[发明专利]一种提高电子束熔炼多晶硅效率的方法及装置

说明书

本发明涉及太阳能级多晶硅制造领域，尤其涉及一种提高电子束熔炼多晶硅效率的方法及装置。本发明具有熔炼坩埚，熔炼坩埚的侧壁和底板之间的连接角设有向内的倾斜面，倾斜角度为45°‑60°，降低熔炼过程中边缘位置凝固层的厚度，增强电子束的熔炼效果。本发明在装置使用时通过控制电子束熔炼多晶硅过程中不同阶段的电子束扫描模式，来提高电子束熔炼多晶硅的效率，缩短生产时间，降低生产能耗，提高生产效率。

技术领域

本发明涉及太阳能级多晶硅制造领域，尤其涉及一种提高电子束熔炼多晶硅效率的方法及装置。

背景技术

电子束熔炼作为冶金法制备太阳能级多晶硅整个生产流程中的重要工艺组成部分，能够高效去除硅中的挥发性杂质（包括P、O等）。传统工艺条件下，电子束熔炼过程比较检单一，电子束未考虑电子束扫描模式，而是在大功率条件下，照射硅料，对硅料进行熔化及熔炼，整个生产过程中的能耗较高，这也成为限制电子束熔炼多晶硅大规模广发应用的一个重要限制因素。

发明内容

本发明要解决的技术问题是传统工艺条件下，电子束熔炼过程比较检单一，电子束未考虑电子束扫描模式，而是在大功率条件下，照射硅料，对硅料进行熔化及熔炼，整个生产过程中的能耗较高，这也成为限制电子束熔炼多晶硅大规模广发应用的一个重要限制因素。

为解决上述问题，本发明提出一种提高电子束熔炼多晶硅效率的方法及装置，通过控制电子束熔炼多晶硅过程中不同阶段的电子束扫描模式，来提高电子束熔炼多晶硅的效率，缩短生产时间，降低生产能耗，提高生产效率。

为达到上述目的，本发明由以下技术方案实现：一种提高电子束熔炼多晶硅效率的装置，如图3-图4所示，具有熔炼坩埚，熔炼坩埚的侧壁和底板之间的连接角设有向内的倾斜面，倾斜角度为45°-60°，降低熔炼过程中边缘位置凝固层的厚度，增强电子束的熔炼效果。

进一步的，熔炼坩埚下方连接熔炼坩埚翻转轴，熔炼坩埚轴与机构通过动密封连接，机构外部设有熔炼坩埚翻转液压系统及水平移动电机，通过液压系统实现熔炼坩埚的翻转功能，通过水平移动电机来操控熔炼坩埚的水平移动。

进一步的，如图5-图6所示，熔炼坩埚的冷却水路分为侧壁水路与底部水路共两路，分别进行降温处理，起到良好的冷却降温效果，同时降低坩埚整体结构的加工难度，侧壁水路采用螺旋式水路结构，单路水道，冷却水由底部进入，由顶部流出，采用该进水模式，能够保证水路内部冷却水的稳定性；底部水路采用螺旋水路结构，冷却水由坩埚底部通入坩埚内部，通过循环流动从坩埚侧边流出，保证水冷坩埚底部冷却能力的均一性，电子束熔炼过程中，熔池中间位置温度较高，这样的设计能起到好的冷却效果与保护作用。

进一步的，如图1所示，所述提高电子束熔炼多晶硅效率的装置还包括送料机构、炉体、电子枪、熔炼坩埚、凝固坩埚；送料结构连接在炉体的上端，炉体的一侧与吸真空结构相连，上方为电子枪，向下发射电子束，电子枪与吸真空结构相连；炉体内、电子束照射方为熔炼坩埚，熔炼坩埚的后端位于送料机构的送料口下方，导液口端位于凝固坩埚的开口上方；凝固坩埚设于炉体底部。

进一步的，所述炉体的一侧的吸真空结构为依次连接的机械泵Ⅰ、罗茨泵Ⅰ、扩散泵，扩散泵的端部与炉体相连，将炉室内空气抽走，构建真空环境；电子枪一侧的吸真空结构为依次连接的分子泵、罗茨泵Ⅱ、机械泵Ⅱ，分子泵的端部与电子枪相连，构建电子束熔炼所需要的真空条件；炉体的一侧设有充气阀。

一种提高电子束熔炼多晶硅效率的电子束扫描的方法，采用上述装置，其电子束的扫描模式及能量分布分为8 个区域，1-8#总能量值相加为100%；其中1#、2#、3#、4#、5#、6#按逆时针顺序构成外周围区域，1#与6#角部重叠区，5#与6#角部重叠区，2#与3#角部重叠区，3#与4#角部重叠区，使熔炼坩埚4个角的能量分布为正常区域的1.5-2.5倍；7#区域与1#、5#、6#、8#区域相邻，8#区域与2#、3#、4#、7#区域相邻。在熔化阶段扫描模式、熔炼阶段扫描模式和浇铸阶段扫描模式采用不同的能量分布，能量分布如下：