半导体材料固结和/或结晶系统的热交换器技术方案

半导体材料固结和/或结晶系统的热交换器（1），其包括第一构件（2）和第二构件（3），第一构件和第二构件可相对于彼此移动，其特征在于，第一构件包括第一起伏部（21），第二构件包括第二起伏部（31），第一起伏部用于同第二起伏部相配合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过由坩埚或模具底部排热在坩埚或模具中的半导体定向固结的
优选地，本专利技术涉及这样的材料:材料具有大于IO9JAi3的潜热，和/或在其固相中小于50W/m.1:的导热率，和/或具有大于0.0l0C.m2/W的热阻的材料/坩埚副。本专利技术尤其涉及可冷却坩埚或模具中容纳的材料、尤其是用于光伏应用的半导体材料的交换器。本专利技术还涉及使用这种交换器的半导体材料的固结和/或结晶方法。
技术介绍
在高熔点(>1000°C)材料在坩埚中定向固结的方法中，例如在多晶光伏硅锭的制备方法中，定向固结通过对坩埚底部的受控冷却产生。如图1所示，在现有技术中，热通量通过从布置在坩埚下方的一组件(往往是支承坩埚的组件)辐射而被排出。更确切的说，液相和固相Ms材料，也就是部分地定向固结的材料，被容纳在上部具有开口的坩埚Cr中。坩埚置于可能用作其机械支承件的热组件Sk上。热组件通过可控制热组件和冷组件这两个组件之间的热交换的装置，将从材料排出的热通量向冷组件Sf传递。热交换的控制例如通过决定辐射的构件Fv利用辐射进行(按照视觉系数)。以补充的方式，热交换控制也可例如通过热组件和冷组件之间的热传导来进行。排出的热通量在高值上受限于热交换原理、热组件Sk和冷组件Sf的表面面积、热组件&和冷组件&之间的视觉系数、所用材料的性能(导热率、发射率)以及组件的温度，所述温度并非不受排出的热通量的影响。材料(液相I和固相Ms)处排出的热通量不管怎样都小于坩埚下方的组件所排出的热通量。排出的热通量在低值上或受限于隔热性，或受限于热组件加热带来的供热，隔热实施部件取决于排热所采用的物理原理(辐射屏、无接触导热)。在后一种情况下，热通量始终从热组件排出，但可以消除或极大地减少坩埚Ck和热组件之间的热通量，因而消除或极大地减少从材料排出的 热通量。去除热量的最有效的措施在于包括:-尽可能低的下限，-尽可能高的上限，以及-这两个极限之间的尽可能连续的调节范围，这由在理想的情况下可预测和可重复地控制的和可实现的部件进行，无需附加的消耗品。换句话说，寻求通过在可实现的范围中改变热通量而可调节的热量(或出自材料的热通量)的排除，这可能意味着使用坩埚或特殊材料，用以达到所述范围的极限。用于光伏应用的硅的定向固结领域中所使用的和已知的所有工业用系统或实验室用系统，共同地都需可调节通过以下方式经过布置在坩埚下面的装置所排出的热通量，或者:-主要通过辐射:在这种情况下，调节用下述方式进行:O屏(例如GT国际太阳能公司推销的DSS450HP装置上)的移动，其限定热组件的辐射表面和冷组件的表面之间的视觉系数，O热组件(例如晶体系统公司推销的热交换器法装置上)的辐射表面相对于冷组件的表面的移动，所述辐射例如穿过屏进行，O通过加热对坩埚下面的热组件(例如ALD真空技术GmgH公司推销的S⑶400 +或S⑶800 +装置上)的温度控制，用于固定在上限排除条件的排除系统，即由坩埚下面提供的热通量调节的不可调排热，以从材料排除较少的热量。-主要通过传导:在这种情况下，调节用下述方式进行:O通过在其中注入相对较冷的流体，控制坩埚下面的冷组件的温度(例如晶体系统公司推销的氦冷却热交换器法装置上)，O使热组件和冷组件通过可控热阻接触的移动。在第一类装置中，热通量的变化通过辐射交换表面积的变化获得，最大热通量受限于最大交换表面积，其至多接近热组件的水平截面面积。在第二类装置中，传导/对流交换的热通量的变化在一种情况下通过流体流量变化获得，在另一种情况下通过分开两个导板的气体的厚度的变化获得。最大热通量于是或者受限于流体的最大流量、导热率和热容率，或者受限于被置于接触的两个板之间的热阻，其产生于相对的两个表面的不可避免的平面度缺陷。现有系统不能在低温下具有足够的最大热通量同时又在高温下确保良好的隔热性。问题在于在待固结材料的高度很高时，或者当坩埚是良好的隔热体时，要成功地在坩埚下方保持很高的热量排除。换句话说，问题`在于当材料的温度较低时，增大可从待固结材料中排出的热通量。例如，在高度为20cm至45cm的多晶硅锭并使用20mm的硅石坩埚的情况下，则在800-1000°C范围内由单一辐射表面排出的热通量受到限制。这限制了热梯度和固结速度。可设想通过简单地增大坩埚支承件的尺寸来增大坩埚支承件的辐射表面积，而解决所述问题:-可增大坩埚支承件的侧表面的辐射表面积，条件是冷表面要适当。这具有使排热定位在侧面上和导致均匀性缺陷的缺陷。这种技术还具有添加由坩埚支承件如此增大的厚度所引起的传导热阻的缺陷。-可增大宽度，因而增大坩埚支承件底部中的辐射表面积。但是，交换器装置不能比坩埚因而比硅锭宽很多，否则会有损于排热的均匀性。因此，通过增大的表面积的热通量增加因数在这种选择中仍受到限制。在现有系统中，坩埚下表面上的热通量的分布由为增大热通量而选用的方法规定，因此，与选定的热通量值直接相关。但是，该参数在所述方法的每个步骤(固体的形成、结晶、冷却)中起一种特定的作用，以致有利的是能够随着所述方法的这些步骤改变这种分布。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种交换器，其可解决前述问题，改进现有技术中已知的交换器。特别是，本专利技术提出一种交换器，其可简单和精确地调节和/或控制从坩埚或模具排出的热通量，尤其是用于光伏能领域中使用的半导体材料的固结和/或结晶应用。此外，本专利技术提出一种使用这种交换器的固结和/或结晶的方法。根据本专利技术，热交换器，尤其是半导体材料的固结和/或结晶系统的热交换器，包括第一构件和第二构件，第一和第二构件可相对于彼此移动。第一构件包括第一起伏部，第二构件包括第二起伏部，第一起伏部用于同第二起伏部相配合。热交换器可包括移动元件，移动元件使第一构件相对于第二构件移动，而可控制或调节交换的热通量，尤其是第一构件和第二构件之间交换的热通量。移动元件可包括调节器，调节器用于根据所期望的交换热通量，即根据力求进入热交换器中即从固结和/或结晶模具或坩埚中排出的热通量，调节第一构件和第二构件之间的距离。调节器可将第一和第二构件定位于至少两个不同的距离处，以获得至少两种不同的交换热通量或至少两种不同的热交换器交换系数或两种不同的热交换系数。调节器可在热交换表面积最小的第一位置和热交换表面积最大的第二位置之间连续改变两个构件之间的距离。第一起伏部可包括凹陷部和凸起，第二起伏部可包括凹陷部和凸起。凸起以及凹陷部的间距可沿着第一构件及第二构件的一尺度进行变化。凸起的高度可沿着第一和第二构件中至少一个的一尺度进行变化。第一和第二起伏部可通过凸起嵌合在凹陷部中进行配合。第一起伏部的凸起可配有斜侧面，斜侧面平 行于第二起伏部的凹陷部的斜侧面。第一和第二起伏部可具有平行六面体结构，尤其是沿同一纵向轴线布置的结构。第一起伏部的凸起可被覆以第一种材料，第一种材料的热特性不同于构成第一构件的其余部分的材料的热特性，尤其是具有隔热特性。第二起伏部的凸起可被覆以第二种材料，第二种材料的热特性不同于构成第二构件的其余部分的材料的热特性，尤其是具有隔热特性。第一和第二构件的材料可具有不同的热特性。第一构件可用于与坩埚或模具进行热连接，第二构件可用于与冷源进行热连接。热交换器可包括第一元件和/或第二元件，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·皮昂，D·卡梅尔，N·库迪里耶，
申请(专利权)人：原子能及能源替代委员会，
类型：
国别省市：