[发明专利]一种颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置及方法

说明书

本发明公开了一种颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置，包括炉室及加料装置，炉室内设保温层，炉室的顶部设有进料管，进料管的下端设有加料筒，加料筒内设有颗粒硅，漏斗式的加料筒的下端环绕感应线圈，感应线圈使加料筒下端熔化形成熔融区，炉室底部设置有主轴，主轴内设有中轴，中轴的顶部设有籽晶；加料装置包括颗粒硅料筒、石英料管、进料管道及阀门，颗粒硅料筒内放置颗粒硅，颗粒硅料筒上端的一侧设有保护气体入口，另一侧设有排气口，石英料管上通过进料管道及阀门与炉室中的进料管连接；还涉及一种颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的方法，该装置结构简单，能够实现以颗粒硅为原料直接进行区熔法制备单晶硅的生产，大大降低的原料成本。

技术领域

本发明涉及一种制备单晶硅的装置及方法，具体涉及一种颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置及方法。

背景技术

硅材料是现代信息社会的基础，它不仅是光伏发电等产业的主要功能材料，也是半导体产业，特别是电力电子器件的基础材料。区熔法（FZ）生产单晶硅是区别于直拉炉（CZ）的一种新型的单晶生长方法，它利用高频感应加热线圈将高纯度的多晶料局部融化，熔区依靠熔硅的表面张力和加热线圈提供的磁托浮力而处于悬浮状态，然后从熔区的下方利用籽晶将熔硅拉制成单晶。由于没有坩埚污染，区熔炉生长的单晶硅纯度高，均匀性好，低微缺陷，其优良的电学性能非常适合制作高反压、大电流、大功率的电力电子器件。

但是目前区熔法的原料通常为棒状，其制作方法包括：直拉法制备出的多晶、单晶硅棒，铸造法制作的多晶硅再经开方、滚圆等方法制作出多晶硅棒的方法；以上区熔法所需原料的制备成本高，损耗大，导致区熔法制备单晶硅的成本居高不下，导致目前使用区熔法进行单晶硅的生产的非常少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置及方法，该装置结构简单，能够实现以颗粒硅为原料直接进行区熔法制备单晶硅的生产，大大降低的原料成本。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置，包括炉室及设置在炉室一侧的加料装置，其中：

炉室内壁设有保温层，炉室的顶部设有穿透炉室的进料管，进料管的下端设有加料筒，加料筒的底部为漏斗式，加料筒内设有颗粒硅，漏斗式的加料筒的下端环绕有中心设有圆孔的感应线圈，感应线圈使加料筒下端紧邻感应线圈的部分熔化形成熔融区，炉室底部设置有主轴，主轴内设有中轴，中轴的顶部设有籽晶；

加料装置包括颗粒硅料筒、石英料管、进料管道及阀门，颗粒硅料筒内放置颗粒硅，石英料管竖直设置于颗粒硅料筒中，颗粒硅料筒上端的一侧设有保护气体入口，另一侧设有排气口，颗粒硅料筒中石英料管上远离颗粒硅的一端通过进料管道及阀门与炉室中的进料管连接。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，前述颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置中，加料筒为石英筒，优选石英含量大于99.5%石英筒。

技术效果，石英主成分为二氧化硅，减少对硅的污染，提高质量。

前述颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置中，加料筒漏斗式的底部上的通孔与颗粒硅颗粒的大小相适配。

前述颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置中，炉室内还设有支撑机构，支撑机构位于籽晶的上方，支撑机构包括支撑座及滑动机构，支撑座活动设置于滑动机构上，其中：

滑动机构为滑动支架及设置在炉室内壁上的滑轨，滑动支架两端设置于滑轨内上下滑动，滑动支架的中部设有通孔，支撑座穿过通孔设置于滑动支架上；

支撑座呈漏斗状，支撑座的中心设有孔，支撑座的孔在籽晶的正上方，支撑座与滑动支架之间设置滚珠，支撑座的下端穿过滑动支架上的通孔固定设置于主轴的顶端，主轴带动支撑座滑动旋转。

前述颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置中，支撑座为石英或碳-碳复合材料制作。