[发明专利]一种用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构

说明书

本发明公开了一种用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构。该石墨平台包括一个底面、一个顶面和四个侧面，底面和顶面的形状均为大小一致的正方形，侧面的形状均为长方形，顶面的边长与侧面的长边一致，侧面的长边大于侧面的宽边，底面上设有一个凹陷结构，凹陷结构的开口部边缘形状为正方形且该正方形的中心与底面的中心重合，凹陷结构的形状为曲面，曲面由两个正交的圆柱面构成。本发明的有益效果是：有效抑制该石墨平台的中心和外围温度不均衡，保证在熔料时底部的籽晶不会发生顶部不熔化或底部熔穿的情形，保证晶体生长时坩埚内硅液的等温面为水平面，保证在铸造单晶时都能够长成与籽晶大小形状相同的方柱形单晶。

技术领域

本发明涉及坩埚相关技术领域，尤其是指一种用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构。

背景技术

在光伏发电制造链中，需要将多晶硅变为单晶硅。传统的单晶硅是采用CZ法进行拉制而成的，而采取类似于多晶硅铸锭的定向凝固方式进行单晶生长的工艺，也称铸造单晶或者铸锭单晶，因为铸造单晶成本比CZ法拉制单晶的工艺成本可以大大降低，因而引起了众多研究机构和厂家的兴趣。铸锭单晶是在方形的石英陶瓷坩埚底部先铺满单晶籽晶，然后将多晶硅料放在籽晶上面，放入铸造单晶炉炉内将多晶硅料和籽晶上部熔化，同时保证籽晶的底部一直是固态晶体，然后开始从籽晶开始自下而上进行单晶的生长，直到整个全部硅液都长成单晶。

铸锭单晶生长工艺中的一个关键要点，就是保持硅液在坩埚内的固液界面始终是水平结构，只有这样才能保证坩埚底部的籽晶能够保持上部熔化而底部不熔化，也只有这样才能保证单晶生长时的方向是垂直向上，而避免各籽晶上的单晶在生长过程中与相邻的籽晶生长的单晶进行竞争，造成整个硅锭形成枝状晶而导致单晶率下降。而要做到这一点，就需要坩埚内的硅液在单晶生长过程中，硅液的等温面必须一直保持水平。由于装有硅液的石英坩埚是放置在一个石墨平台上的，因此，最基本的要求就是石墨平台的顶面温度必须保持等温。

由于坩埚是放置在碳毡制成的隔热屏和加热体中，在硅液熔化时，加热体加热，加热体的温度高于坩埚内部，而在晶体生长阶段，由于硅液温度一直高于外部，造成石墨平台和坩埚的四周温度偏低，而坩埚中部温度偏高。也就是说，坩埚四周和坩埚中心的温度必然存在梯度以及梯度的变化，因此，要保持固液界面水平，或者说要保持硅液内或石墨平台的等温面是水平的，在正常情况下是无法实现的。这就是目前铸造单晶的四周仍有部分多晶存在、成品率较低的原因。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种能够抑制坩埚石墨平台中心和四周温度不均衡的用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构，该石墨平台包括一个底面、一个顶面和四个侧面，所述底面和顶面的形状均为大小一致的正方形，所述侧面的形状均为长方形，所述顶面的边长与侧面的长边一致，所述侧面的长边大于侧面的宽边，所述的底面上设有一个凹陷结构，所述凹陷结构的开口部边缘形状为正方形且该正方形的中心与底面的中心重合，所述凹陷结构的形状为曲面，所述的曲面由两个正交的圆柱面构成。

铸造单晶时，盛放硅料的石英坩埚放置在该石墨平台的顶面上。加热体和隔热屏在坩埚及该石墨平台的上、下或四周，能够抑制坩埚石墨平台中心和四周温度不均衡的情况。该凹陷结构的曲面形状设计使得该石墨平台和其上面的坩埚的向下散热速率在整个石墨平台的顶面内是均衡的，从而使坩埚底部的温度保持一个水平的等温面，这保证了在熔料时底部的籽晶内的等温面为水平，从而保证坩埚底部所有的籽晶的底部温度相同，防止了因温度不均匀造成有的籽晶顶部尚未熔化，另一些籽晶已经全部熔化的情形。在籽晶顶部熔化后，单晶开始向上生长时，该石墨平台结构也能够使硅液的等温面保持水平，从保持固液界面始终保持水平并随着单晶生长不断向上移动，从而保证铸造单晶时每块籽晶上生长的单晶都形成垂直的方柱形单晶。