提高直拉单晶硅拉速的装置及方法制造方法及图纸

技术编号:14183868 阅读:205 留言:0更新日期:2016-12-14 13:35
本发明专利技术公开了一种提高直拉单晶硅拉速的装置包括圆筒状的冷却机构、冷却介质进管、冷却介质出管;提高直拉单晶硅拉速的方法包括如下步骤:(1)准备,(2)加热化料,(3)中间处理,(4)等径,(5)收尾及后处理。本发明专利技术的优点在于,本发明专利技术的优点:利用惰性元素冷却介质气化吸热的原理,增加单晶硅棒的轴向温度梯度,使单晶硅拉速提高20%以上,由于未改变热场系统的上部保温等机构,因此没有额外的能耗增加;惰性元素冷却介质回收利用,降低了单晶硅生产成本;使用的惰性元素冷却介质为液氦或液氩,不与硅熔体发生反应,不会对热场部件造成影响,较常规方法较为安全,提高了单晶硅生产的安全性。

Apparatus and method for increasing pulling speed of Czochralski Silicon

The invention discloses a cooling mechanism, device speed of Czochralski silicon includes cylindrical cooling medium inlet pipe and a cooling medium outlet pipe; method of improving the speed of Czochralski silicon comprises the following steps: (1) to (2) heating material, (3) intermediate processing, (4) the diameter (5), finishing and postprocessing. The invention has the advantages that the invention has the advantages of using the principle of inert element cooling medium of endothermic gasification, increasing the axial temperature gradient of the monocrystalline silicon, the silicon casting speed is increased by more than 20%, because the system did not change the thermal field of upper insulation mechanism, so no additional energy consumption; inert element cooling medium recycling, reduce the production cost of monocrystalline silicon; inert element cooling medium used for liquid helium or argon, do not react with the silicon melt, will not affect the thermal field components, more than the conventional method of safety, improves the safety of the production of monocrystalline silicon.

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术涉及单晶硅生产领域,特别涉及一种提高直拉单晶硅拉速的装置及方法
技术介绍
:单晶硅是晶体材料的重要组成部分,其主要用作半导体材料和太阳能光伏发电、供热组件等。近三十年来,随着新能源技术的快速发展,尤其是太阳能产业在研究开发、商业化生产、市场开拓方面的快速发展,市场对于单晶硅的需求量逐年激增。由于传统的单晶硅生成加工企业生产水平较低,生成技术水平不高,最终造成单晶硅生产效率低、成本高,这极不利于单晶硅生成加工企业的发展,因此单晶硅生成加工企业也在探索提高生成效率、降低成本的单晶硅生产方法。根据直拉单晶硅的生长界面的能量守恒方程:Qin+QL=Qout→kmeltGmelt+LV=kcryGcry其中,Qin为熔体传入结晶界面的热量,Qout为结晶界面向晶体付出的热量,QL为结晶潜热。得出实际晶体生长速度如下:其中,Vcrys为单晶硅生长速度,Gcrys为晶体界面附近的轴向温度梯度,Gmelt为生长界面附近熔体内的轴向温度梯度,Kcrys与Kmelt分别为晶体与熔体的传热系数,A为结晶界面的面积,Dcrys为结晶的面积,L为结晶潜热。从上式中可以看出,生长固定直径单晶硅时,除了晶体轴向温度梯度Gcrys与熔体轴向温度梯度Gmelt为可变动值,其它均为固定值,因此提高直拉单晶硅拉速应从界面附近晶体及熔体的轴向温度梯度出发,即:①增加界面上方晶体内轴向温度梯度Gcrys;②降低界面下方熔体内轴向温度梯度Gmelt。当前提高直拉单晶硅拉速的方法有:1、减弱热场系统的上部保温、改变热屏的机构或材质等方法提高轴向温度梯度,进而提高拉速;该方法同时会增加了熔体的热量散失,增加了能耗,以26寸热场为例,上保温厚度每减少10mm,功耗增加3%左右。2、采用水装置环绕单晶硅棒周围,提高轴向温度梯度,进而提高拉速。该方法虽然能够有效提高拉速;但是炉内高温,一旦出现漏水会立即汽化与炉内热场部件发生反应,使热场部件无法使用。
技术实现思路
:本专利技术的第一个目的在于提供一种可降低单晶硅棒轴向温度梯度、降低生产成本的提高直拉单晶硅拉速的装置。本专利技术的第二个目的在于提供一种生成安全系数高的、生产效率高的提高直拉单晶硅拉速的方法。本专利技术的第一个目的由如下技术方案实施,提高直拉单晶硅拉速的装置,其包括冷却机构、冷却介质进管、冷却介质出管,所述冷却机构包括上下敞口、中空圆筒状的冷却主体和若干片翅片,所述冷却主体包括若干段竖直管和若干段U形管,相邻两段所述竖直管的管口之间设有一段所述U形管,相邻所述竖直管与所述U形管之间首尾依次连通构成蛇形盘管,每段所述竖直管内侧外壁上对称设有一对所述翅片,在所述冷却主体的上端设有与所述冷却主体内部连通的所述冷却介质进管,在所述冷却主体的下端设有与所述冷却主体内部连通的所述冷却介质出管。进一步的,所述冷却介质进管与所述冷却介质出管相对设置。进一步的,所述冷却主体的高度H与直径D的比例为1:2-3。进一步的,所述翅片为耐高温翅片,每相邻的两所述竖直管上相邻的两所述翅片之间的夹角α为90°-150°。进一步的,所述冷却介质出管与冷却介质回收罐连通。本专利技术的第二个目的由如下技术方案实施,提高直拉单晶硅拉速的装置进行的提高直拉单晶硅拉速的方法,其包括如下步骤:(1)准备,(2)加热化料,(3)中间处理,(4)等径,(5)收尾及后处理;其中,(1)准备:将所述冷却机构安装于距单晶硅生长界面以上500-1000mm处;(2)加热化料:准备完成后,将多晶硅原料置于石英坩埚中并抽真空,之后向所述石英坩埚中通入氩气,使得所述石英坩埚内的炉压为10-20torr,待所述石英坩埚内的炉压稳定后开始加热化料,加热功率为70-100kw,在所述加热化料的同时通过所述冷却介质进管向所述冷却机构内输送惰性元素冷却介质,所述惰性元素冷却介质的输送流量为20-50mL/min,所述加热化料时间为5-10h;(3)中间处理:加热化料结束后,依次进行稳温、引晶、放肩、转肩,在所述稳温、所述引晶、所述放肩、所述转肩过程中均以20-50mL/min的输送流量向所述冷却介质进管内输送所述惰性元素冷却介质;(4)等径:中间处理结束后,进入等径阶段后,所述惰性元素冷却介质的输送流量增加至50-100mL/min,此时提拉速度设为60-75mm/min,待单晶硅头部进入所述冷却机构200-300mm时,所述惰性元素冷却介质的输送流量增加至100-200mL/min,所述提拉速度提高至62-80mm/min,待所述单晶硅的头部高于所述冷却机构且所述单晶硅的尾部进入所述冷却机构后,所述惰性元素冷却介质的输送流量维持在100-200mL/min,所述提拉速度提高至67-90mm/min;至所述石英坩埚中剩余的所述原料液体为7-10Kg时,所述等径阶段结束;(5)收尾及后处理:待等径结束后进入收尾阶段,此时所述惰性元素冷却介质的输送流量降低至20-50mL/min,所述收尾阶段结束后,停炉冷却,所述单晶硅的位置提高200-400mm,所述石英坩埚的位置降低100-200mm,此时所述惰性元素冷却介质的输送流量维持在20-50mL/min直至拆炉,所述拆炉开始时停止向所述冷却介质进管内通入所述惰性元素冷却介质。进一步的,所述步骤(2)加热化料、所述步骤(3)中间处理、所述步骤(4)等径以及所述步骤(5)收尾及后处理过程中由所述冷却介质进管进入所述冷却机构内的所述惰性元素冷却介质均由所述冷却介质出管排出并回收至所述冷却介质回收罐内。进一步的,所述惰性元素冷却介质为液氦或液氩中的一种。进一步的,所述步骤(3)中间处理中,所述稳温过程中的加热功率为40-70kw,稳温时间为1-3h;所述引晶过程中,所述原料液体至所述石英坩埚导流筒的距离为10-25mm,晶转速度为6-14r/min,所述石英坩埚转速为6-12r/min,引晶总长度为100-200mm,引晶平均拉速为100-200mm/h;所述放肩过程中,放肩拉速为40-70mm/h,加热功率为40-70kw,放肩时间为1.5-3h;所述转肩过程中,转肩拉速为80-180mm/h。本专利技术的优点:1、惰性元素冷却介质由冷却介质进管进入冷却壁内部,并由冷却介质出管排出,利用惰性元素冷却介质气化吸热的原理,增加单晶硅棒的轴向温度梯度,使单晶硅拉速提高20%以上,由于未改变热场系统的上部保温等机构,因此没有额外的能耗增加;2、经由冷却介质出管排出的、气化后的惰性元素冷却介质回收至冷却介质回收罐内,使得惰性元素冷却介质可回收利用,降低了单晶硅生产成本;3、可以通过控制通入冷却壁内的惰性元素冷却介质流量控制拉速,以提高单晶硅生产可控性;4、使用的惰性元素冷却介质为液氦或液氩,即便出现泄漏,惰性元素冷却介质不与硅熔体发生反应,不会对热场部件造成影响,较常规方法较为安全,提高了单晶硅生产的安全性。附图说明:图1为实施例1的整体结构示意图。图2为图1的俯视图。图3为实施例2的整体结构示意图。图4为图3的俯视图。冷却机构1,冷却介质进管2,冷却介质出管3,冷却主体4,翅片5,竖直管6,U形管7,冷却介质回收罐8。具体实施方式:实施例1:如图1-2所示,提高直拉单晶硅拉速的装置,其包括冷却机构1本文档来自技高网
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提高直拉单晶硅拉速的装置及方法

【技术保护点】
提高直拉单晶硅拉速的装置,其特征在于,其包括冷却机构、冷却介质进管、冷却介质出管,所述冷却机构包括上下敞口、中空圆筒状的冷却主体和若干片翅片,所述冷却主体包括若干段竖直管和若干段U形管,相邻两段所述竖直管的管口之间设有一段所述U形管,相邻所述竖直管与所述U形管之间首尾依次连通构成蛇形盘管,每段所述竖直管内侧外壁上对称设有一对所述翅片,在所述冷却主体的上端设有与所述冷却主体内部连通的所述冷却介质进管,在所述冷却主体的下端设有与所述冷却主体内部连通的所述冷却介质出管。

【技术特征摘要】
1.提高直拉单晶硅拉速的装置,其特征在于,其包括冷却机构、冷却介质进管、冷却介质出管,所述冷却机构包括上下敞口、中空圆筒状的冷却主体和若干片翅片,所述冷却主体包括若干段竖直管和若干段U形管,相邻两段所述竖直管的管口之间设有一段所述U形管,相邻所述竖直管与所述U形管之间首尾依次连通构成蛇形盘管,每段所述竖直管内侧外壁上对称设有一对所述翅片,在所述冷却主体的上端设有与所述冷却主体内部连通的所述冷却介质进管,在所述冷却主体的下端设有与所述冷却主体内部连通的所述冷却介质出管。2.根据权利要求1所述的提高直拉单晶硅拉速的装置,其特征在于,所述冷却介质进管与所述冷却介质出管相对设置。3.根据权利要求1所述的提高直拉单晶硅拉速的装置,其特征在于,所述冷却主体的高度H与直径D的比例为1:2-3。4.根据权利要求1所述的提高直拉单晶硅拉速的装置,其特征在于,所述翅片为耐高温翅片,每相邻的两所述竖直管上相邻的两所述翅片之间的夹角α为90°-150°。5.根据权利要求1所述的提高直拉单晶硅拉速的装置,其特征在于,所述冷却介质出管与冷却介质回收罐连通。6.利用权利要求1-5任一所述的提高直拉单晶硅拉速的装置进行的提高直拉单晶硅拉速的方法,其特征在于,其包括如下步骤:(1)准备,(2)加热化料,(3)中间处理,(4)等径,(5)收尾及后处理;其中,(1)准备:将所述冷却机构安装于距单晶硅生长界面以上500-1000mm处;(2)加热化料:准备完成后,将多晶硅原料置于石英坩埚中并抽真空,之后向所述石英坩埚中通入氩气,使得所述石英坩埚内的炉压为10-20torr,待所述石英坩埚内的炉压稳定后开始加热化料,加热功率为70-100kw,在所述加热化料的同时通过所述冷却介质进管向所述冷却机构内输送惰性元素冷却介质,所述惰性元素冷却介质的输送流量为20-50mL/min,所述加热化料时间为5-10h;(3)中间处理:加热化料结束后,依次进行稳温、引晶、放肩、转肩,在所述稳温、所述引晶、所述放肩、所述转肩过程中均以20-50mL/min的输送流量向所述冷却介质进管内输送所述惰性元素冷却介质;(4)等径:中间处理...

【专利技术属性】
技术研发人员:王军磊尚伟泽刘伟武志军刘学夏梓铭
申请(专利权)人:内蒙古中环光伏材料有限公司
类型:发明
国别省市:内蒙古;15

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