[发明专利]通过定向凝固提纯冶金级硅以及获得光电用途的硅锭的方法和装置

权利要求书

1.一种用于通过定向凝固提纯冶金级硅且获得用于光电用途的硅锭的方法，在碳还原炉中的碳还原周期结束时所述冶金级硅以所述熔融态排出，其特征在于，所述方法包括以下的附加步骤：

-石英坩埚的预加热步骤，通过电类型的加热装加热到高达比硅的熔点高的温度，所述石英坩埚容纳于安排在炉的腔体内部的容纳外壳中，所述腔体由覆盖结构和底座限定，所述覆盖结构和底座可相对于彼此移动或者相反地移动，即为开启和关闭所述腔体而沿着垂直方向分别面向彼此或者远离彼此地移动，且所述电类型的加热装置与所述覆盖结构的壁相关联；

-用于将所述熔融态的所述冶金级硅直接转移到所述石英坩埚的步骤，所述石英坩埚由此预加热且容纳于安排在关闭的腔体内的所述容纳外壳中，所述覆盖结构和所述底座移动成彼此更靠近，且在其内部生成压强比大气压高的压强惰性气体气氛，所述熔融态硅通过至少一种惰性气体的屏障被灌入所述预加热石英坩埚，所述惰性气体屏障靠近在所述覆盖结构的顶部中形成的至少一个开口生成，所述屏障覆盖所述开口的至少一个区域；

-用于定向凝固所述熔融态硅的步骤，所述步骤通过从容纳于所述容纳外壳中的所述石英坩埚的底部移除热，且通过所述电类型加热装置的有选择控制和对由它们所传递的功率的调制来进行，直到硅完全凝固在锭中，且在所述腔体关闭期间，所述覆盖结构和所述底座移动成彼此更靠近，且所述开口被可移除类型的封闭元件阻塞，且在其内部保持压强比大气压高的惰性气体气氛；

-用于从所述腔体取出所述石英坩埚的步骤，所述石英坩埚容纳于所述容纳外壳中且包含由此从开启的腔体中获得的所述锭，所述覆盖结构和所述底座彼此分隔开。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，在所述转移步骤之后和所述凝固步骤之前的用于将所述熔融硅在1430℃与1450℃之间的温度下保持2个小时数量级的时间以偏析超饱和碳的步骤。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括，在所述凝固步骤之后和所述取出步骤之前的用于将所述关闭腔体内部的所述锭冷却至650℃和550℃之间的温度的步骤。

4.如以上权利要求的一项或多项所述的方法，其特征在于，还包括，在所述预加热步骤之前的用于向所述石英坩埚的内表面施加衬垫材料的步骤，所述材料适于防止所述熔融态硅浸湿所述石英坩埚的所述内壁。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述衬垫材料包括氮化硅悬浮液，其煅烧在所述预加热步骤期间进行或者至少完成。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述施加步骤包括向所述石英坩埚的所述底部内表面涂敷所述氮化硅悬浮液，其厚度比施加到所述石英坩埚的所述壁的所述内表面的层厚，其比率在1.5和3之间。

7.如以上权利要求的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述预加热步骤依次包括：第一阶段，在其中所述石英坩埚逐渐被加热至550℃与650℃之间的温度；第二阶段，在其中所述石英坩埚被加热至1000℃的温度且在所述温度下保持1个小时数量级的时间；以及用于加热至高达在1450℃与1550℃之间的温度的第三阶段。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一阶段通过将所述覆盖结构和所述底座逐渐靠近地移动直到所述腔体关闭，以及有选择地控制所述电类型的加热装置以及调制由它们所传递的所述功率来进行，所述底座支承容纳于所述容纳外壳中的所述石英坩埚，。

9.如以上权利要求的一项或多项所述的方法，其特征在于，在所述凝固步骤期间，通过至少一个由具有制冷液的回路所冷却的热交换板来进行从所述石英坩埚的所述底部移除热的步骤，所述石英坩埚容纳于所述容纳外壳中，且所述热交换板与所述底座相关联，所述容纳外壳置于所述底座上。

10.如权利要求3至9的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤在所述关闭腔体内进行，通过停用所述电类型的所述加热装置以及通过从容纳于所述容纳外壳的所述石英坩埚的所述底部抽取所述热，在所述关闭腔体中将所述惰性气体的气氛保持在比大气压高的压强下。

11.如以上权利要求的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述抽取步骤通过从所述覆盖结构将所述底座移开来进行，且所述底座上放置了容纳于所述容纳外壳且饱含所述锭的所述石英坩埚，且通过用另一底座替换所述底座来开始新的周期。