CN202246974U - 带有局部冷却装置的多晶硅热场 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种带有局部冷却装置的多晶硅热场，包括由上炉体和下炉体组成的炉腔，所述的炉腔内设置有一个保温腔，所述的保温腔底板上设置有冷却器，所述的冷却器呈回字型往复结构布置，冷却器的底部连通有导管，所述的导管穿过保温腔底板延升至炉腔外部。采用本实用新型可以增加多晶硅助凝块底部温度分布的均匀性，在利用籽晶诱导法生长铸锭单晶时，在化料后期强化边缘冷却效果，保护籽晶不被完全融化；在化料过程中可以提高热场温度，加快籽晶以上部分硅料的熔化速度，缩短生长周期；能够减少晶体内由于温度梯度差引起的位错等晶体缺陷密度，提高晶体质量；在结晶初期，提高径向温度梯度，促进晶粒横向生长，增大多晶硅柱状晶晶粒的直径。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多晶硅铸锭炉的热场改进装置，尤其是一种带有局部冷却装置的多晶铸锭炉改良热场。
背景技术
多晶硅铸锭炉是一种生长光伏材料的重要设备，生产中，将达到一定纯度要求的多晶硅转入炉中，按照工艺要求加热熔化、定向长晶、热处理、冷却出炉。多晶硅重熔长晶的这样一个核心环境，我们称之为热场，热场不单为多晶硅熔化提供大量的热能，在长晶过程中又提供合理的温度梯度场以得到合乎要求的多晶硅晶体。
铸造多晶硅中存在大量的晶界，晶界是指晶粒和晶粒之间的分界面，洁净的晶界不是电活性的，对少数载流子寿命并无影响。但杂质易于在晶界处偏聚或沉淀，此时晶界将具有电活性，会显著降低少子寿命，晶界越多，影响越大。
在利用铸锭炉生长铸造单晶晶体时，需要在石英坩埚底部放置单晶硅作为仔晶，在多晶硅熔化阶段为保护仔晶不熔化，通常需要打开隔热笼，降低石英坩埚底部的温度。但是由于传统多晶炉热场的缺陷，固液界面通常中心高，边缘低，中心熔化到仔晶面时，边缘仔晶早已部分或全部熔化，放置的仔晶只有部分发挥晶生长的诱导作用，在整个多晶晶锭中，类单晶比例较小。为扩大类单晶比例，往往需要提高仔晶的厚度，一方面增加了仔晶的成本，另一方面，凸起的结晶界面导致晶体中较大的残留热应力，制约了晶体质量的提高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种能够提高晶体质量、提高类单晶比例的多晶硅热场。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带有局部冷却装置的多晶硅热场，包括由上炉体和下炉体组成的炉腔，所述的炉腔内设置有一个保温腔，所述的保温腔底板上设置有冷却器，所述的冷却器呈回字型往复结构布置，冷却器的底部连通有导管，所述的导管穿过保温腔底板延升至炉腔外部。
具体的说，本实用新型所述的保温腔内设置有石墨助凝块，所述的石墨助凝块的外径与冷却器的外径偏差小于50mm。所述的冷却器的横截面高为20～60mm，宽为100～200mm。
为了增加冷却时石墨助凝块下表面所接触到的冷却介质的均匀性，本实用新型所述的冷却器表面具有喷口，导管内的冷却介质通过喷口直接喷向石墨助凝块的下表面。
进一步的说，本实用新型所述的冷却介质为液体或惰性气体。
若冷却介质为惰性气体，工作方式为：将惰性气体直接从冷却装置喷向支撑多晶坩埚的石墨助凝块，带走石墨助凝块的四周的热量，从而使得石墨铸锭块四周和中心区域保持对石英坩埚底部均匀的冷却效果；从而在高温熔体凝固时，通过固/液界面的散热量趋于平衡，便于维持较为平坦的结晶界面。冷却气体吸收热量升温后随炉体内保护气体一同排放出炉体外。
若采用液体冷却，吸收热量升温后液体需要重新排出炉体外，并通过设置在管路上的流量调节阀来调整流量达到控制冷却强度的目的。
本实用新型的有益效果是，解决了背景技术中存在的缺陷，一是增加多晶硅助凝块底部温度分布的均匀性，便于得到有助于提高晶体质量的平坦的结晶界面；二是在利用籽晶诱导法生长铸锭单晶时，在化料后期强化边缘冷却效果， 保护籽晶不被完全融化。由于强化的底部的冷却效果，在化料过程中可以提高热场温度，加快籽晶以上部分硅料的熔化速度，缩短生长周期；三是减少晶体内径向温度分布，从而减少晶体内由于温度梯度差引起的位错等晶体缺陷密度，提高晶体质量；四是在结晶初期，提高径向温度梯度，促进晶粒横向生长，增大多晶硅柱状晶晶粒的直径。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的优选实施例的结构示意图；
图中：1、保温腔顶板；2、石英陶瓷坩埚；3、石墨坩埚；4、石墨助凝块；5、下炉体；6、支撑柱；7、保温腔侧壁拉杆；8、导气筒；9、上炉体；10、加热器；11、保温腔侧壁；12、保温腔底板；13、冷却器；14、导管。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1所示的一种带有局部冷却装置的多晶硅热场，由上炉体和下炉体组成炉腔，炉腔内设置有由保温腔顶板、保温腔侧壁以及保温腔底板组成的保温腔，保温腔内自上而下依次设置有石英陶瓷坩埚、石墨坩埚以及石墨助凝块，石墨助凝块的下表面的中部设置有支撑柱。石墨坩埚的外部上方设置有加热器，所述的保温腔顶板的中部设置有导气筒，保温腔侧壁的顶部设置有拉杆，所述的拉杆垂直延升至上炉体的外部。所述的保温腔底板上设置有冷却器，所述的冷却器呈回字型往复结构布置，冷却器的底部连通有导管，所述的导管穿过保 温腔底板延升至炉腔外部。
利用本热场进行铸锭单晶生长时，熔化阶段提高保温腔侧壁8cm、并在化料末期打开冷却器，冷却介质为氩气，氩气直接喷向石墨助凝块下表面边缘，保护石英坩埚底部边缘仔晶不被融化，仔晶高度降低30％，晶锭表面类单晶比例提高20％。长晶过程开始后，关闭接入氩气。
普通多晶硅的生长，在长晶第一阶段，保温腔侧壁向上提起，与保温腔底板分离，冷却器通入氩气并直接喷向石墨助凝块下表面边缘，提高石墨助凝块径向温度梯度，长晶第一步结束后关闭氩气接入，晶锭切片后，柱状晶晶粒平均直径提高10％。
以上说明书中描述的只是本实用新型的具体实施方式，各种举例说明不对本实用新型的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离实用新型的实质和范围。
Claims (6)
1.一种带有局部冷却装置的多晶硅热场，包括由上炉体和下炉体组成的炉腔，所述的炉腔内设置有一个保温腔，其特征在于：所述的保温腔底板上设置有冷却器，所述的冷却器呈回字型往复结构布置，冷却器的底部连通有导管，所述的导管穿过保温腔底板延升至炉腔外部。
2.如权利要求1所述的带有局部冷却装置的多晶硅热场，其特征在于：所述的保温腔内设置有石墨助凝块，所述的石墨助凝块的外径与冷却器的外径偏差小于50mm。
3.如权利要求1所述的带有局部冷却装置的多晶硅热场，其特征在于：所述的冷却器的横截面高为20～60mm，宽为100～200mm。
4.如权利要求2所述的带有局部冷却装置的多晶硅热场，其特征在于：所述的冷却器表面具有喷口，导管内的冷却介质通过喷口直接喷向石墨助凝块的下表面。
5.如权利要求4所述的带有局部冷却装置的多晶硅热场，其特征在于：所述的冷却介质为液体或惰性气体。
6.如权利要求1所述的带有局部冷却装置的多晶硅热场，其特征在于：所述的导管上设置有通入液态冷却介质时调节液体流量的流量调节阀。
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