本发明专利技术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。大降低的原料成本。大降低的原料成本。
【技术实现步骤摘要】
一种颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置及方法
[0001]本专利技术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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
技术实现思路
[0004]本专利技术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。
[0005]为了解决以上技术问题，本专利技术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。
[0006]本专利技术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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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
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碳复合材料制作。
[0011]技术效果，本专利技术设置有支撑机构，该支撑机构不仅能够保护籽晶，而且为凝固后的单晶棒提供支撑，且随主轴能实现单晶棒的旋转及上下滑动，便于生产。
[0012]前述颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置中，加料筒、支撑机构、中轴及主轴同轴设置。
[0013]前述颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置中，颗粒硅料筒内的底部对称设有两定位块，两定位块之间形成截面为三角形的凹槽，石英料管设置于凹槽的最底端。
[0014]技术效果，在颗粒硅料筒内形成一个截面为三角形的凹槽，因为颗粒硅的为球形或类球形，在凹槽内的物料被吸走后，上部的颗粒硅可以在重力作用下自动流到凹槽进行补充，方便快捷便于送入炉室。
[0015]本专利技术还设计一种采用上述装置来制备单晶硅的方法，具体包括以下流程：装料、抽真空、预热、化料、熔接、引晶、放肩、等径生长、收尾流程，其中：步骤一：装料对颗粒硅料筒内的颗粒硅进行净化，从保护气体入口通入保护气体氩气，从排气口排出以除去空气，并控制炉室与颗粒硅料筒中的压力差为：炉室中的压力
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颗粒硅料筒中的压力=0
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0.5 torr； 打开外接保护气体阀门通过颗粒硅料筒上的保护气体入口向颗粒硅料筒里加入保护气体，然后也打开送料管道上的阀门，颗粒硅料筒中的颗粒硅被保护气体带入炉室内从送料管进入加料筒中，下落时保护气体与颗粒硅分离，保护气体通过炉室底部的排气孔排除；步骤二：熔接颗粒硅由于重力在加料筒的底部被感应线圈熔化，颗粒硅和籽晶在感应线圈中加热熔融，颗粒硅熔融区与籽晶熔接；步骤三：引晶将固定籽晶的中轴上升，使籽晶进入加料筒漏斗式的下锥部，通过感应线圈加热籽晶及籽晶上的颗粒硅，当籽晶与颗粒硅熔化后的硅液熔接好后，主轴带动中轴旋转，通过中轴的下降实现细晶的生产及形成，当细晶长度达到200mm左右时细晶生长结束；步骤四：放肩、等径细晶生长完成后，通过控制中轴的下降速度，实现肩部的生长得到单晶肩，当肩部生长完成后主轴上升，主轴带动固定在带有滑动支架上的晶棒支撑座与单晶棒同步旋转上
升，当晶棒支撑座从单晶棒肩部将单晶棒重量完成承接的同时，中轴下降，籽晶处于旋空状态，主轴支撑晶体支撑座实现单晶棒的支撑及旋转，通过主轴的不断下降，实现单晶棒的等径生长。
[0016]本专利技术的有益效果是：本专利技术直接用石英筒加料筒进行颗粒硅原料的承载，使操作更加方法、快捷，无需原料加持输送等部件，降低成本。
[0017]本专利技术加料筒选用石英筒且其底部为漏斗式设计，该设计通过漏斗的角度与颗粒硅颗粒的大小相匹配使得颗粒硅可以正常流到硅液中去，同时由于硅液的表面张力及硅液比硅料重的特性，使硅液可以支撑颗粒硅的过多流入。
[0018]颗粒硅中含有一定量的氢，在进入硅液由硅液熔融区的热量及高真空条件制使颗粒硅中的氢在进入硅液面已经与颗粒硅分离并通过颗粒硅之间的间隙随保护气体排出，颗粒硅是球状的之间存在间隙正好用于氢气的排出，有效解决了颗粒硅中氢含量高需要二次处理才可用于单晶硅生产的问题，同时颗粒硅因其为球状，非常容易实现炉外加料，炉外颗粒硅可以通过真空净化后通过炉内、外压差由保护气体通过管道将颗粒硅直接输送到炉内石英筒中。
[0019]本专利技术解决了区熔法只可以使用棒状硅料的问题，同时颗粒硅可直接用于区熔法制备单晶硅，大大降低的原料成本。
[0020]本专利技术中设置有滑动机构：在炉内的竖向滑轨上滑动，该装置上有可旋转结构，支撑座与滑动支架支撑有滚珠实现旋转，该装置通过主轴的升降而升降，该装置的旋转部分通过主轴的旋转而旋转，作用固定晶棒，提高晶棒旋转时的稳定性。
[0021]本专利技术中设置有中轴：在主轴内，可相对主轴相对移动，主要作用为支撑、固定籽晶，方便引晶放肩本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置，其特征在于：包括炉室及设置在炉室一侧的加料装置，其中：所述炉室内壁设有保温层（3），所述炉室的顶部设有穿透炉室的进料管（18），所述进料管（18）的下端设有加料筒（5），所述加料筒（5）的底部为漏斗式，所述加料筒（5）内设有颗粒硅（4），所述漏斗式的加料筒（5）的下端环绕有中心设有圆孔的感应线圈（6），所述感应线圈（6）使所述加料筒（5）下端紧邻感应线圈（6）的部分熔化形成熔融区（7），所述炉室底部设置有主轴（14），所述主轴（14）内设有中轴（13），所述中轴（13）的顶部设有籽晶（12）；所述加料装置包括颗粒硅料筒（23）、石英料管（21）、进料管道（20）及阀门（19），所述颗粒硅料筒（23）内放置颗粒硅（4），所述石英料管（21）竖直设置于所述颗粒硅料筒（23）中，所述颗粒硅料筒（23）上端的一侧设有保护气体入口（22），另一侧设有排气口（24），所述颗粒硅料筒（23）中石英料管（21）上远离颗粒硅（4）的一端通过所述进料管道（20）及阀门（19）与炉室中的所述进料管（18）连接。2.根据权利要求1所述的颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置，其特征在于：所述加料筒（2）为石英筒。3.根据权利要求1所述的颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置，其特征在于：加料筒（2）漏斗式的底部上的通孔与所述颗粒硅（4）颗粒的大小相适配。4.根据权利要求1所述的颗粒硅直接用于区熔法制备单晶硅的装置，其特征在于：所述炉室内还设有支撑机构，所述支撑机构位于所述籽晶（12）的上方，所述支撑机构包括支撑座（101）及滑动机构，所述支撑座（101）活动设置于所述滑动机构上，其中：所述滑动机构为滑动支架（102）及设置在炉室内壁上的滑轨，所述滑动支架（102）两端设置于所述滑轨内上下滑动，所述滑动支架（102）的中部设有通孔，所述支撑座（101）穿过所述通孔设置于所述滑动支架（102）上；所述支撑座（101）呈漏斗状，所述支撑座（101）的中心设有孔，所述支撑座（101）的孔在籽晶（12）的正上方，所述支撑座（101）与所述滑动支架（102）之间设置滚珠，所述支撑座（101）的下端穿过滑动支架（102）上的通孔固定设置于所述主轴（14）的顶端，主轴（14）带动支撑座（...
【专利技术属性】
技术研发人员：马新星，王军磊，王艺澄，
申请(专利权)人：江苏美科太阳能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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