[实用新型]一种用于拉制具有曲面形状硅薄壳的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于拉制具有曲面形状硅薄壳的装置。 

背景技术

多晶硅是制造半导体器件和太阳能电池等产品的主要原材料，还可以用于制备单晶硅，其深加工产品被广泛用于半导体工业中，作为人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等器件的基础材料。同时，由于能源危机和低碳经济的呼吁，全球正在积极开发利用可再生能源。太阳能由于其清洁、安全、资源丰富，在可再生能源中最引人关注。利用太阳能的一种方法是通过光电效应将太阳能转化为电能。硅太阳能电池是最普遍采用的基于光电压效应的装置。此外，由于半导体工业和太阳能电池的发展，对高纯度多晶硅的需求正不断增加。 

在多晶硅的生产方法中，作为被广泛采用的高纯度多晶硅的制备技术，可以举出德国西门子公司于1954年发明的多晶硅制造方法(也称为西门子法)。 

采用高纯三氯氢硅和高纯氢按照一定的配比混合在一起构成原料混合气体，通入本领域技术人员公知的还原炉反应器中，在加热的高纯度硅芯上发生如下式(1)所示的还原反应，通过化学气相沉积，生成的高纯度多晶硅不断沉积在硅芯上，使该硅芯的直径逐渐变粗而形成多晶硅棒(以下简称为硅棒)。 

2SiHCl₃+H₂→Si+2HCl+SiCl₄+H₂            (1) 

上述化学气相沉积过程是在钟罩型的还原炉中进行的，该反应容器是密封的，底盘上安装有出料口和进料口以及若干对电极，电极上连接着直径5～10mm、长度1500～3000mm的硅芯，每对电极上的两根硅棒又在另一端通过一较短的硅棒相互连接，对电极上施加6～12kV左右的高压时，硅棒被击穿导电并加热至1000～1150℃发生反应，经氢还原，硅在硅棒的表面沉积，使硅棒的直径逐渐增大，最终达到120～200mm左右。通常情况下，生产直径为120～200mm的高纯硅棒，所需的反应时间大约为150～300小时。 

然而，西门子工艺中存在诸多缺陷，主要表现在：1)还原单程收率低下以及沉积速率缓慢，这主要是由于硅芯初始表面积小，导致初期生长速率缓慢；2)硅芯需要高压击穿，且横梁搭接处温度较高，容易出现爆米花；3)由于硅芯采用搭接形成回路，在高压击穿启炉或停炉时由于受到热应力或气流的作用发生倒棒。 

为提高多晶硅沉积速率，可以采用增大初始沉积载体表面积的方法。美国专利申请US2007/0251455公开了一种制造多晶硅的方法，采用该方法可以提高多晶硅的产量和单 程收率。它采用表面积大的沉积体，如大面积硅管等为发热体，以缩短沉积时间，由此提高了多晶硅的产量和反应的单程收率，年产量可增加30～40％。但此公开的专利技术中仍存在上述搭接问题以及硅管中存在的气体可能导致危险事故。 

因此，仍旧需要一种简单而有效的多晶硅生产方法，能够在安全稳定生产的同时，提高单位生长周期内多晶硅的产量和反应的单程收率。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于拉制具有曲面形状硅薄壳的装置。该装置利用EFG原理，使用薄壳状硅籽晶从液态熔融硅中向上提拉制取薄壳状硅。 

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案： 

一种用于拉制具有曲面形状硅薄壳的装置，该装置包含熔融硅坩埚、液态硅加料器、液态硅加料管、具有间隙结构的模具、高纯硅籽晶以及籽晶提拉装置。液态硅加料器与熔融硅坩埚通过液态硅加料管连接，熔融硅坩埚中设有模具，模具上方，对应间隙的位置设有高纯硅籽晶，高纯硅籽晶固定在籽晶提拉装置下端。 

其中，所述熔融硅坩埚采用电加热线圈进行加热，坩埚内壁材质由石墨、氮化硅、碳化硅中的一种或几种组成，坩埚内盛装液态硅并固定具有间隙结构的模具。 

其中，所述液态硅加料器采用辐射炉加热，内壁材质由石墨、氮化硅、碳化硅中的一种或几种组成。新鲜硅块置于加料器中被加热并熔融，通过所述加料管通入坩埚。 

其中，所述液态硅加料管外壳采用带水冷夹套的金属材质，内壁材质由石墨、氮化硅、碳化硅中的一种或几种组成，内壁与外壳之间设有电加热线圈。可在加料管上设置阀门切断加料管内液体硅的流动。 

其中，所述具有间隙结构的模具固定在熔融硅坩埚中，材质由石墨、氮化硅、碳化硅中的一种或几种组成，其间隙宽度为0.3～3mm，模具外壁具有孔道连通间隙空间与坩埚空间。液态硅经过模具外壁孔道进入间隙并形成虹吸，形成虹吸后间隙内的液体硅液面将高于坩埚内液面并可通过调节坩埚内液面高度使间隙内液面高于模具上表面。