包括用于生产硅管的炉和模具的电磁铸造系统技术方案

提供一种用于电磁铸造管状硅锭的炉。该炉包括模具、外感应线圈和内感应线圈以及支撑构件。模具包括外坩埚和内坩埚。外坩埚是环形的。内坩埚设置在外坩埚中并且与外坩埚间隔开以在内坩埚和外坩埚之间提供间隙。模具被配置为在间隙中容纳粒状硅。外感应线圈设置在外坩埚周围。内感应线圈设置在内坩埚中。外感应线圈和内感应线圈被配置为在模具中加热和熔化粒状硅以形成管状的硅锭。支撑构件被配置成在晶种上形成管状硅锭期间保持晶种并使其相对于模具移动。

Including electromagnetic casting system for furnace and mold used to produce silicon tube

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括用于生产硅管的炉和模具的电磁铸造系统相关申请的交叉引用本申请要求2017年10月5日提交的美国临时申请号62/568,526的权益。以上引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文。
本公开涉及硅锭的电磁铸造。
技术介绍
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。在此
技术介绍
部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的描述的各方面中描述的范围内，当前指定的专利技术人的工作既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。用于铸造硅锭的电磁铸造系统可以包括炉。炉通常包括模具、感应线圈和一个或多个加热器。模具是具有敞开端的圆柱形坩埚。敞开端中的一个用作接收多晶硅(以下称为“硅”)晶粒的入口，另一个敞开端用作硅晶体(或形成的晶锭)的出口。感应线圈围绕模具，并且用于熔化进入模具的粒状硅。熔融的硅开始在模具中冷却，以形成固化的硅锭。一个或多个加热器被设置在模具下方并使用，使得硅锭以缓慢的速率冷却以适当地固化。
技术实现思路
提供了一种用于电磁铸造管状硅锭的炉。该炉包括：模具、外感应线圈和支撑构件。所述模具包括外坩埚和内坩埚。所述外坩埚是环形的。所述内坩埚设置在所述外坩埚内并与所述外坩埚间隔开，以在所述内坩埚和所述外坩埚之间提供间隙。所述模具被配置为在所述间隙中容纳粒状硅。所述外感应线圈围绕所述外坩埚设置。所述内感应线圈设置在所述内坩埚中。所述外感应线圈和所述内感应线圈被配置为在所述模具中加热并熔化所述粒状硅以形成管状硅锭。所述支撑构件被构造成在晶种上形成所述管状硅锭期间，保持所述晶种并相对于所述模具移动所述晶种。在其他特征中，所述炉还包括多个加热器，所述加热器被配置为在将所述管状硅锭从所述模具中拉出之后加热所述管状硅锭。在其他特征中，所述炉还包括料斗和供料器。所述供料器将所述粒状硅和掺杂剂供应给所述多个料斗。所述料斗将所述粒状硅和所述掺杂剂引导到所述模具中的所述间隙中。所述外坩埚是漏斗形的，以将所述粒状硅和所述掺杂剂从所述料斗引导到所述模具的所述间隙中。在其他特征中，所述内坩埚由放置成圆形以提供圆形的侧壁的多个板形成。在其他特征中，所述多个板被间隔开以使得所述板在所述管状硅锭的冷却期间，在经受由所述管状硅锭作用在所述板上的收缩力的同时能偏移。在其他特征中，所述板包括冷却剂通道，所述冷却剂通道被配置成接收冷却剂以冷却所述内坩埚。在其他特征中，所述内坩埚具有封闭的底端。在其他特征中，所述内坩埚具有敞开的底端。在其他特征中，所述内坩埚在所述外坩埚的底部下方延伸。在其他特征中，所述内坩埚的侧壁是锥形的，使得所述内坩埚的第一下部外径小于所述内坩埚的上部外径。在其他特征中，提供了一种电磁铸造系统，并且其包括：所述炉、至少一个传感器和控制模块。所述至少一个传感器检测所述炉的至少一个参数。所述控制模块被配置为基于所述至少一个参数，控制所述支撑构件远离所述模具的拉速(apullrate)。在其他特征中，所述控制模块被配置为基于所述至少一个参数，控制(i)所述粒状硅进入所述模具的流动，以及(ii)流向所述外感应线圈和所述内感应线圈的电流。在其他特征中，提供了一种用于形成管状硅锭的模具。所述模具包括外坩埚和内坩埚。所述外坩埚是环形的。所述内坩埚设置在所述外坩埚中，使得所述外坩埚围绕所述内坩埚。在所述外坩埚和所述内坩埚之间存在间隙。所述外坩埚和所述内坩埚被构造成在所述间隙中容纳粒状硅。所述内坩埚包括多个板。所述板包括内表面、侧面和外表面。所述内表面彼此面对并且沿着内圆形周边布置。所述多个板被布置成提供管状结构。设置有所述多个板，使得在所述相邻的侧面之间存在所述间隙，以在所述管状硅锭的固化期间所述板经受所述管状硅锭作用在所述外表面上的收缩力的同时使所述板径向向内移动。在其他特征中，所述外表面沿着所述内坩埚的外圆形周边布置。在其他特征中，所述内坩埚的底部存在所述板之间的所述间隙，并且所述内坩埚的上部不存在所述板之间的所述间隙。在其他特征中，所述内坩埚具有闭合的底端。在其他特征中，所述内坩埚具有敞开的底端。在其他特征中，所述内坩埚在所述外坩埚的底部下方延伸。在其他特征中，所述内坩埚包括用于接收冷却剂以冷却所述内坩埚的冷却剂通道。在其他特征中，提供了一种电磁铸造系统，并且其包括：所述模具；第一传感器，其用于检测所述模具的第一参数；和控制模块，其被配置为基于所述第一参数，控制流向所述内坩埚的冷却剂的温度和流动。在其他特征中，所述电磁铸造系统包括：围绕所述外坩埚的外感应线圈；设置在所述内坩埚中的内感应线圈；支撑构件，其被配置成保持晶种；和第二传感器，其被配置为检测第二参数。所述控制模块被配置为基于所述第一参数和所述第二参数，控制(i)所述支撑构件远离所述模具的拉速，(ii)所述粒状硅流入所述模具的流动，以及(ii)流向所述外感应线圈和所述内感应线圈的电流。在其他特征中，提供了一种通过模具形成管状硅锭的方法，其中：所述模具包括外坩埚和内坩埚；所述外坩埚是环形的；并且所述内坩埚设置在所述外坩埚中并与所述外坩埚间隔开，以在所述内坩埚和所述外坩埚之间提供间隙。所述方法包括：在支撑构件上放置铸锭晶种；向内感应线圈和外感应线圈供电以熔化所述铸锭晶种的顶部，其中，所述外感应线圈被设置在所述外坩埚周围，并且其中所述内感应线圈被设置在所述内坩埚中；并且在所述模具的所述间隙中提供粒状硅和掺杂剂。所述方法还包括：在所述铸锭晶种上开始晶体硅的生长，其包括(i)控制流向所述内感应线圈和所述外感应线圈的电流以加热和熔化所述模具中的所述粒状硅，以及(ii)在控制流向所述内坩埚的冷却剂的温度和流速的同时相对于所述模具下拉所述支撑构件。所述外感应线圈和所述内感应线圈被配置成加热并熔化所述模具中的所述粒状硅，以形成所述管状硅锭。在其他特征中，所述方法还包括：确定所述管状硅锭是否处于预定长度；以及如果所述管状硅锭为所述预定长度，则将所述管状硅锭在预定温度范围内保持预定时间段。在其他特征中，所述方法包括：熔化所述粒状硅并且在所述内坩埚的封闭的底端处形成所述管状硅锭的一部分。在其他特征中，所述方法包括：熔化所述粒状硅并且在所述内坩埚的敞开的底端处形成所述管状硅锭的一部分。在其他特征中，所述方法包括：熔化所述粒状硅并且在所述内坩埚的锥形底部处形成所述管状硅锭的一部分。在其他特征中，所述方法包括：熔化所述粒状硅，并且在所述外坩埚的非锥形底部形成所述管状硅锭的一部分。在其他特征中，在所述铸锭晶种上开始所述晶体硅的生长包括相对于所述模具下拉所述支撑构件，同时控制流向所述内坩埚的板的冷却剂的温度和流速。在其他特征中，所述方法还包括使所述冷却剂循环通过所述板中的通道。在其他特征中，所述方法还包括控制流向所述内感应线圈和所述外感应线圈的电流，以控制熔融硅与所述管状硅锭之间的固化界面的曲率，其中，所述模具中的所述加热且熔融的粒状硅包括所述熔融硅。在其他特征中，所述方法还包括：冷却所述管状硅锭；以及当所述管状硅锭冷却时，使得所述内坩埚的板能彼此相对地移动。在其他特征中，使用所述的方法形成管状硅锭，其中：所述管状硅锭的外表面由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电磁铸造管状硅锭的炉，该炉包括：/n模具，其包括外坩埚和内坩埚，其中所述外坩埚是环形的，其中所述内坩埚设置在所述外坩埚内并与所述外坩埚间隔开，以在所述内坩埚和所述外坩埚之间提供间隙，其中所述模具被配置为在所述间隙中容纳粒状硅；/n围绕所述外坩埚设置的外感应线圈；/n设置在所述内坩埚中的内感应线圈，其中，所述外感应线圈和所述内感应线圈被配置为在所述模具中加热并熔化所述粒状硅以形成管状硅锭；以及/n支撑构件，其被构造成在晶种上形成所述管状硅锭期间，保持所述晶种并相对于所述模具移动所述晶种。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171005 US 62/568,5261.一种用于电磁铸造管状硅锭的炉，该炉包括：
模具，其包括外坩埚和内坩埚，其中所述外坩埚是环形的，其中所述内坩埚设置在所述外坩埚内并与所述外坩埚间隔开，以在所述内坩埚和所述外坩埚之间提供间隙，其中所述模具被配置为在所述间隙中容纳粒状硅；
围绕所述外坩埚设置的外感应线圈；
设置在所述内坩埚中的内感应线圈，其中，所述外感应线圈和所述内感应线圈被配置为在所述模具中加热并熔化所述粒状硅以形成管状硅锭；以及
支撑构件，其被构造成在晶种上形成所述管状硅锭期间，保持所述晶种并相对于所述模具移动所述晶种。


2.根据权利要求1所述的炉，其还包括多个加热器，所述多个加热器被配置为在将所述管状硅锭从所述模具中拉出之后加热所述管状硅锭。


3.根据权利要求1所述的炉，其还包括：
多个料斗；和
多个供料器，其将所述粒状硅和掺杂剂供应给所述多个料斗，
其中
所述多个料斗将所述粒状硅和所述掺杂剂引导到所述模具中的所述间隙中，并且
所述外坩埚是漏斗形的，以将所述粒状硅和所述掺杂剂从所述料斗引导到所述模具的所述间隙中。


4.根据权利要求1所述的炉，其中，所述内坩埚由放置成圆形以提供圆形的侧壁的多个板形成。


5.根据权利要求4所述的炉，其中，所述多个板被间隔开以使得所述板在所述管状硅锭的冷却期间，在经受由所述管状硅锭作用在所述板上的收缩力的同时能偏移。


6.根据权利要求4所述的炉，其中，所述多个板包括冷却剂通道，所述冷却剂通道被配置成接收冷却剂以冷却所述内坩埚。


7.根据权利要求1所述的炉，其中，所述内坩埚具有封闭的底端。


8.根据权利要求1所述的炉，其中，所述内坩埚具有敞开的底端。


9.根据权利要求1所述的炉，其中，所述内坩埚在所述外坩埚的底部下方延伸。


10.根据权利要求1所述的炉，其中，所述内坩埚的侧壁是锥形的，使得所述内坩埚的第一下部外径小于所述内坩埚的上部外径。


11.一种电磁铸造系统，其包括：
根据权利要求1所述的炉；
至少一个传感器，其用于检测所述炉的至少一个参数；和
控制模块，其被配置为基于所述至少一个参数，控制所述支撑构件远离所述模具的拉速。


12.根据权利要求11所述的电磁铸造系统，其中，所述控制模块被配置为基于所述至少一个参数，控制(i)所述粒状硅进入所述模具的流动，以及(ii)流向所述外感应线圈和所述内感应线圈的电流。


13.一种用于形成管状硅锭的模具，所述模具包括：
外坩埚，其中所述外坩埚是环形的；和
设置在所述外坩埚中的内坩埚，使得所述外坩埚围绕所述内坩埚，其中在所述外坩埚和所述内坩埚之间存在间隙，其中所述外坩埚和所述内坩埚被构造成在所述间隙中容纳粒状硅，
其中所述内坩埚包括多个板，其中所述多个板包括内表面、侧面和外表面，其中所述内表面彼此面对并且沿着内圆形周边布置，其中所述多个板被布置成提供管状结构，以及
其中设置有所述多个板，使得在相邻的所述侧面之间存在所述间隙，以在所述管状硅锭的固化期间所述板经受所述管状硅锭作用在所述外表面上的收缩力的同时使所述板径向向内移动。


14.根据权利要求13所述的模具，其中，所述外表面沿着所述内坩埚的外圆形周边布置。


15.根据权利要求13所述的模具，其中，所述内坩埚的底部存在所述板之间的所述间隙，并且所述内坩埚的上部不存在所述板之间的所述间隙。


16.根据权利要求13所述的模具，其中，所述内坩埚具有闭合的底端。


17.根据权利要求13所述的模具，其中，所述内坩埚具有敞开的底端。


18.根据权利要求13所述的模具，其中，所述内坩埚在所述外坩埚的底部下方延伸。


19.根据权利要求13所述的模具，其中，所述内坩埚包括用于接收冷却剂以冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊戈尔·佩道斯，维杰·尼西亚纳森，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US