[发明专利]硼-镓共掺单晶制备设备及其制备方法

权利要求书

1.一种硼-镓共掺单晶制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过二次加料装置向单晶炉加入第一原料，所述第一原料包括以下组分：第一硅料80000-120000重量份，掺硼合金80-120重量份，纯镓0.5-2重量份，熔化第一原料，熔化后的第一原料结晶得到第一单晶棒；

步骤S1包括以下步骤：

S11：将第一硅料和掺硼合金混合，将第一硅料和掺硼合金的混合原料分为A原料和B原料，A原料和B原料的重量比例为4:1-2:1；

S12：向二次加料装置加入A原料、接着通过加料小管向二次加料装置加入纯镓，然后向二次加料装置加入B原料；

S13：通过提拉装置将装载有A原料、纯镓和B原料的混合原料的二次加料装置吊入副室直至二次加料装置的下开口抵达主室喉口时将混合原料投入石英坩埚；

或，

步骤S1包括以下步骤：

S111：将第一硅料和掺硼合金混合，将第一硅料和掺硼合金的混合原料分为A1原料和B1原料，将A1原料分为M份，第M份A1原料和B1原料的重量比例为4:1-2:1；

S112：通过二次加料装置分次向石英坩埚加入第一至第M-1份A1原料熔化后，接着向二次加料装置加入第M份A1原料，然后通过加料小管向二次加料装置加入纯镓，最后向二次加料装置加入B1原料；

S113：通过提拉装置将将装载有第M份A1原料，纯镓和B1原料的混合原料的二次加料装置吊入副室直至二次加料装置的下开口抵达主室喉口时将混合原料投入石英坩埚； M为正整数且M≥2；

从石英坩埚内取出第一单晶棒；

步骤S2：通过二次加料装置向单晶炉加入第二原料，所述第二原料包括以下组分：第二硅料160000-200000重量份，掺硼合金160-200重量份，纯镓0.5-2重量份，熔化第二原料，熔化后的第二原料结晶得到第二单晶棒；

步骤S2包括以下步骤：

S21：将第二硅料和掺硼合金混合，将第一硅料和掺硼合金的混合原料分为C原料和D原料，C原料和D原料的重量比例为4:1-2:1；

S22：向二次加料装置加入C原料、接着通过加料小管向二次加料装置加入纯镓，然后向二次加料装置加入D原料；

S23：通过提拉装置将装载有C原料、纯镓和D原料的混合原料的二次加料装置吊入副室直至二次加料装置的下开口抵达主室喉口时将混合原料投入石英坩埚；

或，

步骤S2包括以下步骤：

S211：将第二硅料和掺硼合金混合，将第一硅料和掺硼合金的混合原料分为C1原料和D1原料，将C1原料为N份，第N份C1原料和D1原料的重量比例为4:1-2:1；

S212：通过二次加料装置分次向石英加入第一至第N-1份C1原料熔化后，接着向二次加料装置加入第N份C1原料，然后通过加料小管向二次加料装置加入纯镓，最后向二次加料装置加入D1原料；

S213：通过提拉装置将将装载有第N份C1原料，纯镓和D1原料的混合原料的二次加料装置吊入副室直至二次加料装置的下开口抵达主室喉口时将混合原料投入石英坩埚；

N为正整数且N≥2；

所述第一硅料包括原生多晶硅和非原生多晶硅，所述原生多晶硅和非原生多晶硅的比例为1:4-1:2；所述第二硅料包括原生多晶硅和非原生多晶硅，所述原生多晶硅和非原生多晶硅的比例为1:2-3:4；

所述掺硼合金为硅硼合金，且硼的重量比例为0.008%-0.01%；

所述步骤S1中掺硼合金的添加量通过以下公式获得：

；

所述步骤S2中掺硼合金的添加量通过以下公式获得：

；

其中为步骤S1中掺硼合金的添加量，为步骤S1中掺硼合金的杂质浓度，为第一原料熔化后形成的熔体中的杂质浓度，为步骤S1中N型第一单晶棒电子迁移量，为步骤S1中P型第一单晶棒空穴迁移量，步骤S1中的掺硼合金在第一原料熔化后形成的熔体中的分凝系数用表示，为第一原料的重量，是所要求的电阻率对应的第一单晶棒的长度比例且；

其中为步骤S2中掺硼合金的添加量，为步骤S2中掺硼合金的杂质浓度，为第二原料熔化后形成的熔体中的杂质浓度，为步骤S2中N型第二单晶棒电子迁移量，为步骤S2中P型第二单晶棒空穴迁移量，步骤S2中的掺硼合金在第二原料熔化后形成的熔体中的分凝系数用表示，为第二原料的重量，是所要求的电阻率对应的第二单晶棒的长度比例且；

所述硼-镓共掺单晶制备方法采用硼-镓共掺单晶制备设备制备，所述硼-镓共掺单晶制备设备包括：

单晶炉，所述单晶炉包括主室和副室，所述主室上部为主室喉口，所述主室通过主室喉口与主室上方的副室相连通，主室喉口处设有隔离阀；主室为一个中空的腔体，腔体底部设有石英坩埚，石英坩埚的上方为一个自上而下直径渐渐缩小的导流装置；主室的侧壁设有进气口和排气口，所述排气口外接至抽空装置；

二次加料装置，所述二次加料装置包括加料筒、钼杆和石英锥，所述加料筒为具有上开口和下开口的中空的腔体，所述钼杆设于加料筒的内部，所述石英锥为向下逐渐增大的棱锥体，石英锥的顶部小于加料筒的内径且位于加料筒的内部，石英锥的底部大于加料筒的内径且位于加料筒的外部，石英锥设有自顶部到底部的贯穿孔，钼杆的下端穿过石英锥的贯穿孔以带动石英锥打开或者密封加料筒的下开口；

提拉装置，提拉装置设于副室的上方且通过重锤连接至二次加料装置使得二次加料装置在副室和主室的内部移动；

加料小管，所述加料小管用于向二次加料装置加料且独立于所述单晶炉、二次加料装置和提拉装置，所述加料小管的直径小于加料筒的半径。