[发明专利]一种电子束凝固坩埚及排除金属杂质的方法

摘要

本发明公开了一种电子束凝固坩埚，包括凝固坩埚和废液坩埚，凝固坩埚和废液坩埚通过分流导管相连通，其特征在于凝固坩埚和废液坩埚呈圆台斜度为10°‑20°的倒圆台形，废液坩埚的上截面低于凝固坩埚上截面20cm‑30cm；分流导管包括与设置在凝固坩埚上截面处的分流口相连通的水平连接段和与废液坩埚上截面圆滑连接的斜坡段，水平连接段靠近分流口的位置设有硅块堆。本发明还公开了应用该电子束凝固坩埚排除金属杂质的方法，通过在金属杂质分凝后融化后，通过分流导管将废液引流至废液坩埚中，从而实现将产品合格部分与不合格部分在液态时分开，避免了后期切割硅锭杂质的引入，大大提高了生产效率，简化了生产。

主权项

一种应用电子束凝固坩埚排除金属杂质的方法，所述电子束凝固坩埚，包括凝固坩埚和废液坩埚，所述凝固坩埚和所述废液坩埚通过分流导管相连通，所述凝固坩埚和所述废液坩埚呈倒圆台形，所述凝固坩埚和所述废液坩埚的圆台斜度为10°‑20°，所述废液坩埚的上截面低于所述凝固坩埚上截面20cm‑30cm；所述分流导管包括与设置在所述凝固坩埚上截面处的分流口相连通的水平连接段和与所述废液坩埚上截面圆滑连接的斜坡段，所述水平连接段靠近所述分流口的位置设有硅块堆；所述凝固坩埚的上截面直径为70cm‑90cm，所述凝固坩埚的下截面直径为30cm‑60cm，所述凝固坩埚的高度为50cm‑70cm，所述废液坩埚的容积小于所述凝固坩埚的容积；所述分流口为设置在所述凝固坩埚上截面处的高度为15cm‑20cm、宽度为12cm‑18cm的开口；所述水平连接段的长度为10cm‑15cm，所述斜坡段的斜度为30°‑45°，所述斜坡段的长度为10cm‑15cm；其特征在于，包括如下步骤：S1、准备阶段：在凝固坩埚、废液坩埚和分流导管底部均铺上一层厚度为3mm‑5mm、直径小于1cm且纯度大于6N的原生硅粉，设置在所述分流导管靠近所述凝固坩埚的分流口位置的硅块堆由直径8cm‑13cm的大块硅块和用于填满大块硅块间空隙的小块硅块构成；S2、熔炼硅料：对炉室和枪体抽真空，使炉体真空度低于5×10‑2Pa，枪体真空度低于5×10‑3Pa，电子束对硅料进行熔炼，电子束功率从0开始，每隔5min‑10min增加30kw‑50kw，直至熔炼坩埚中的硅料表面全部融化后，继续以200kw‑300kw的功率进行熔炼20min‑30min；S3、硅液冷却：将步骤S2中所得硅液立即倒入所述凝固坩埚，直至倾倒后的硅液高度高于所述分流导管的管口下沿，冷却过程中继续利用电子束对所述凝固坩埚中的硅液进行加热，所述电子束功率从250kw每隔3min‑5min减少30kw‑50kw，直至减少到120kw‑150kw；S4、杂质分离：当凝固坩埚中凝固的固液界面上升至分流口位置，将电子束功率增大一倍，且引出40％‑60％的电子束对硅块堆进行加热，直至硅块堆全部融化后，所述凝固坩埚中高于分流口的硅液流入所述废液坩埚中；立即减少电子束功率到120kw‑150kw，并将电子束全部集中在所述凝固坩埚中，电子束功率以每隔5min‑10min减少30kw‑50kw的速度减少到0；S5、所述废液坩埚直接冷却，取出所述废液坩埚中的硅锭回收利用；所述凝固坩埚凝固完毕后，取出所述凝固坩埚中的合格硅锭，完成排除金属杂质。