[发明专利]一种高纯硅的精炼装置及其方法

权利要求书

1.一种高纯硅的精炼装置，其特征在于设有中频感应熔炼炉、升降装置、等离子熔炼装置、透气塞装置、真空系统和浇注用石墨模具；

所述中频感应熔炼炉设有炉盖、石墨坩埚和中频感应线圈，升降装置设在炉盖上，中频感应线圈设于石墨坩埚的外侧，在中频感应线圈与石墨坩埚之间设有保温层；所述等离子熔炼装置设有等离子枪和引弧装置，引弧装置与等离子枪均固定于炉盖上，等离子枪可垂直移动，等离子枪上设有冷却水进口、冷却水出口和氩气进口；所述透气塞装置设有透气塞、导杆和传动装置，透气塞与传动装置连接，透气塞和传动装置位于石墨坩埚底部，导杆与透气塞底部连接，透气塞设有气体管道用于通入工作气体，气体管道顶部设有出气口，透气塞可在传动装置带动下垂直升降；所述真空系统设有机械旋片泵与罗茨泵，中频感应熔炼炉通过罗茨泵与机械旋片泵连接；所述浇注用石墨模具设有4块石墨片。

2.如权利要求1所述一种高纯硅的精炼装置，其特征在于所述保温层采用保温耐火泥保温层。

3.如权利要求1所述一种高纯硅的精炼装置，其特征在于所述出气口设有4个。

4.一种高纯硅的精炼方法，其特征在于采用如权利要求1所述一种高纯硅的精炼装置，所述方法包括以下步骤：

1）选用低磷低硼工业硅为硅料；

2）将硅料放入石墨坩埚中，关闭炉盖，开启机械泵与罗茨泵抽真空，然后启动中频感应熔炼炉对硅料进行加热；

3）待硅料全部熔化后，提高中频感应熔炼炉电源功率，使硅液在1600～1850℃进行保温；

4）启动透气塞装置，透气塞在传动装置带动下上升至距离石墨坩埚底部10mm处，通过气体管道向硅液底部通入工作气体进行熔炼；同时启动等离子熔炼装置，先通过引弧装置进行引弧，引弧完成后，将引弧装置转移，然后对硅液表面进行等离子熔炼；

5）待吹气熔炼和等离子熔炼完成后，先关闭等离子熔炼装置，透气塞在传动装置带动下降至石墨坩埚底部，在此过程中保持通气以防硅液进入气体通道，当透气塞降至石墨坩埚底部后关闭透气塞装置，停止通气；

6）将硅液倒入浇注用石墨模具中，静置冷却后取出硅锭，得到除磷除硼提纯后的高纯硅锭。

5.如权利要求4所述一种高纯硅的精炼方法，其特征在于在步骤1）中，所述低磷低硼工业硅的纯度为99%，其中，硼的含量为1～2ppmw，磷的含量为5～6ppmw。

6.如权利要求4所述一种高纯硅的精炼方法，其特征在于在步骤2）中，所述中频感应熔炼炉的电源功率控制在200～300kW。

7.如权利要求4所述一种高纯硅的精炼方法，其特征在于在步骤3）中，所述中频感应熔炼炉的电源功率在硅液保温阶段升至300～500kW。

8.如权利要求4所述一种高纯硅的精炼方法，其特征在于在步骤4）中，所述等离子熔炼装置的电源功率控制在100～350kW。

9.如权利要求4所述一种高纯硅的精炼方法，其特征在于在步骤4）中，所述工作气体为氩气与水蒸气的混合气体，混合气体中水蒸气的体积分数为0～1.5%，氩气的体积分数为98.5%～100%，通气速率为20～30L/min，吹气精炼与等离子精炼过程持续30～60min，硅液温度控制在1600～1850℃。