[发明专利]带晶种升降单元的铸造硅单晶炉及硅单晶生长方法

权利要求书

1.一种带晶种升降单元的铸造硅单晶炉，其特征是：包括炉体（24）、晶种升降单元、温控单元、晶体生长单元；

所述的晶体生长单元位于炉体（24）内；

所述的晶种升降单元位于炉体（24）上方，并穿进炉体（24）至晶体生长单元，用于将晶种（12）插入到晶体生长单元；

所述的温控单元用于提供晶体生长单元中的晶体生长所需的温度。

2.如权利要求1所述的铸造硅单晶炉，其特征是：

所述的晶种升降单元包括波纹管（6）、晶种升降杆（9）、升降机构（32），升降机构（32）用于升降晶种升降杆（9），晶种升降杆（9）穿过波纹管（6）进入炉体（24）内。

3.如权利要求2所述的铸造硅单晶炉，其特征是：

所述的晶种升降单元进一步设有热屏蔽管（8），用于屏蔽炉体（24）内的高温，位于所述的波纹管（6）的下方，晶种升降杆（9）穿过波纹管（6）和热屏蔽管（8）进入炉体（24）内。

4.如权利要求2所述的铸造硅单晶炉，其特征是：所述的升降机构依次包括电机（1）、减速机（2）、丝杆（3）、支架（4）、波纹管提升块（30），电机（1）安装在减速机（2）上，

减速机（2）、丝杆（3）分别安装在支架（4）上，波纹管提升块（30）安装在丝杆（3）上，波纹管（6）和晶种升降杆（9）安装在波纹管提升块（30）下。

5.如权利要求1所述的铸造硅单晶炉，其特征是：所述的温控单元包括加热器、温度传感器、温度控制器。

6.如权利要求5所述的铸造硅单晶炉，其特征是：所述的加热器包括主加热器（11）；或者

所述的加热器包括主加热器（11）、底部加热器（19）；或者

所述的加热器包括主加热器（11）、侧加热器（15）；或者

所述的加热器包括主加热器（11）、侧加热器（15）、底部加热器（19）；

所述的主加热器（11）位于所述的晶体生长单元的上方，底部加热器（19）位于所述的晶体生长单元的下方，侧加热器（15）位于所述的晶体生长单元的侧面。

7.如权利要求5所述的铸造硅单晶炉，其特征是：所述的温控单元进一步包括冷却机构（31）。

8.如权利要求7所述的铸造硅单晶炉，其特征是：所述的冷却机构（31）设置在晶体生长单元的下方；

所述的冷却机构（31）包括冷却送风管（20）、冷却进风口（34），冷却送风管（20）向上吹风冷却晶体生长单元的下部；

或者所述的冷却机构（31）包括冷却送风管（20）、冷却进风口（34）、冷却出风口（35）、冷却排风管（36），冷却送风管（20）向上吹风冷却晶体生长单元的下部，冷却送风管（20）所吹冷却风由冷却排风管（36）直接带走。

9.如权利要求1所述的铸造硅单晶炉，其特征是：所述的晶体生长单元包括坩埚（14）、坩埚底托板（16）、坩埚侧护板（26）；所述的坩埚底托板（16）下设有支承板（17）或者不设支承板；所述的晶种（12）为硅单晶体。

10.一种采用如权利要求1所述的带晶种升降单元的铸造硅单晶炉的硅单晶生长方法，其特征是：步骤如下：

1）将高纯氮化硅粉、硅溶胶、纯水按一定的比例配好，在坩埚内表面涂高纯氮化硅粉涂层，厚度1-2mm，自然干燥后高温烧结；坩埚的横截面为正方形，材料为石英陶瓷，具体尺寸根据投料量确定；

2）先将晶种安装在晶种升降杆的下端，开动电机将晶种升入波纹管内并达到最高位置，将烧结好的坩埚放在坩埚底托板上，安装好坩埚侧护板，将块状或颗粒状的多晶硅装满坩埚；

3）抽真空；

4）熔化：抽好真空后通氩气，控制加热器的功率先将多晶硅完全熔化成硅熔体；

5）控制温度：控制加热器的功率，将硅熔体液面的温度稳定到比硅熔点高1-50℃的范围，将坩埚侧内表面和底内表面的温度控制在比硅熔点高1-10℃的范围内，温度由温度传感器直接或间接测量，使坩埚侧内表面和底内表面的温度在硅熔体不结晶的前提下尽可能接近硅熔点；

6）下降晶种：控制电机将晶种降低到下端距硅熔体表面5-10mm，停止下降，使晶种的温度稳定，缓慢将晶种浸入硅熔体，直到晶种下端与坩埚底内表面接触；过程中控制温度使硅熔体表面不产生结晶，晶种也不熔断；

7）结晶：控制温度使硅熔体以晶种为中心结晶，晶体沿着晶种由下向上生长的同时也向相邻晶种之间的区域生长；

8）晶锭冷却：当硅熔体完全结晶后停止加热，待晶锭冷却后取出晶锭。