[发明专利]一种测量晶体硅铸锭过程中温度梯度的方法和装置

说明书

本发明提供了一种测量晶体硅铸锭过程中温度梯度的方法，包括：(1)提供测试棒和坩埚，坩埚中装有硅熔体，将测试棒置于硅熔体中，向上提拉，测试测试棒在硅熔体中的拉力值F1；(2)调节温度进入长晶阶段，使硅熔体开始形核结晶形成晶体硅，此时坩埚中包括晶体硅、糊状区和未结晶的硅熔体，将测试棒伸入坩埚中并下降直至到达晶体硅的位置，然后将测试棒向上提拉，提拉的速度与步骤(1)的提拉速度相同，实时监测测试棒在提拉过程中的拉力值F变化；当拉力值F与F1相同时，停止提拉，测试此时测试棒的提升高度，提升高度即为糊状区的厚度L；(3)按照公式G＝(Tsubgt;L/subgt;–Tsubgt;s/subgt;)/L计算出温度梯度G与糊状区厚度L的数量关系，Tsubgt;L/subgt;–Tsubgt;s/subgt;代表硅熔体Tsubgt;L/subgt;与晶体硅Tsubgt;s/subgt;的温度差。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种测量晶体硅铸锭过程中温度梯度的方法和装置。

背景技术

近年来，太阳能作为一种新兴的可再生绿色能源已经成为了人们开发和研究的热点。伴随着太阳能电池业的快速发展，成本低且适于规模化生产的多晶硅或类单晶硅成为行业内最主要的光伏材料之一，并逐步取代传统的直拉单晶硅在太阳能电池材料市场中的主导地位。

多晶硅的晶体生长过程中，其固液界面前沿纵向液相温度梯度(简称温度梯度)是一个很重要的参数和指标，温度梯度直接影响晶体硅的质量，但目前的技术无法简便地获得温度梯度数值，因此，有必要提供一种测量晶体硅铸锭过程中温度梯度的方法和装置。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种测量晶体硅铸锭过程中温度梯度的方法。该方法可以简单、便捷地获得晶体硅生长过程中的温度梯度。本发明还提供了一种用于测量晶体硅铸锭过程中温度梯度的装置，该装置结构简单易操作。

本发明第一方面提供了一种测量晶体硅铸锭过程中温度梯度的方法，包括：

(1)提供测试棒和坩埚，所述坩埚中装有硅熔体，将所述测试棒置于所述硅熔体中，然后向上提拉，测试所述测试棒在所述硅熔体中的拉力值F1；测试结束后，提升所述测试棒至所述坩埚的顶部；

(2)调节温度进入长晶阶段，使所述硅熔体开始形核结晶形成晶体硅，此时所述坩埚中包括晶体硅、糊状区和未结晶的硅熔体，将所述测试棒伸入所述坩埚中并下降直至到达所述晶体硅的位置，然后将所述测试棒向上提拉，实时监测所述测试棒在提拉过程中的拉力值F变化，所述提拉的速度与步骤(1)的提拉速度相同；当所述拉力值F与所述F1相同或相近时，停止提拉，测试此时所述测试棒的提升高度，所述提升高度即为糊状区的厚度L；

(3)按照公式G＝(T_L–T_s)/L计算出温度梯度G与糊状区厚度L的数量关系，其中T_L–T_s代表硅熔体T_L与晶体硅T_s的温度差，所述T_L–T_s为常数。

其中，步骤(2)中，所述测试棒向上提拉的速度为0.01mm/s-100mm/s。

其中，步骤(2)中，所述测试棒向上提拉的速度为10mm/s-100mm/s。

其中，当所述晶体硅的高度为1cm时，将所述测试棒伸入所述坩埚中测试所述拉力值F的变化。

其中，当所述测试棒下降过程中遇到突然增大的阻力时表示所述测试棒到达所述晶体硅的位置，此时所述测试棒停止下降，开始向上提拉。

其中，在长晶阶段，每隔5min-60min测定一次所述糊状区的厚度。

其中，所述测试棒为石英棒或氮化硅棒。