[实用新型]一种用于铸锭单晶硅的坩埚

说明书

本实用新型涉及一种用于铸锭单晶硅的坩埚，包括坩埚底部和坩埚壁，坩埚底部和坩埚壁一体设置，所述坩埚底部的上端面在位于中央位置设置有凹槽，坩埚底部的上端面呈中间低、四周高的斜坡设置。通过采用上述方案，本实用新型克服现有技术存在的不足，提供了一种用于铸锭单晶硅的坩埚，能够保证在用铸锭法进行单晶生长时，不会产生多晶形核，从源头上消除了铸锭单晶的多晶形核的可能性；同时，结合铸锭单晶工艺，还能够消除籽晶中大量的位错，而且在整个单晶的生长过程中，能够使位错的产生几率降到最低。

技术领域

本实用新型涉及硅晶体生长技术领域，尤其是一种采用铸锭或铸造方式进行半导体与光伏太阳电池所用的单晶硅生长的坩埚。

背景技术

现有的单晶硅晶体生长主要采用ＣＺ法直拉单晶生长方式。一般采用石英玻璃坩埚承载多晶硅，在炉内熔化后，用籽晶从上方缓慢吊入硅液，经过缩颈、放肩工序后进行等径生长，其中坩埚只需要进行承载硅料的作用，晶体生长在坩埚内硅液的液面进行。

铸锭单晶则同样是将硅料放入坩埚内，但籽晶是在坩埚底部的。通过底部冷却，晶体从底部的籽晶开始向上生长。目前，进行铸锭单晶生长的厂家均采用与多晶硅铸锭相同的石英陶瓷坩埚，在底部铺满籽晶，籽晶的大小与硅片尺寸大小相同或相近。这种坩埚由于底部平坦，且籽晶与籽晶之间、籽晶与坩埚壁、籽晶与坩埚底部之间有缝隙，因而不可避免会产生多晶形核，也非常容易导致籽晶的顶部未熔而产生多晶在籽晶的顶部形核，或者籽晶熔穿而在坩埚底部形成多晶形核。这些原因导致铸造单晶含有大量的多晶，同时也在晶体内部产生大量的位错，因此，这种籽晶铺设方式是导致传统的铸锭单晶中有大量的多晶存在，而被称为“类单晶”或“准单晶”的主要原因。多晶的存在必然导致晶体的转换效率无法提高。同时，这种方式由于对于籽晶原生的位错无法削减，同时由于温度控制主要用来确保籽晶的上部熔化而底部不能全部融化，因此，根本无法顾及位错的形核与产生与否，而且大量多晶的形成也会产生应力而导致在单晶内部产生大量的位错（位错密度高达10⁵/cm²以上），导致“类单晶”的单晶部分的质量也无法满足光伏电池的要求。

发明内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供了一种用于铸锭单晶硅的坩埚，能够保证在用铸锭法进行单晶生长时，不会产生多晶形核，从源头上消除了铸锭单晶的多晶形核的可能性；同时，结合铸锭单晶工艺，还能够消除籽晶中大量的位错，而且在整个单晶的生长过程中，能够使位错的产生几率降到最低。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于铸锭单晶硅的坩埚，包括坩埚底部和坩埚壁，坩埚底部和坩埚壁一体设置，所述坩埚底部的上端面在位于中央位置设置有凹槽，坩埚底部的上端面呈中间低、四周高的斜坡设置。

通过采用上述方案，凹槽的设计是为了确保在熔料时，籽晶在顶部全面熔化时底部不会熔化，这种结构使得熔料时的控温工艺更简单，对温度的冗余度更大，籽晶的完美熔接也更容易实现，坩埚底部设置为中间低、四周高的斜坡形状，目的有两个：第一，由于坩埚内的硅料熔化后，硅液的顶端温度高、底端温度低，硅液内部形成了一个由下向上的正向的垂直温度梯度，坩埚底部为斜坡形可以在坩埚内由下至上的垂直温度梯度的条件下，在坩埚底部形成一个中间低、四周高的水平温度梯度，也就是说在坩埚内由下至上的垂直温度梯度的条件下，再坩埚底部生成了一个由内到外的正向水平温度梯度，这样，在晶体生长时，可以保证晶体是由位于坩埚底部中央的籽晶开始生长的，而坩埚底部的籽晶范围之外的其它部位因温度较高，无法满足结晶形核所需要的过冷度的条件，无法产生多晶形核；第二，由于晶体生长时，位错的方向在原子密度较大的晶面（硅晶体中是{111}型晶面），而生长方向与位错所在的晶面均有一个角度，我们只要选取籽晶的放置方向（如100晶向），可以使得籽晶在坩埚底部进行横向生长时，籽晶中的原生位错至少有一半向坩埚底部延伸，因而可以消除籽晶中一半以上的位错。

本实用新型的进一步设置是：所述凹槽的水平截面呈正方形设置，凹槽的上端边缘与相对的坩埚壁之间设置有斜坡面，斜坡面设置有四个，各斜坡面围设在凹槽四周。