[发明专利]一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉

说明书

本申请为申请号为201610082954.0、申请日为2016-02-03、名称为一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种多晶硅铸锭炉，尤其涉及一种带有用于改变载气流向的导流装置的多晶硅铸锭炉，属于晶体生长设备领域。

背景技术

多晶硅铸锭炉主要由红外探测仪90、炉体11、导流装置12、隔热笼14、加热器15、换热平台16和石墨立柱17构成，如图1所示，炉体11上的顶端盖113的中部设有观察窗114。加热器15包括四侧的侧加热器151和顶加热器152。导流装置12包括石墨管123、配接螺母121和导流管122。导流管122的上端部穿过隔热笼14的顶隔热板142中部的通孔，和顶隔热板142上方的配接螺母121固定，导流管122的下端出口正对着坩埚18内的硅料19；石墨管123装配在配接螺母121和观察窗114之间。红外探测仪90设置在观察窗114的正上方，红外探测仪90的探头正对着铸锭炉内的硅料。导流装置12主要用于向炉内输送载气，观察炉内的状况，插入测晶棒测量晶体的生长速度，以及红外探测仪探测炉内硅料的状态。导流装置12是从观察窗114察看炉内状况的唯一的观察途径。红外探测仪90用于探测硅料的状态是固态还是液态，在自动长晶工艺过程中，多晶硅铸锭炉根据红外探测仪90的信号的变化做出化料完成、中部长晶完成等报警处理，以警报操作人员及时通过观察窗114确认炉内硅料的状态及长晶状况，并做出操作处理，进入下一步工序过程。

多晶硅铸锭炉采用四侧壁、顶面五面加热的加热方式，如图1所示，则坩埚内液态硅的四侧的温度高于中部的温度，将形成四侧的液态硅上浮、中部的液态硅下沉的自然对流流场。四侧温度较高的液态硅中熔解的某些杂质(如碳、氮)的熔解度若达到或接近饱和，当其流到中部时，由于温度降低，杂质熔解度过饱和，将导致杂质如碳、氮等形核析出；杂质核随着液流下沉温度下降并逐步生长形成杂质夹杂物。如图1所示，载气经导流装置12下端的出口集中垂直地吹向液态硅的中心区域，该区域单位面积上接触的载气量大，载气从该区域液态硅中带走的热量多，将造成该中心区域液态硅温度进一步下降，过冷度增强，从而促进液态硅中的杂质如碳、氮等杂质过饱和形核析出，并促进杂质核快速生长形成宏观杂质，如碳化硅杂质、氮化硅杂质。碳化硅杂质具有电活性，会影响太阳能电池的转化效率。现有多晶硅铸锭炉的液态硅中只有自然对流流场，没有作周向流动的旋转流场，不利杂质挥发，还易造成杂质局域富集，使晶体的径向电阻率分布差异较大。申请号201310564191.X及201310564069.2的中国专利申请中均公开了一种改变载气流向的导流装置，目的是使坩埚中液态硅旋转加强杂质的挥发。但存在诸多问题：载气集中吹射液态硅表面的某一区域，没有周向分布的驱动力，难以形成旋转流场，且易造成该区域温度下降液态硅过冷，促进液态硅中杂质形核生长；导流装置中通向铸锭炉内的视场均被完全遮挡，通过观察窗无法察看铸锭炉内的状态，不方便司炉操作；测晶棒无法穿过导流装置插到铸锭炉内，晶体生长速度不能测量；以及红外探测仪无法探测炉内硅料的状态，自动长晶工艺不能正常进行。因此，亟需开发一种可增加载气和液态硅接触面积的并驱动液态硅中产生旋转流场的带有导流装置的多晶硅铸锭炉，该导流装置使载气分散倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，增加载气流和液态硅表面的接触面积，并驱动液态硅中产生旋转流场，同时导流装置不影响观察窗中通向铸锭炉内的视场。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种可以增加载气和液态硅接触面积的并驱动液态硅中产生旋转流场的带有导流装置的多晶硅铸锭炉。以克服现有技术中所存的问题：载气集中吹射液态硅表面的某一区域，没有周向分布的驱动力，液态硅中难以形成旋转流场；且载气从该区域带走大量热量，造成该区域液态硅局域过冷，促进液态硅中杂质形核生长；导流装置中通向铸锭炉内的视场被完全遮挡，通过观察窗无法察看铸锭炉内的状态，不方便司炉操作；测晶棒无法穿过导流装置插到铸锭炉内，晶体生长速度不便测量；红外探测仪透过观察窗无法探测炉内硅料的状态，自动长晶工艺不能正常进行。