异形硅单晶棒及其拉制所用石英坩埚以及生长方法技术

本发明专利技术涉及硅单晶制备及光伏技术领域，提供了异形硅横截面单晶棒及其拉制所用石英坩埚、以及生长方法。石英坩埚的内壁具有3～8条埚内凸起，和/或3～4条埚内凹槽；每条埚内凸起呈长条形，其延伸方向与石英坩埚壁的高度攀升方向一致，每条埚内凹槽呈长条形，其延伸方向与石英坩埚壁的高度攀升方向一致。异形硅单晶棒的生长方法，包括采用上述石英坩埚拉制单晶硅棒。异形硅单晶棒，采用上述生长方法制得。本发明专利技术提供的技术方案，通过石英坩埚的特殊设计，使得石英坩埚内能形成适合异形硅单晶棒生长的热场，用于制备异形横截面硅单晶棒。用于制备异形横截面硅单晶棒。用于制备异形横截面硅单晶棒。

【技术实现步骤摘要】
异形硅单晶棒及其拉制所用石英坩埚以及生长方法


[0001]本专利技术涉及硅单晶制备及光伏
，具体而言，涉及异形硅单晶棒及其拉制所用石英坩埚以及生长方法。

技术介绍

[0002]使用大尺寸硅单晶片、制备更大直径硅单晶，是降低单晶硅光伏电池制造成本的重要措施之一，用直拉法制备硅单晶棒又是制备大直径硅单晶棒的主要方法。然而，随着拉制硅单晶直径的增加，由于热量的导入面积—固液界面面积的增加速率(与硅单晶棒的半径呈平方关系)大大高于硅单晶棒圆柱侧面面积的增加速率(与硅单晶棒的半径呈线性关系)，因此用直拉法拉制大直径圆柱形硅单晶棒时，遇到了散热条件差、硅单晶棒表面和体内温差大、热应力大的困难，使得不能继续通过增加硅单晶截面积的途径提高生产率、降低生产成本；另一方面，单晶硅光伏电池需要矩形截面的硅单晶棒，将圆形截面的硅单晶加工成矩形截面，会产生大量“边皮”，降低硅单晶的利用率。
[0003]鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0004]名词和术语：
[0005]为了叙述方便，本申请文件定义如下名词和术语：
[0006]1)矩形
[0007]正方形和长方形的统称。
[0008]2)矩体
[0009]以矩形为底的直四棱柱体。以正方形为底的矩体又称正方柱体；以长方形为底的矩体又称长方柱体。
[0010]3)三矩形、四矩形、旋转矩形
[0011]以矩形的一条边的中点为旋转中心，令所述矩形以120
°
分度复制旋转一周，其图形轮廓线所围成的九边形，为三旋转矩形(简称三矩形，又可称为Y字形)；以90
°
分度旋转一周，其图形轮廓线所围成的十二边形，为四旋转矩形(简称四矩形，又可称为十字形)。三矩形和四矩形统称旋转矩形。
[0012]4)旋转矩体、三矩体、四矩体
[0013]以旋转矩形(包括三矩形、四矩形)为底形成的直多棱柱体，分别称为旋转矩体、三矩体、四矩体，本申请文件中用于描述硅单晶棒的形状。
[0014]5)类*形状(如：类圆形、类矩形、类旋转矩形等)
[0015]用于描述硅石英坩埚的截面形状。在圆形、矩形、旋转矩形的边、顶点处添加凸起或凹槽代替部分原有线段后所围成的、具有2条以上对称轴的平面图形，包括过渡线。忽略可接受的形状和尺寸公差。
[0016]6)准*形状(如准圆形、准矩形、准三矩形、准旋转矩体等)
[0017]用于描述硅单晶棒的截面形状和柱体形状。指可以按照本专利技术的预期目的加工相应硅单晶片的、不够规则的硅单晶棒横截面形状和柱体形状。如：准矩形、准旋转矩形、准矩体、准旋转矩体，以及现有技术的准圆形、准圆柱体等等。
[0018]7)侧翼
[0019]指形成硅单晶棒旋转矩体中任一矩体的不与其它矩体交叠的部分。
[0020]8)参考凸角(参考凹角)
[0021]由矩形蜕变为类矩形或由旋转矩形蜕变为类旋转矩形时丢失的原多边形的顶角。丢失的多边形凸角定义为参考凸角；丢失的多边形凹角定义为参考凹角。
[0022]9)最小(最大)半横径
[0023]本专利技术中指从石英坩埚横截面的几何中心(两对称轴的交点)到石英坩埚内壁的最小(最大)距离。
[0024]本专利技术的目的在于提供一种异形硅单晶棒及其拉制所用石英坩埚以及生长方法，旨在改善
技术介绍
提到的至少一种问题。
[0025]针对
技术介绍
中提到的一系列问题，专利技术人认为：拉制非圆形的异形横截面的硅单晶棒，通过增加硅单晶棒柱面的散热面积，一方面能够达到进一步增加硅单晶棒的横截面面积，进一步提高硅单晶棒的产能的目的；另一方面，异形硅单晶棒加工成特定形状的硅单晶片又可以提高硅单晶棒的利用率，从而达到降低硅单晶片生产成本的目的。
[0026]然而，拉制异形横截面的硅单晶棒对热场分布有特殊要求，针对此特殊要求，本申请提出采用具有特殊结构的石英坩埚来解决此问题。借助于本申请提供的这种具有特殊结构的石英坩埚，配合相应的生产设备和工艺，可以拉制出异形横截面的硅单晶棒。
[0027]因此，本专利技术的实施例可以这样实现：
[0028]第一方面，本专利技术提供一种拉制异形硅单晶棒的石英坩埚，其内壁具有3～4条埚内凸起，和/或3～4条埚内凹槽；
[0029]每条埚内凸起呈长条形，其延伸方向与石英坩埚壁的高度攀升方向一致，每条埚内凹槽呈长条形，其延伸方向与石英坩埚壁的高度攀升方向一致。
[0030]在采用提拉法生长硅单晶棒时，加热方式采用设置在坩埚外部的辐射加热器进行加热，由于硅的折射率高于石英的折射率，石英的折射率高于炉内气体的折射率，因此，红外辐射在炉气与石英坩埚界面、石英坩埚与融硅界面处发生折射，本申请实施例石英坩埚由于埚内凸起的设置，可达到驱离多余红外辐射的效果，由于埚内凹槽的设置，可达到汇聚红外辐射于对应位置的效果。故本申请提供的石英坩埚由于其特殊的形状设计，能形成适合异形单晶硅生长的热场。
[0031]采用本申请实施例提供的石英坩埚，使用时，采用对应结构的石英坩埚，若要提拉生长具有矩形横截面的硅单晶棒时，在生长过程中保持每条硅棒棱边与石英坩埚的一条埚内凸起相对；若要提拉生长具有旋转矩形横截面的硅单晶棒时，在生长过程中保持硅单晶棒的硅棒凹槽位置与石英坩埚的一条埚内凹槽相对，亦可同时保持每条硅棒侧翼与石英坩埚的一条埚内凸起相对，或者，保持每条硅棒侧翼的每条棱边分别与石英坩埚的一条埚内凸起相对。以获得目标横截面形状(例如矩形、旋转矩形)的硅单晶棒。
[0032]在可选的实施方式中，石英坩埚横截面的形状为类圆形，石英坩埚的内壁具有4条埚内凸起，4条埚内凸起在同一横截面圆周上均匀分布；
[0033]或者，石英坩埚横截面的形状为类正方形，石英坩埚的内壁具有4条埚内凸起，4条埚内凸起分别设置于与所述类正方形的4个参考凸角相对的位置。
[0034]上述结构的石英坩埚用于提拉生长横截面为准正方形的硅单晶棒，提拉生长过程中，使硅单晶棒侧壁的4条硅棒棱边保持与4条埚内凸起一一相对。
[0035]在可选的实施方式中，石英坩埚横截面的形状为类长方形，石英坩埚的内壁具有4条埚内凸起，4条埚内凸起分别设置于与所述类长方形的4个参考凸角相对的位置。
[0036]上述结构的石英坩埚用于提拉生长横截面为准长方形的硅单晶棒，提拉生长过程中，使硅单晶棒侧壁的4条硅棒棱边保持与4条埚内凸起一一相对。
[0037]在可选的实施方式中，石英坩埚的横截面的形状为类四矩形，其具有与所述类四矩形的4个端部对应的4个埚内凹壁，所述石英坩埚的内壁具有4条所述埚内凸起，4条所述埚内凸起分别一一对应设置于所述4个埚内凹壁上。
[0038]上述结构的石英坩埚用于提拉生长横截面为准四矩形的硅单晶棒，提拉生长过程中，使硅单晶棒的4条侧翼保持与4条埚内凸起一一相对。
[0039]优选地，为保证热场呈对称分布，每一条所述埚内凸起均位于对应的所述埚内凹壁的中部。
[0040]在可选的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拉制异形硅单晶棒的石英坩埚，其特征在于，所述石英坩埚的内壁具有3～8条埚内凸起，和/或3～4条埚内凹槽；每条所述埚内凸起呈长条形，其延伸方向与所述石英坩埚壁的高度攀升方向一致，每条所述埚内凹槽呈长条形，其延伸方向与所述石英坩埚壁的高度攀升方向一致。2.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于，所述石英坩埚横截面的形状为类圆形，所述石英坩埚的内壁具有4条所述埚内凸起，4条所述埚内凸起在同一横截面圆周上均匀分布；或者，所述石英坩埚横截面的形状为类正方形，所述石英坩埚的内壁具有4条所述埚内凸起，4条所述埚内凸起分别设置于与所述类正方形的4个参考凸角对应的位置；或者，所述石英坩埚的横截面形状为类长方形，所述石英坩埚的内壁具有4条所述埚内凸起，4条所述埚内凸起分别设置于与所述类长方形的4个参考凸角对应的位置。3.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于，所述石英坩埚的横截面的形状为类四矩形，其具有与所述类四矩形的4个端部对应的4个埚内凹壁，所述石英坩埚的内壁具有4条所述埚内凸起，4条所述埚内凸起分别一一对应设置于所述4个埚内凹壁上；优选地，每一条所述埚内凸起均位于对应的所述埚内凹壁的中部。4.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于，所述石英坩埚的横截面的形状为类四矩形，所述石英坩埚的内壁具有8条埚内凸起，8条所述埚内凸其分别设置于与所述类四矩形的8个参考凸角对应的位置。5.根据权利要求1或4所述的石英坩埚，其特征在于，所述石英坩埚横截面的形状为类四矩形，所述石英坩埚的内壁具有4条所述埚内凹槽，4条所述埚内凹槽分别设置于与所述类四矩形的4个参考凹角一一对应的位置。6.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于，所述石英坩埚横截面的形状为类三矩形，其具有与所述类三矩形的3个端部对应的3个埚内凹壁，所述石英坩埚的内壁具有3条所述埚内凸起，3条所述埚内凸起分别一一对应设置于所述3个埚内凹壁对应的位置；优选地，每一条所述埚内凸起均位于对应的所述埚内凹壁的中部。7.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于，所述石英坩埚横截面的形状为类三矩形，所述石英坩埚的内壁具有6条所述埚内凸起，6条所述埚内凸起分别设置于与所述类三矩形的6个参考凸角对应的位置；优选地，所述石英坩埚横截面的形状为类三矩形，所述石英坩埚的内壁具有3个所述埚内凹槽，3个所述埚内凹槽分别一一对应设置于与所述类三矩形的3个参考凹角对应的位置。8.根据权利要求1所述的石英坩埚，其特征在于，每条所述埚内凸起的横向宽度与其凸起高度之比为(1.5～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛勇，李安君，许堃，
申请(专利权)人：宇泽半导体云南有限公司，
类型：发明
国别省市：