[发明专利]生产结晶材料块的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过定向结晶化制造结晶材料块的装置，其包括布置成在结晶坩埚中建立温度梯度的加热设备和冷却设备，所述冷却设备包括热交换器和可调节的附加热源。

背景技术

文献WO2004/094704描述了一种通过定向结晶化制造结晶材料块的装置。该材料通常为硅。如图1中所示，该装置包括结晶坩埚1，其底部7使得热量能够被带走。所述坩埚1的底部7具有比其侧壁8更高的传热性能。为产生温度梯度，加热元件3和热交换器4分别布置在所述坩埚1的上方和下方。

硅凝固的温度梯度需要有效的排热。所述坩埚1的各向异性的性质使得能够获得基本上平坦和平行的等温面。因此，凝固前沿(front desolidification)在平行于所述坩埚1的底部7的方向上基本上是平坦的。

当发生硅的结晶时，固相5的厚度增加使得凝固前沿离开坩埚1的底部7向上发展，如图1中的箭头20所示。硅的熔融温度为1410℃，1410℃等温面随后离开所述坩埚1的底部7，这由在结晶过程中在所述坩埚1的底部7的温度下降引起。

在所述坩埚1的底部7的凝固材料量的增加伴随着热阻的增加。但是，为了维持固体/液体前沿处的温度梯度恒定，通过热交换器4带走的热能必须在整个凝固顺序中保持基本上恒定。因此，必须提供调节。

因此，所述热交换器4包括例如冷却剂流体回路，并且根据应用，该流体可为合成油或在高温下工作的流体，例如在压力下的气体如氦，当需要氦液化器时这是非常昂贵的。可以使冷却剂流体的温度以受到控制的方式改变以确保带走的能量在整个凝固顺序中保持恒定。

例如，文献WO2004/094704描述了一种布置在坩埚1的底部7和冷却设备4之间的石墨毡9，如图2中所示。所述石墨毡9在硅的凝固过程中被 压缩。因此，所述石墨毡9的厚度降低并且其导热性增加。从而，通过所述石墨的传导性的传热可在凝固过程中受到控制。所述石墨毡9也可逐渐地移走以控制冷却。所述坩埚1中的温度梯度通常被控制和维持在包含在8℃/cm和30℃/cm之间的值。

还存在水冷却系统。但是，难以在宽的温度范围内控制温度，除非使用水蒸发的潜热，这实施起来是复杂的。

文献US6299682描述了一种生产用于光电应用的硅锭的装置。该装置包括布置在坩埚上方的加热系统和布置在坩埚下方的冷却设备。在坩埚下方也布置一个热源以控制在坩埚底部带走的热量。

发明内容

本发明的目的是克服这些缺点，并且具体来说，是实现有效的温度调节而同时减少装置的实施成本。

根据本发明，该目的通过所附权利要求实现，并且更具体而言，通过设置有感应线圈和导电感应感受器的冷却设备的事实而实现，所述感应线圈用在所述感应线圈中流动的冷却液冷却，所述导电感应感受器位于所述坩埚和所述感应线圈之间。

本发明的进一步目的是提供一种通过使用根据本发明的装置进行定向结晶化而制造结晶材料块的方法，所述方法包括：

-从顶部加热所述坩埚并从底部冷却所述坩埚以在所述结晶坩埚中建立温度梯度，和

-通过热交换器和通过调节可调节的附加热源控制所述坩埚从底部的排热，

通过感应线圈和通过导电感应感受器而提供冷却设备，所述感应线圈用在该感应线圈中循环的冷却液冷却，所述感受器布置在坩埚和感应线圈之间，

-该方法同时包括通过所述感应线圈加热和通过在所述感应线圈中流动的所述冷却液冷却，和

-该方法包括通过减少所述感应线圈的电力供应来逐渐减少加热，同时凝固前沿离开坩埚中的所述感受器向前推移。

附图说明

其它优点和特征将通过下列仅作为非限制性实例给出的、并表示在附图中的本发明的具体实施方式的说明而更加清楚地明晰，在附图中：

图1显示根据现有技术通过定向结晶化制造结晶材料块的装置。

图2和3显示根据本发明的以横截面表示的装置的两个具体的实施方式。

图4说明了根据本发明的以顶视图表示的装置的感受器的具体实施方式。

具体实施方式

表示在图2中的制造装置包括布置成在结晶坩埚1中建立温度梯度的热源3和冷却系统22。所述冷却系统22包括热交换器17和可调节的附加热源18，例如电阻加热元件、红外加热或者任何其它合适的可调节的热源。所述热交换器17优选地包括示意性地用箭头21表示的水冷回路。特别地，所述热交换器17可在坩埚1的整个宽度上延伸。

来自坩埚的排热可由此受到控制，而同时受益于恒功率热交换器的优点，特别是其简单的实行形式的优点。