[实用新型]一种提高单晶硅纵向电阻率一致性的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于单晶硅生产技术领域，尤其是涉及一种提高单晶硅纵向电阻率一致性的装置。

背景技术

单晶硅，又称硅单晶，是一种半导体材料。近几年来，随着光伏产业的迅猛发展，单晶硅又被用来制作太阳能电池，呈现出供不应求的局面。随着高科技的发展，生产近乎完美的高质量单晶硅，是每一个材料厂家、器件厂家的共同愿望，这种单晶硅具有良好的断面电阻率均匀性、高寿命、含碳量少、微缺陷密度小、含氧量可以控制的特点。

目前，生产单晶硅的方法有直拉法、区熔法、基座法、片状生长法、气相生长法、外延法等，其中基座法、片状生长法、气相生长法和外延法都因各自的不足未能被普遍推广；而直拉法和区熔法比较，以直拉法为主要加工方法，它的投料量多、生产的单晶直径大，设备自动化程度高，工艺比较简单，生产效率高。直拉法生产的单晶硅，占世界单晶硅总量的70％以上。直拉法又称为切克劳斯基法，简称CZ法。CZ法的特点是在一个直筒型的热系统中，用石墨电阻加热，将装在高纯石英坩埚中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动籽晶，再反向转动坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾过程，一支硅单晶就生长出了。

单晶炉是一种在惰性气体环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，并用直拉法生长无错位硅单晶的设备。采用单晶炉生产硅单晶过程中，为拉制一定型号和电阻率的硅单晶，便要选用适当的掺杂剂。五族元素常用作单晶硅的N型掺杂剂，主要有磷、砷、锑等。三族元素常用作单晶硅的P型掺杂剂，主要有硼、铝、镓等。一般来说，拉制低电阻率单晶(电阻率小于10^-2Ω·cm)，一般选用纯元素掺杂剂。拉制较高电阻率的单晶(电阻率大于10^-1Ω·cm)，一般选用母合金做掺杂剂。所谓“母合金”就是杂质元素与硅的合金。常用的母合金有硅磷和硅硼两种，采用母合金做掺杂剂是为了使掺杂量更容易控制、更准确。

但是实际采用单晶炉生产硅单晶过程中，由于上述掺杂剂的掺杂元素在硅单晶内生长界面处固液两相中的扩散速度不同，从而导致拉制成型硅单晶晶体的纵向电阻率不一致，即拉制成型硅单晶晶体的电阻率由头部至尾部逐渐降低。尤其是对于N型硅单晶来说，其硅单晶晶体头尾之间的电阻率相差特别大。例如，目前所生产半导体级单晶硅的电阻率由头部至尾部衰减较为严重，半导体级单晶硅头部的电阻率约38Ω·cm，半导体级单晶硅中部的电阻率约32Ω·cm，而其尾部的电阻率约20Ω·cm。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种提高单晶硅纵向电阻率一致性的装置，其结构简单、设计合理、使用操作简便、实现方便且使用效果好，所拉制硅单晶头部与尾部的电阻率基本保持一致，大大提高了硅单晶的纵向电阻率一致性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种提高单晶硅纵向电阻率一致性的装置，包括单晶炉，所述单晶炉包括单晶炉炉体和布设在单晶炉炉体外侧的功率柜，所述单晶炉炉体包括主炉室和位于主炉室正上方的副炉室，所述主炉室内设置有石英坩埚、布设在石英坩埚正上方的导流筒、套装在石英坩埚外侧的石墨坩埚和布设在石墨坩埚正下方的石墨热场系统，所述石墨热场系统与功率柜上所设置的接线端相接，其特征在于：还包括水平放置在石英坩埚内侧中部的石英筒，所述石英筒为上下均开口的圆柱状筒体且所述圆柱状筒体的壁厚为3mm～10mm，所述石英筒的外径为其所处石英坩埚内径的1/2～1/3；所述石英筒与石英坩埚呈同轴布设，且石英筒的顶部高度不高于石英坩埚的顶部高度；所述石英筒底部沿圆周方向开有用于将石英坩埚内腔与石英筒内腔连通的多个通孔，多个所述通孔的结构和尺寸均相同且多个所述通孔呈均匀布设。

上述一种提高单晶硅纵向电阻率一致性的装置，其特征在于：所述石英筒的顶部与石英坩埚的顶部相平齐，或者石英筒的顶部高度比石英坩埚的顶部高度低2cm～3cm。

上述一种提高单晶硅纵向电阻率一致性的装置，其特征在于：所述通孔的横截面面积为6mm²～40mm²，且所述通孔的横截面面积越大，所开通孔的数量越少。

上述一种提高单晶硅纵向电阻率一致性的装置，其特征在于：所述通孔的数量为6个～2个。

上述一种提高单晶硅纵向电阻率一致性的装置，其特征在于：所述通孔为开在石英筒底部边沿上的凹槽。

上述一种提高单晶硅纵向电阻率一致性的装置，其特征在于：所述凹槽为直径为2mm～5mm的半圆形槽。