[发明专利]一种用直拉法生长准矩形柱体单晶硅的装置和工艺方法

说明书

本发明涉及单晶硅制备技术领域，具体地说，涉及一种用直拉法生长准矩形柱体单晶硅的装置和工艺方法。包括炉室、承载硅溶体的石英内坩埚、承载石英内坩埚的支撑外坩埚、坩埚加热器、隔热装置、单晶硅提拉装置、坩埚升降装置及真空和惰性气体保证系统。本发明设计的装置可以采用直拉法直接拉制出准矩形截面的单晶硅棒，具有节能、生产效率高、有害杂质和氧污染低的优点；其工艺方法流程简单、操作方便、简化，可以快速、准确地拉制高质量的准矩形单晶硅棒，有助于降低光伏电池成本、提高光伏电池光电转换效率。

技术领域

本发明涉及单晶硅制备技术领域，具体地说，涉及一种用直拉法生长准矩形柱体单晶硅的装置和工艺方法。

背景技术

用于制作光伏电池的单晶硅片基本是矩形或准矩形的，现有技术中一般采用先拉制圆柱状单晶硅棒，再将圆柱状单晶硅棒加工成矩形或准矩形的单晶硅棒，然后切制矩形单晶硅片的工艺方法。该直拉(CZ)法是一种应用了几十年的成熟的生长硅单晶的技术方法，因为其可以生长大尺寸高质量单晶硅，非常有利于降低生产制造成本，因此在光伏制造领域，几乎是唯一的高质量单晶硅材料的制备方法。

现有直拉法制备单晶硅的单晶炉中，其石英内坩埚和起支撑、均热作用的石墨外坩埚的横截面都是圆形的，圆形的坩埚应力比较均匀、比较节省材料、还可以通过控制晶体和坩埚的旋转方向和转数，可以使得晶体生长前沿温度更均衡、温度梯度更对称。

然而，现有的直拉法制备单晶硅的设备和工艺只能拉制横截面为准圆形的单晶硅棒，将圆形的单晶硅棒加工成矩形的单晶硅棒会切除掉较多的边皮。

虽然这些边皮可以作为原料重新熔融回炉，但势必提高了过程的能源消耗，降低了设备利用率和生产效率；

多次回融增加了对多晶硅原料的污染；

大直径单晶硅晶体径向热传导路径长、热阻大，散热条件差，因晶体径向内外温差大导致晶体内部热应力大；

同时热阻大，散热条件差，使的晶体轴向温度梯度较小，限制了拉晶速度；

另外坩埚和晶体的旋转会使更多氧原子进入石英坩埚中的晶体，导致晶体含氧量高。

目前还没有以直拉法直接拉制准矩形柱状单晶硅棒的装置，也没有相应可解决上述问题的工艺方法。鉴于此，我们提出了一种用直拉法生长准矩形柱体单晶硅的装置和工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用直拉法生长准矩形柱体单晶硅的装置和工艺方法，以解决上述背景技术中存在的问题。

为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了

一种用直拉法生长准矩形柱体单晶硅的装置，其特征在于：包括从内至外依次设置内腔具有准矩形横截面的石英内坩埚和承载石英内坩埚的支撑外坩埚，所述支撑外坩埚外侧设有坩埚加热器，所述坩埚加热器沿支撑外坩埚周边布置、对称分布，安装在加热器底盘上，所述坩埚加热器外侧设有隔热装置，所述石英内坩埚的正上方设有单晶硅提拉装置，所述单晶硅提拉装置从所述石英内坩埚提拉出准矩形柱体单晶硅棒，所述支撑外坩埚底端设有坩埚升降装置，所述石英内坩埚、所述支撑外坩埚、所述坩埚加热器及所述隔热装置均安装于炉室内，所述石英内坩埚的上方处规则布设有至少两个结晶前沿位置光学探测器。

作为优选，所述加热器底盘的下部或炉室的上方还配套设有x0y平面位移/旋角控制器该装置包括但不限于两种结构，具体为：第一种结构，所述x0y平面位移/旋角控制器位于设备机架与所述加热器底盘之间，既可以在炉室内，也可以部分在炉室内，部分在炉室外；第二种结构，所述x0y平面位移/旋角控制器位于设备机架与所述单晶硅提拉装置之间，既可以位于炉室内，也可以位于炉室外；既可以处于所述单晶硅提拉装置的下端，也可以处于所述单晶硅提拉装置的上端，此为第一种设置。