[发明专利]颗粒硅直接用于CCZ直拉法制备单晶硅的装置及其方法

说明书

本发明公开了一种颗粒硅直接用于CCZ直拉法制备单晶硅的装置，包括单晶炉及颗粒硅加料装置，单晶炉包括炉体，炉体中设石英坩埚，石英坩埚外设第一加热器，石英坩埚上方设导流筒，炉体内设保温筒，保温筒包括上保温筒及下保温筒，上保温筒上设有石墨大盖，导流筒装配在石墨大盖的通孔内，导流筒内设有水冷屏，下保温筒下设护底压板，炉体的底端设加热电极，炉体内还设有熔料坩埚、物料管道、第二加热器及气固旋风分离器，颗粒硅加料装置包括颗粒硅料筒、石英料管、进气口及出气口，石英料管通过送料管道及阀门与气固旋风分离器连接；通过对正常单晶炉的简单改造实现了颗粒硅在单晶硅行业中的直接加入使用，单晶硅的拉制成本降低，制备方法简单易行。

技术领域

本发明涉及一种生产单晶硅的装置及其方法，具体涉及一种颗粒硅用于CCZ直拉法生产单晶硅的装置及其方法。

背景技术

根据晶体生长方式不同，当前制备单晶硅技术主要分为悬浮区熔法（FZ法）和直拉法（CZ法）两种，直拉法相对来说成本更低，生长速率较快，更适合大尺寸单晶硅棒的拉制，目前我国90%以上的太阳能级单晶硅通过直拉法进行生产，预计今后仍将大比例沿用。

直拉法的原理是将高纯度的多晶硅原料放置在石英坩埚中加热熔化，再将单晶硅籽晶插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长，并随着籽晶的提拉晶体逐渐生长形成晶棒。

最初的直拉法是分批直拉法（BatchCzochralski），一个坩埚只能拉制一根晶棒，并且在拉制完以后坩埚因冷却破裂而无法重复使用。

目前单晶硅工业生产多采用RCZ多次拉晶技术（RechargedCzocharlski），是在分批直拉法的基础上给设备增加加料装置改进而来。但是无论是分批拉制法还是RCZ法，坩埚内硅熔液都会随着单晶硅棒的拉制而变少，引起液面下降，造成拉制环境中热动力环境的不稳定，易引起拉制单根硅晶棒性质的不均一。

此外RCZ法的效率提升空间有限。当一根拉制完的晶体在闸门中冷却时，下次拉制的硅原料通过加料管被添加到坩埚中剩余的硅熔液中。因此硅料的添加在晶体冷却时完成。然而进行下一次拉制前必须要等待单硅晶棒在闸门室中冷却完毕并移除，造成了工业生产的低效率。

CCZ（ContinuousCzocharlski）连续直拉法晶棒拉制与加料熔化同时进行效率高，CCZ直拉法的理念已经存在很久，但是无法工业化生产，主要原因是符合条件的原料较少，同时石英坩埚也比较特殊，正常使用时问题较多；目前直拉法生产中使用的颗粒硅因其生产工艺的原因，颗粒硅中含有一定量的氢，在高温下熔料时容易出现氢跳、溅硅等问题，不能直接用于单晶硅的生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种颗粒硅直接用于CCZ直拉法生产单晶硅的装置及其方法，通过对正常单晶炉的简单改造实现了颗粒硅在单晶硅行业中的直接加入使用，单晶硅的拉制成本降低，制备方法简单易行。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种颗粒硅直接用于CCZ直拉法制备单晶硅的装置，包括单晶炉及设置在单晶炉一侧的颗粒硅加料装置，其中：

单晶炉包括炉体，炉体中设置有用于放置原料的石英坩埚，石英坩埚外设有石墨坩埚，石墨坩埚外围设有第一加热器，石英坩埚上方设有导流筒，炉体内设有保温筒，保温筒与炉体壁之间设有第一保温材料层，保温筒包括上保温筒及下保温筒，上保温筒设置于导流筒外围，下保温筒设置于石墨坩埚外围，上保温筒上还设有石墨大盖，石墨大盖的中部设有通孔，导流筒装配在通孔内，导流筒内设有水冷屏，下保温筒下还设有护底压板，护底压板与炉体底端之间设有第二保温材料层，炉体的底端设有加热电极，加热电极穿透护底压板及第二保温材料层，炉体内还设有熔料坩埚、物料管道、第二加热器（19）及气固旋风分离器，熔料坩埚设置于导流筒与上保温筒之间且位于石英坩埚上方，熔料坩埚的底端设有孔，物料管道的一端设置有上端开有排气口的气固旋风分离器，另一端穿透石墨大盖与熔料坩埚连接，熔料坩埚底端的两侧设有第二加热器；