[发明专利]硅锭凝固用坩埚及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及能用于由熔融态硅凝固硅锭的坩埚。

本发明还涉及用于制备这种坩埚的方法，并且还涉及这种坩埚用于处理熔融态硅的用途。

根据本发明的坩埚尤其可用在熔融和凝固硅的方法中，以例如获得在产生光伏能量时应用的高纯度硅。

背景技术

光伏电池大多由单晶硅或多晶硅制成，所述单晶硅或多晶硅由在坩埚中凝固液体硅而获得。其是从在坩埚内形成的硅锭上切割的晶片，被用作制造所述电池的基础材料。

考虑用于硅锭生长的坩埚通常是由二氧化硅制成的坩埚，涂覆有氧化的氮化硅层，以避免在凝固后硅锭粘附到坩埚上。

更具体地，这种防粘特性大多基于在坩埚内壁的表面上氧化粉末形式的氮化硅Si₃N₄的存在，硅在其冷却的过程中粘附到该表面上。在冷却时，由于以下的原因硅锭与这些壁分离：在氮化硅层内的内聚断裂，因而由热膨胀系统差所导致的机械应力松驰。

但是，这种技术并不能防止硅被氮化硅粉末中存在的杂质污染[1]。由于显见的原因，可在与坩埚壁接触处或坩埚壁附近形成的硅锭的区域处存在的这种污染使得硅锭部分地不适合用在光伏应用中。

因此迄今为止仍然需要凝固用坩埚，其使得硅锭能够在其冷却之后容易地分离，同时限制这种硅锭被防粘涂层污染。

还需要这种凝固用坩埚，其另外还是可再用的。

最后，从工业规模生产的角度来说，希望提出一种仅仅需要有限数目的制备步骤的通过低成本技术制造这种坩埚的方法。

发明内容

本发明特别地旨在提出满足这些预期的能用于从熔融硅凝固硅锭的新坩埚。

这是因为，本发明人已经发现，上述污染问题可通过在传统坩埚的内壁的表面形成分层堆垛形式的涂层而得以解决，所述分层堆垛由聚硅氮烷和/或聚硅氧烷和无机颗粒形成。

因而，根据其第一方面，本发明涉及能用于从熔融硅凝固硅锭的坩埚，其特征在于所述坩埚在其内表面上至少部分地涂覆有外层(couche externe)，所述外层是分层堆垛(empilement de strates)的形式，每个分层(strate)具有从5到150μm变化的厚度，并且由下述这样的材料形成，所述材料通过热分解聚硅氮烷和/或聚硅氧烷获得并且在其中结合了尺寸从50nm到200μm变化的无机颗粒。

在本发明的含义中，表述“内表面”被理解为是指限定出该坩埚的内部体积的壁的外表面。“该坩埚的内部体积”在本发明的含义中是指由该坩埚的基体的外表面或者该坩埚的基体的侧壁和底部表面所限定的体积。

“外”层被理解为是指以下的情况：所形成的层与周围气氛和/或坩埚内容物直接接触，也就是说它本身在其与坩埚壁相对的表面上不具有任何涂层。

聚硅氮烷是有机含硅聚合物，其主骨架由硅和氮原子的序列构成。

这些聚合物已经被提出作为前陶瓷(pro-céramiques)材料，这是由于它们的通过热分解形成主要由硅、碳和氮原子组成的陶瓷材料的能力。

这类化合物尤其已经用于以下目的：在各种基材(例如由石墨或二氧化硅制成的基材)的表面上形成具有抗氧化和密封性能的涂层([2]、[3])。

包含无机粉末的聚硅氮烷已经被用作用于增强某些含碳基材的抗氧化性的材料。但是，针对其使用所提出的方法在于在要被处理的材料的表面上形成单层，所述单层通过热解而热分解事先沉积的聚硅氮烷而产生([4]、[5])。

关于聚硅氧烷，它们是有机含硅聚合物，其主骨架由硅和氧原子的序列构成。

这些聚合物非常广泛地用在所有微电子领域中作为光敏树脂，用作用于平板印刷的掩蔽剂，或者用作囊封剂[6]。许多作者已经公开了经由以聚硅氧烷为起始的乳液技术获得具有受控几何形状的材料的技术[7]。

但是，就本发明人所知，还从未提出过根据本发明的坩埚的涂层其由分层堆垛形成，每个分层由下述这样的材料形成，所述材料通过热分解聚硅氮烷和/或聚硅氧烷获得并且在其中结合了无机颗粒。

因而，根据本发明的外层具有分层结构，因为它由至少两个甚至更多个分层形成，这些分层重叠且与所述坩埚的处理的内表面平行布置。

出于简化的目的，根据本发明的层(couche)在本文中可以无差别地被表示为“分层堆垛(empilement de strates)”、“外层(couche externe)”或“涂层(couche de)”。

尤其是，根据本发明的外层可具有范围从10到500μm，优选范围从50到300μm并且更特别地范围从100到200μm的厚度。