α，α满足以下条件：α＜θ+90°；第一侧壁与下料管的中心线之间的夹角为β，β满足以下条件：β≥θ+90°。上述直拉单晶炉加料装置，设计γ、α和β分别满足各自条件，能够降低生产成本和提高产出，有利于应用。

技术领域

本发明涉及单晶硅生产装置领域，特别是涉及一种直拉单晶炉加料装置。

背景技术

单晶硅材料是光伏行业的太阳能电池板的主要原材料之一，也是半导体芯片、晶圆加工制造的原材料，是绿色能源和半导体行业中不可或缺的一环。其生产工艺以直拉法(Czochralski process/CZ)为主，传统的直拉法生产工艺随着技术发展进步，逐步演变为多次加料直拉法(Recharge CZ/RCZ)或者连续加料直拉法(Continuous CZ/CCZ)等工艺路线。相比于传统直拉法(CZ)工艺，RCZ的工艺优势在于可以用一个坩埚(一炉)拉制多根晶棒，节约生产成本，提高产出效率。而CCZ工艺是在RCZ工艺上的进一步提升，即不间断的给料生长单晶：晶体生长长度不受坩埚容量限制，不需要中途加料，化料，大幅缩短工艺时间，增加产出效率。由于CCZ保持溶液量恒定，可以大幅改善单晶纵向电阻率分布的均匀性，从而显著提高晶体品质。总体而言，相比于传统CZ或RCZ，CCZ在工艺成本和产品质量上均有显著提升，是新一代的直拉单晶生长技术。

基于CCZ工艺的需求，为维持熔体和温度场的稳定、晶体的连续生长，需要不间断的将加料器输出的硅料运送到炉体内的坩埚中，以提供所需添加的硅料。传统的固态加料采用石英管直接输送硅料，然而，石英管路的设计不当会造成：硅料在管内堆积，造成堵料导致运行停止的风险，生产成本增加；或者硅料在石英管内运行速度快，掉落到硅溶液之后，溅硅严重对坩埚损害大，影响总运行时间和单晶产出，增加生产成本；硅料从加料器掉落在石英管上时，会造成石英表面磨损、石英微颗粒脱落，这些石英颗粒随加料管进入熔体后，造成单晶生长失败，从而降低产出。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种降低生产成本和提高产出的直拉单晶炉加料装置。

一种直拉单晶炉加料装置，所述直拉单晶炉加料装置包括：

进料管；

硅料输运体，用于接收来自所述进料管的硅料，所述硅料输运体与所述进料管连通，所述硅料输运体具有用于接收所述硅料的底壁以及远离所述硅料的第一侧壁以及围绕所述硅料设置的第二侧壁；其中，所述底壁与所述第一侧壁相对设置，且所述底壁、所述第一侧壁与所述第二侧壁围成用以容纳硅料的腔体；以及

下料管，用于接收来自所述硅料输运体的硅料，所述下料管与所述硅料输运体连通；

其中，硅料的自然堆积角为θ，所述进料管的中心线与所述下料管的中心线之间的夹角为γ，γ满足以下条件：0°≤γ＜90°-θ；所述底壁与所述下料管的中心线之间的夹角为α，α满足以下条件：α＜θ+90°；所述第一侧壁与所述下料管的中心线之间的夹角为β，β满足以下条件：β≥θ+90°。

上述直拉单晶炉加料装置，设计γ、α和β分别满足各自条件，使得硅料在装置内的运行速度适中，既能避免硅料在管内堆积，造成堵料导致运行停止的风险，又能减少硅料进入坩埚熔体造成溅硅或掉落在坩埚壁上带来的损害。此外，从进料管落入硅料输运体的硅料首先与硅料输运体的底壁上的硅料碰撞，能够避免直接碰撞硅料输运体的底壁而磨损硅料输运体的内表面，从而避免产生其它非硅材质的颗粒杂质，有利于晶体的纯度和单晶产出良率。上述整体能够降低生产成本和提高产出，有利于应用。