一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流装置；导流装置设置多条导流气道，用于将输入载气分成多条出射载气流，载气流分散倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，有效地增加了载气和液态硅表面的接触面积，载气流从单位面积上带走的热量更少，该区域液态硅的温度降幅减少，过冷度减小，降低了载气所导致的杂质形核及杂质形成。出射载气流对液态硅产生载气应力，其驱动液态硅流动，并形成作周向流动的旋转流场；旋转流场有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布。炉顶的观察窗经导流装置具有通向铸锭炉内的视场，通过观察窗可察看炉内的状态、将测晶棒插到炉内，红外探测仪可探测炉内硅料的状态，自动长晶工艺顺利地进行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多晶硅铸锭炉，尤其涉及一种带有用于改变载气流向的导流装置的多晶硅铸锭炉，属于晶体生长设备领域。
技术介绍
多晶硅铸锭炉主要由红外探测仪90、炉体11、导流装置12、隔热笼14、加热器15、换热平台16和石墨立柱17构成，如图1所示，炉体11上的顶端盖113的中部设有观察窗114。加热器15包括四侧的侧加热器151和顶加热器152。导流装置12包括石墨管123、配接螺母121和导流管122。导流管122的上端部穿过隔热笼14的顶隔热板142中部的通孔，和顶隔热板142上方的配接螺母121固定，导流管122的下端出口正对着坩埚18内的硅料19；石墨管123装配在配接螺母121和观察窗114之间。红外探测仪90设置在观察窗114的正上方，红外探测仪90的探头正对着铸锭炉内的硅料。导流装置12主要用于向炉内输送载气，观察炉内的状况，插入测晶棒测量晶体的生长速度，以及红外探测仪探测炉内硅料的状态。导流装置12是从观察窗114察看炉内状况的唯一的观察途径。红外探测仪90用于探测硅料的状态是固态还是液态，在自动长晶工艺过程中，多晶硅铸锭炉根据红外探测仪90的信号的变化做出化料完成、中部长晶完成等报警处理，以警报操作人员及时通过观察窗114确认炉内硅料的状态及长晶状况，并做出操作处理，进入下一步工序过程。多晶硅铸锭炉采用四侧壁、顶面五面加热的加热方式，如图1所示，则坩埚内液态硅的四侧的温度高于中部的温度，将形成四侧的液态硅上浮、中部的液态硅下沉的自然对流流场。四侧温度较高的液态硅中熔解的某些杂质(如碳、氮)的熔解度若达到或接近饱和，当其流到中部时，由于温度降低，杂质熔解度过饱和，将导致杂质如碳、氮等形核析出；杂质核随着液流下沉温度下降并逐步生长形成杂质夹杂物。如图1所示，载气经导流装置12下端的出口集中垂直地吹向液态硅的中心区域，该区域单位面积上接触的载气量大，载气从该区域液态硅中带走的热量多，将造成该中心区域液态硅温度进一步下降，过冷度增强，从而促进液态硅中的杂质如碳、氮等杂质过饱和形核析出，并促进杂质核快速生长形成宏观杂质，如碳化硅杂质、氮化硅杂质。碳化硅杂质具有电活性，会影响太阳能电池的转化效率。现有多晶硅铸锭炉的液态硅中只有自然对流流场，没有作周向流动的旋转流场，不利杂质挥发，还易造成杂质局域富集，使晶体的径向电阻率分布差异较大。申请号201310564191.X及201310564069.2的中国专利申请中均公开了一种改变载气流向的导流装置，目的是使坩埚中液态硅旋转加强杂质的挥发。但存在诸多问题：载气集中吹射液态硅表面的某一区域，没有周向分布的驱动力，难以形成旋转流场，且易造成该区域温度下降液态硅过冷，促进液态硅中杂质形核生长；导流装置中通向铸锭炉内的视场均被完全遮挡，通过观察窗无法察看铸锭炉内的状态，不方便司炉操作；测晶棒无法穿过导流装置插到铸锭炉内，晶体生长速度不能测量；以及红外探测仪无法探测炉内硅料的状态，自动长晶工艺不能正常进行。因此，亟需开发一种可增加载气和液态硅接触面积的并驱动液态硅中产生旋转流场的带有导流装置的多晶硅铸锭炉，该导流装置使载气分散倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，增加载气流和液态硅表面的接触面积，并驱动液态硅中产生旋转流场，同时导流装置不影响观察窗中通向铸锭炉内的视场。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种可以增加载气和液态硅接触面积的并驱动液态硅中产生旋转流场的带有导流装置的多晶硅铸锭炉。以克服现有技术中所存的问题：载气集中吹射液态硅表面的某一区域，没有周向分布的驱动力，液态硅中难以形成旋转流场；且载气从该区域带走大量热量，造成该区域液态硅局域过冷，促进液态硅中杂质形核生长；导流装置中通向铸锭炉内的视场被完全遮挡，通过观察窗无法察看铸锭炉内的状态，不方便司炉操作；测晶棒无法穿过导流装置插到铸锭炉内，晶体生长速度不便测量；红外探测仪透过观察窗无法探测炉内硅料的状态，自动长晶工艺不能正常进行。本专利技术的一种技术方案是提供一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流装置，所述隔热笼为主要由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其设计要点在于：所述导流装置至少由配接筒和导流筒构成；所述配接筒包括固定连接的配接筒部和进气台部，配接筒部为沿其中心线方向设置通孔的柱体，进气台部设置在配接筒部的内部，进气台部上设置用于载气流入的进气孔，配接筒部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的下端开口的第一分流腔，所述进气孔和第一分流腔间通过连通气道连通；所述导流筒为沿其中心线方向设置通孔的柱体，导流筒上端部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的上端面开口的第二分流腔，第二分流腔和第一分流腔相对应；所述导流筒的筒壁内设置至少一条自第二分流腔下端面沿着非等螺距的圆柱状螺旋线向下延伸的导流气道，导流气道的出口位于导流筒的下端；所述导流筒的上端部穿过顶隔热板中部的通孔，和设置在顶隔热板上方的配接筒轴向固定连接；所述输气管设置在导流装置的内部，输气管的一端和设置在铸锭炉上的用于输送载气的进气管连通，另一端和进气台部的进气孔连通。在应用中，本专利技术的多晶硅铸锭炉还有如下进一步优选的技术方案。优选地，所述连通气道的一端部和进气孔相切连通，另一端部和第一分流腔的侧面相切连通。优选地，所述进气台部和配接筒部一体成型。优选地，所述导流气道出口段的螺旋线的螺距逐渐减小，导流气道的出口位于导流筒的下端面；或者，所述导流气道出口段的螺旋线的螺距逐渐减小、半径逐渐增大，导流气道的出口位于导流筒外侧面的下端或位于导流筒的外侧面和下端面的交处。优选地，所述导流筒的中部设有沿其外表面做周向延伸的呈环状的凸缘。优选地，所述导流气道的数量为2个、3个或4个，围绕着导流筒的中心线均匀分布。优选地，所述配接筒的下端部设有内螺纹，所述导流筒的上端部设有和所述内螺纹相配合的外螺纹。本专利技术多晶硅铸锭炉的导流装置内置多条用以改变载气流向的导流气道，导流气道的出口围绕着导流装置的中心线沿相同的角向均匀分布，载气经导流装置被分成多条载气流，多条载气流分别分散倾斜地吹射液态硅表面的不同区域，该区域围绕着液态硅的中心分布。多条导流气道分散输送载气并使出射载气流倾斜地吹射液态硅表面，有效地增加了载气和液态硅表面的接触面积，相比于现有技术中载气集中垂直吹射液态硅的中心部，则载气流从其所吹射区域的液态硅的单位面积上带走的热量更少，该区域的液态硅的局域温度降幅大幅减少，过冷度减小，载气所导致的杂质的形核机率减少，降低了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流装置，所述隔热笼为主要由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其特征在于：所述导流装置至少由配接筒和导流筒构成；所述配接筒包括固定连接的配接筒部和进气台部，配接筒部为沿其中心线方向设置通孔的柱体，进气台部设置在配接筒部的内部，进气台部上设置用于载气流入的进气孔，配接筒部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的下端开口的第一分流腔，所述进气孔和第一分流腔间通过连通气道连通；所述导流筒为沿其中心线方向设置通孔的柱体，导流筒上端部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的上端面开口的第二分流腔，第二分流腔和第一分流腔相对应；所述导流筒的筒壁内设置至少一条自第二分流腔下端面沿着非等螺距的圆柱状螺旋线向下延伸的导流气道，导流气道的出口位于导流筒的下端；所述导流筒的上端部穿过顶隔热板中部的通孔，和设置在顶隔热板上方的配接筒轴向固定连接；所述输气管设置在导流装置的内部，输气管的一端和铸锭炉上用于输送载气的进气管连通，另一端和进气台部的进气孔连通。

【技术特征摘要】
1.一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流装置，所述隔热笼为主
要由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其特征在于：所述导流装置至少由
配接筒和导流筒构成；所述配接筒包括固定连接的配接筒部和进气台部，配接筒部为沿
其中心线方向设置通孔的柱体，进气台部设置在配接筒部的内部，进气台部上设置用于
载气流入的进气孔，配接筒部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的下端开口的第一分
流腔，所述进气孔和第一分流腔间通过连通气道连通；所述导流筒为沿其中心线方向设
置通孔的柱体，导流筒上端部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的上端面开口的第二
分流腔，第二分流腔和第一分流腔相对应；所述导流筒的筒壁内设置至少一条自第二分
流腔下端面沿着非等螺距的圆柱状螺旋线向下延伸的导流气道，导流气道的出口位于导
流筒的下端；所述导流筒的上端部穿过顶隔热板中部的通孔，和设置在顶隔热板上方的
配接筒轴向固定连接；所述输气管设置在导流装置的内部，输气管的一端和铸锭炉上用
于输送载气的进气管连通，另一端和进气台部的进气孔连通。
2.根据权利要求1所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述连通气道
的一端部和进气孔相切连通，另一端部和第一分流腔的侧面相切连通。
3.根据权利要求2所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述进气台部
和配接筒部一体成型。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，其特征在于：
所述配接筒的下端部设有内螺纹，所述导流筒的上端部设有和所述内螺纹相配合的外螺
纹。
5.一种带有导流装置的多晶硅铸锭炉，包括隔热笼、输气管和导流管，所述隔热笼为主要
由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其特征在于：还包括导流装置，所述
导流装置包括固定连接的导流筒部和进气台部，导流筒部为沿其中心线方向设置通孔的
柱体，进气台部设置在导流筒部的内部；所述导流筒部的上端设置沿其中心线方向的第
一螺纹，导流筒部上端部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的分流腔；进气台部上设
置用于载气流入的进气孔，进气孔和分流腔间通过连通气道连通；所述导流筒部的筒壁
内设置至少一条自分流腔的下端面沿着非等螺距的圆柱状螺旋线向...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鸽，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：陈鸽，
类型：发明
国别省市：安徽;34