[实用新型]一种用于多晶硅真空区熔提纯的加热线圈

说明书

技术领域

本实用新型涉及多晶硅真空提纯领域，尤其涉及一种用于多晶硅真空区熔提纯的加热线圈。

背景技术

区域熔炼，简称区熔，指根据液体混合物在冷凝结晶过程中组分重新分布(称为偏析)的原理，通过多次熔融和凝固，制备纯度可达99.999％的高纯度的金属、半导体材料和有机化合物的一种提纯方法。区熔的典型方法是将被提纯的材料制成长度为0.5～3m或更长些的细棒，通过高频感应加热，使一小段固体熔融成液态，熔融区液相温度仅比固体材料的熔点高几度，稍加冷却就会析出固相。熔融区沿轴向缓慢移动，每小时几至十几厘米。随着熔融区向前移动，杂质也随着移动，最后富集于棒的一端，予以切除。一次区域熔炼往往不能满足所要求的纯度，通常须经多次重复操作，或在一次操作中沿细棒的长度依次形成几个熔融区。

利用杂质的蒸发及分凝效应，对多晶硅进行多次真空区熔提纯是制备低补偿、高纯度高阻区熔硅材料的必要步骤。由于多晶硅在提纯过程中，多晶各向结晶速率不一致，结晶潜热的释放极易使大直径多晶硅内部产生裂痕，导致无法使用，所以目前真空区熔提纯的多晶硅直径一般控制在50±2mm以下。由于制备高阻硅材料需要对多晶硅进行多次提纯，提纯的稳定性显得尤为重要，即制备期间如出现多晶边缘长刺、熔区凝固、熔区出现腰带、塌炉等情况都将中断整个制备过程，腰带生成一般在多晶提纯的放肩阶段，由于加热功率、热场形状、多晶形状三者不匹配，导致在熔区中心部分形成一圈带状的不熔化固体，俗称“腰带”，因此，一个稳定的用于真空区熔提纯的热场就显得尤为重要，热场的核心部分是加热线圈。

传统的用于52mm以下硅单晶生长的加热线圈一般为平板“鸭嘴线圈”，如图1和图2所示，线圈水冷管位于线圈骨架外围，线圈骨架内圆为一正圆，线圈下表面为一倾斜表面，在线圈有切口的一端采用法兰将线圈水冷管固定，目前，通常直接将这种“鸭嘴线圈”用于多晶硅真空提纯，但由于多晶硅真空提纯与单晶硅生长工艺特点并不相同，当多晶直径逐渐加大，多晶熔化界面熔硅流动性变差，多晶熔化边缘因过冷易产生毛刺，当多晶直径大于45mm时，这种现象尤为明显，很难应用于需要进行多次真空区熔提纯的工艺中，实验证明此种加热线圈并不适合真空区熔提纯。

可用于多晶硅真空区熔提纯的还有一种丹麦线圈，如图3和图4所示，线圈上表面刻有一个台阶，线圈下表面有倾斜设计，线圈骨架内圆采用偏心设计，即靠近法兰一侧为一矩形加一正半圆，另一侧为正半圆，实验证明这种线圈效果并不好，单台阶设计虽然在一定程度上降低了多晶熔化边缘长刺的几率，但由于台阶能量辐射范围有限，易造成局部能量分布不均，局部过冷产生毛刺，同时采用此种线圈提纯过程中，多晶熔化界面熔硅流动性仍然较差，存在塌炉隐患。此外，线圈采用的偏心设计，虽然在理论上可以降低腰带产生的几率，但由于线圈中心不对称程度较大，造成能量分布不均匀性较大，局部能量过低，对去除腰带的效果并不明显。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是，提供一种用于多晶硅真空区熔提纯的加热线圈，为真空区熔提纯提供热场的同时，可以克服真空区熔提纯过程中直径较大的多晶硅边缘易出现毛刺的缺陷。

本实用新型采用的技术方案是，所述用于多晶硅真空区熔提纯的加热线圈，包括线圈骨架和线圈水冷管，线圈水冷管焊接嵌入线圈骨架内，线圈骨架内圆下边沿一端和线圈下表面连接成的斜面与水平面呈第一倾斜角度，该线圈采用平板单匝结构，在线圈骨架内圆周围的上表面设有第一级台阶和第二级台阶，第一级台阶所在圆的直径大于第二级台阶所在圆的直径，第二级台阶的底部一端和线圈骨架内圆边沿连接成的斜面与水平面呈第二倾斜角度。

该线圈进一步包括电极上法兰和电极下法兰，电极上法兰和电极下法兰上有电极连接孔和水冷管孔，线圈水冷管穿过水冷管孔并分别与电极上法兰和电极下法兰相焊接，循环冷却水由线圈水冷管进出线圈骨架，在所述线圈骨架上靠近电极上法兰和电极下法兰的一侧设置一个切口。

作为一种优选的技术方案，所述线圈骨架内圆为偏心式结构，可以由一个半圆和半个椭圆组成，线圈下表面上设有一个偏心刻槽。

作为另一种优选的技术方案，所述切口为一个切面互相平行的倾斜切口。

采用上述技术方案，本实用新型至少具有下列优点：