DE102005032790A1 - Non-ferrous metal e.g. liquid silicon, receiving, smelting and crystallizing container, has multifunctional coating provided on part of inner wall and including layer parts for influencing material characteristics of non-ferrous metals - Google Patents

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Abstract

The container has a base plate with inner and outer walls (5, 12), and a multifunctional coating (4) provided on a part of the inner wall. The coating has layer parts (15, 16) for influencing material characteristics of a non-ferrous metal. Adhesion propensity of the metal is influenced by the material characteristics. The parts have one of the doping units e.g. boron, aluminum, gallium, indium, phosphorous, arsenic and antimony. The layer parts have a combination of silicon nitride and silicon dioxide. Independent claims are also included for the following: (1) a method for manufacturing a container for smelting and crystallizing non-ferrous metals (2) an application of the container for receiving and crystallizing liquid silicon.

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter zum Schmelzen und/oder Kristallisieren von Nichteisenmetallen, insbesondere von Silizium. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Behälters. Die Erfindung betrifft des weiteren die Verwendung eines erfindungsgemäßen Behälters zur Aufnahme von Siliziumschmelzen.The The invention relates to a container for melting and / or crystallizing non-ferrous metals, in particular of silicon. The invention further relates to a process for the preparation a container according to the invention. The The invention further relates to the use of a container according to the invention for Absorption of silicon melts.

Aus der EP 0 963 464 B1 ist ein Behälter zur Aufnahme von flüssigem Silizium und zur Kristallisation des flüssigen Siliziums bekannt, der mit einer Beschichtung aus Siliziumnitrid versehen ist. Die Beschichtung aus Siliziumnitrid soll zur Vermeidung von Anhaftungen der erstarrenden Siliziumschmelze an der Innenwand des Behälters dienen. Zum Aufbringen des Siliziumnitrids wird diesem ein organisches Bindehilfsmittel zugesetzt. Um eine ausreichende Dicke der Beschichtung auf dem Behälter zu erzielen, wird die Beschichtung zumeist sukzessive in mehreren Lagen aufgetragen.From the EP 0 963 464 B1 For example, there is known a container for containing liquid silicon and for crystallizing the liquid silicon, which is provided with a coating of silicon nitride. The silicon nitride coating is intended to prevent adhesion of the solidifying silicon melt to the inner wall of the container. For applying the silicon nitride, an organic binder is added thereto. In order to achieve a sufficient thickness of the coating on the container, the coating is usually applied successively in several layers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter zum Schmelzen und/oder Kristallisieren von Nichteisenmetallen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Behälters zu schaffen, bei dem die Güte von aus dem Nichteisenmetall hergestellten elektronischen Bauelementen verbessert wird.Of the Invention is based on the object, a container for melting and / or Crystallization of non-ferrous metals and a method of manufacture such a container to create, where the goodness of non-ferrous metal electronic components is improved.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 12 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass zumindest auf einem Teil der Innenwand des Behälters mindestens eine multifunktionale Beschichtung angeordnet ist. Die mindestens eine multifunktionale Beschichtung weist mindestens einen Schicht-Bestandteil zur Beeinflussung einer Materialeigenschaft des in dem Behälter aufgenommenen Nichteisenmetalls, insbesondere des Siliziums auf.These The object is achieved by the features of independent claims 1 and 12 solved. The essence of the invention is that at least on one part the inner wall of the container at least one multifunctional coating is arranged. The at least one multifunctional coating has at least one Layer component for influencing a material property in the container recorded non-ferrous metal, in particular of silicon.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the Dependent claims.

Zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:additional Features and details of the invention will become apparent from the description several embodiments based on the drawings. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht eines Behälters zum Schmelzen und/oder Kristallisieren von Nichteisenmetallen mit einer Beschichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 a perspective view of a container for melting and / or crystallizing of non-ferrous metals with a coating according to a first embodiment,

2 eine nicht maßstäbliche Schnittdarstellung einer Innenwand des Behälters nach 1 mit der Beschichtung, 2 a not to scale sectional view of an inner wall of the container after 1 with the coating,

3 eine nicht maßstäbliche Schnittdarstellung der Innenwand eines Behälters mit einer Beschichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und 3 a not to scale sectional view of the inner wall of a container with a coating according to a second embodiment, and

4 eine nicht maßstäbliche Schnittdarstellung der Innenwand eines Behälters mit mehreren Beschichtungen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. 4 a not to scale sectional view of the inner wall of a container having a plurality of coatings according to a third embodiment.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Ein als Ganzes mit 1 bezeichneter Behälter zum Schmelzen und/oder Kristallisieren von Nichteisenmetallen 2, insbesondere von Silizium, weist einen Behälter-Grundkörper 3 und eine darauf angeordnete multifunktionale Beschichtung 4 auf. Der Behälter-Grundkörper 3 ist in Form eines offenen Quaders ausgebildet und begrenzt durch eine Innenwand 5 einen quaderförmigen Innenraum 6 nach fünf Seiten. Zur Begrenzung des Innenraums 6 weist die Innenwand 5 eine Bodenfläche 7, eine erste Seitenfläche 8 und eine zweite Seitenfläche 9 sowie eine erste Stirnfläche 10 und eine zweite Stirnfläche 11 auf. Zum Einfüllen des Siliziums 2 ist der Behälter 1 nach oben hin offen. Von der Umgebung wird der Behälter-Grundkörper 3 durch eine Außenwand 12 abgegrenzt. Der Behälter-Grundkörper 3 besteht aus Quarz, Graphit oder Keramik. Alternativ ist auch die Verwendung runder Behälter-Grundkörper 3 möglich.The following is with reference to the 1 and 2 a first embodiment of the invention described. One as a whole 1 designated container for melting and / or crystallizing non-ferrous metals 2 , in particular of silicon, has a container base body 3 and a multifunctional coating disposed thereon 4 on. The container body 3 is in the form of an open cuboid and bounded by an inner wall 5 a cuboid interior 6 after five pages. To limit the interior 6 has the inner wall 5 a floor area 7 , a first side surface 8th and a second side surface 9 and a first end face 10 and a second end face 11 on. For filling the silicon 2 is the container 1 open at the top. From the environment becomes the container body 3 through an outer wall 12 demarcated. The container body 3 consists of quartz, graphite or ceramic. Alternatively, the use of round container body 3 possible.

Die multifunktionale Beschichtung 4 weist eine Schicht 13 auf, die flächig auf der Innenwand 5 angeordnet ist. Die Schicht 13 weist mehrere sukzessive aufgetragene Lagen 14 auf, die in 2 gestrichelt angedeutet sind.The multifunctional coating 4 has a layer 13 on, the surface on the inner wall 5 is arranged. The layer 13 has several successively applied layers 14 on that in 2 indicated by dashed lines.

Die Schicht 13 weist einen ersten Schicht-Bestandteil 15 und einen von dem ersten Schicht-Bestandteil 15 unterschiedlichen zweiten Schicht-Bestandteil 16 auf. Die Schicht-Bestandteile 15, 16 dienen jeweils zur Beeinflussung mindestens einer Materialeigenschaft des in dem Behälter 1 aufgenommenen Siliziums 2, wobei die Schicht-Bestandteile 15, 16 mindestens eine Materialeigenschaft beeinflussen, die der jeweils andere Schicht-Bestandteil 15, 16 nicht beeinflusst.The layer 13 has a first layer component 15 and one of the first layer component 15 different second layer component 16 on. The layer components 15 . 16 each serve to influence at least one material property of the in the container 1 taken up silicon 2 , wherein the layer constituents 15 . 16 affect at least one material property that the other layer component 15 . 16 unaffected.

Mittels der Schicht-Bestandteile 15, 16 ist als Beeinflussung einer Materialeigenschaft eine Reduzierung der Anhaftneigung des Siliziums 2 an der Schicht 13 und der Innenwand 5, eine Verbesserung der Reinheit des Siliziums 2, eine Veränderung der Dotierung des Siliziums 2 und/oder eine Verbesserung der Kristallstruktur des Siliziums 2 möglich. Unter einer Verbesserung der Kristallstruktur des Siliziums 2 ist insbesondere eine Reduzierung der Anzahl von Versetzungen in der Kristallstruktur, beispielsweise in Folge eines Anhaftens des Siliziums 2 an die Innenwand 5, und die Ausbildung einer bevorzugten Kristallorientierung zu verstehen.By means of the layer components 15 . 16 is a reduction in the adhesion tendency of the silicon as an influence on a material property 2 at the shift 13 and the inner wall 5 , an improvement in the purity of silicon 2 , a change in the doping of silicon 2 and / or an improvement in the crystal structure of the silicon 2 possible. U.N an improvement of the crystal structure of the silicon 2 is in particular a reduction of the number of dislocations in the crystal structure, for example, as a result of adherence of the silicon 2 to the inner wall 5 , and to understand the training of a preferred crystal orientation.

Als Schicht-Bestandteil 15, 16 kann pulverförmiges Siliziumnitrid verwendet werden. Das pulverförmige Siliziumnitrid reduziert die Anhaftneigung des Siliziums 2 und reduziert gleichzeitig die Anzahl von Versetzungen in der Kristallstruktur des kristallisierenden Siliziums 2.As a layer component 15 . 16 For example, powdered silicon nitride can be used. The powdery silicon nitride reduces the adhesion tendency of the silicon 2 and simultaneously reduces the number of dislocations in the crystal structure of the crystallizing silicon 2 ,

Die Beschichtung 4 weist mindestens 1 Gew.-%, insbesondere mindestens 10 Gew.-%, und insbesondere mindestens 50 Gew.-%, hochreines pulverförmiges Siliziumnitrid auf.The coating 4 has at least 1 wt .-%, in particular at least 10 wt .-%, and in particular at least 50 wt .-%, high-purity powdered silicon nitride.

Das pulverförmige Siliziumnitrid besteht zu mindestens 0,1 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 2 Gew.-%, und insbesondere zu mindestens 10 Gew.-%, aus kristallografischer Beta-Phase. Die Beta-Phase stellt die Hochtemperatur-Modifikation des Siliziumnitrids dar und ermöglicht eine hohe thermo-mechanische Stabilität der Beschichtung 4. Alternativ ist auch die Verwendung von amorphem, pulverförmigem Siliziumnitrid möglich.The powdered silicon nitride is at least 0.1 wt .-%, in particular at least 2 wt .-%, and in particular at least 10 wt .-%, crystallographic beta phase. The beta phase represents the high-temperature modification of the silicon nitride and allows a high thermo-mechanical stability of the coating 4 , Alternatively, the use of amorphous, powdery silicon nitride is possible.

Das pulverförmige Siliziumnitrid weist Partikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von maximal 50 μm, insbesondere von maximal 10 μm, und insbesondere von maximal 5 μm, auf. Vorzugsweise weist das pulverförmige Siliziumnitrid einen Sauerstoffgehalt von 0,3 Gew.-% bis maximal 5 Gew.-% und ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Partikel von kleiner als 10 auf.The powdery Silicon nitride has particles with an average particle size of maximum 50 μm, in particular of a maximum of 10 μm, and in particular of a maximum of 5 μm, on. Preferably, the powdery silicon nitride has an oxygen content from 0.3 wt% to at most 5 wt% and a length to diameter ratio of the particles from less than 10 to.

Das hochreine, pulverförmige Siliziumnitrid weist einen Siliziumdioxidgehalt von maximal 50 Gew.-%, einen Alkali- und/oder Erdalkalimetallgehalt von maximal 1000 ppm und/oder einen Fluoridgehalt von maximal 2000 ppm und/oder einen Chloridgehalt von maximal 2000 ppm und/oder einen Gesamtkohlenstoffgehalt von maximal 2000 ppm und/oder einen Gehalt von Übergangsmetallen von jeweils maximal 500 ppm auf.The high purity, powdery Silicon nitride has a maximum silicon dioxide content of 50% by weight, an alkali and / or alkaline earth metal content of at most 1000 ppm and / or a fluoride content of at most 2000 ppm and / or a Chloride content of at most 2000 ppm and / or a total carbon content of a maximum of 2000 ppm and / or a transition metal content of each maximum 500 ppm.

Als Schicht-Bestandteil 15, 16 kann weiterhin hochreines Siliziumdioxid verwendet werden. Das Siliziumdioxid, beispielsweise Aerosil, kann als Haftvermittler zwischen Siliziumnitrid und der Innenwand 5 dienen, so dass die Anhaftneigung des Siliziums 2 an die Innenwand 5 und gleichzeitig die Anzahl der Versetzungen in der Kristallstruktur des kristallisierenden Siliziums 2 reduziert wird. Weiterhin kann mittels des Siliziumdioxids die Kristallorientierung des kristallisierenden Siliziums 2 und die Reinheit des Siliziums 2 beeinflusst werden. Zur Beeinflussung der Reinheit des Siliziums 2 wirkt das Siliziumdioxid als Diffusionssperre und verhindert die Diffusion von metallischen Verunreinigungen oder von Sauerstoff in das Silizium 2.As a layer component 15 . 16 it is also possible to use high-purity silicon dioxide. The silicon dioxide, for example Aerosil, can act as a bonding agent between silicon nitride and the inner wall 5 serve, so that the adhesion tendency of the silicon 2 to the inner wall 5 and simultaneously the number of dislocations in the crystalline structure of the crystallizing silicon 2 is reduced. Furthermore, by means of the silicon dioxide, the crystal orientation of the crystallizing silicon 2 and the purity of the silicon 2 to be influenced. To influence the purity of the silicon 2 The silicon dioxide acts as a diffusion barrier and prevents the diffusion of metallic impurities or oxygen into the silicon 2 ,

Die Beschichtung 4 weist vorzugsweise mindestens 1 Gew.-%, insbesondere mindestens 10 Gew.-%, und insbesondere mindestens 50 Gew.-%, hochreines Siliziumdioxid auf.The coating 4 preferably has at least 1 wt .-%, in particular at least 10 wt .-%, and in particular at least 50 wt .-%, high-purity silicon dioxide.

Zur Verbesserung der Reinheit des Siliziums 2 können als Schicht-Bestandteile 15, 16 ferner ein als Diffusionssperre wirkendes Silikat, insbesondere ein Aluminiumsilikat, verwendet werden.To improve the purity of the silicon 2 can as layer components 15 . 16 Furthermore, acting as a diffusion barrier silicate, in particular an aluminum silicate can be used.

Weiterhin können die Schicht-Bestandteile 15, 16 zur Veränderung der Dotierung zumindest eines der Dotierelemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Phosphor, Arsen und Antimon aufweisen. Beispielsweise kann zur Dotierung des Siliziums 2 mit Bor als Schicht-Bestandteil 15, 16 Bornitrid verwendet werden.Furthermore, the layer constituents 15 . 16 to modify the doping of at least one of the doping elements boron, aluminum, gallium, indium, phosphorus, arsenic and antimony. For example, for doping of the silicon 2 with boron as a layer component 15 . 16 Boron nitride can be used.

Die Schicht-Bestandteile 15, 16 können voneinander unterschiedliche Konzentrationen aufweisen. Ferner kann jeder Schicht-Bestandteil 15, 16 in einer Konzentrationsrichtung 17 einen Konzentrationsgradienten aufweisen. Die Konzentrationsrichtung 17 ist für jede Fläche 7, 8, 9, 10, 11 senkrecht zu der jeweiligen Fläche 7, 8, 9, 10, 11 und in Richtung des Siliziums 2 definiert.The layer components 15 . 16 may have different concentrations from each other. Furthermore, each layer component 15 . 16 in a concentration direction 17 have a concentration gradient. The concentration direction 17 is for every surface 7 . 8th . 9 . 10 . 11 perpendicular to the respective surface 7 . 8th . 9 . 10 . 11 and in the direction of silicon 2 Are defined.

Beispielsweise kann in 2 die Konzentration des ersten Schicht-Bestandteils 15 in Form von pulverförmigem Siliziumnitrid in der Konzentrationsrichtung 17 zunehmen, wohingegen die Konzentration des zweiten Schicht-Bestandteils 16 in Form von Siliziumdioxid in der Konzentrationsrichtung 17 abnimmt. Die Konzentrationsgradienten können beispielsweise beim Auftragen mehrerer Lagen 14 der Schicht 13 erzeugt werden, indem die Konzentrationen der Schicht-Bestandteile 15, 16 beim Auftragen der einzelnen Lagen 14 variiert werden.For example, in 2 the concentration of the first layer component 15 in the form of powdered silicon nitride in the concentration direction 17 whereas the concentration of the second layer component increases 16 in the form of silica in the concentration direction 17 decreases. The concentration gradients can, for example, when applying multiple layers 14 the layer 13 are generated by the concentrations of the layer constituents 15 . 16 when applying the individual layers 14 be varied.

Das Aufbringen der multifunktionalen Beschichtung 4 erfolgt durch Streichen, Sprühen, Spritzen, Tauchen oder durch elektrostatischen Auftrag einer Suspension, eines Schlickers oder eines Pulvers. Vor dem Aufbringen der multifunktionalen Beschichtung 4 wird eine Mischung aus mindestens dem ersten Schicht-Bestandteil 15 und dem zweiten Schicht-Bestandteil 16 erzeugt. Die erzeugte Mischung wird anschließend auf den bereitgestellten Behälter-Grundkörper 3 zumindest auf einen Teil der Innenwand 5 aufgebracht. Der Behälter-Grundkörper 3 kann eine gebrannte Kokille oder ein Kokillen-Grünling, der nach dem Aufbringen der multifunktionalen Be schichtung 4 gebrannt wird, sein. Weiterhin ist es möglich, eine oder mehrere Lagen 14 der Schicht 13 auf einen Kokillen-Grünling aufzubringen, diesen zu brennen oder nur zu trocknen und anschließend nochmals eine oder mehrere Lagen 14 aufzubringen.The application of the multifunctional coating 4 By brushing, spraying, spraying, dipping or by electrostatic application of a suspension, a slurry or a powder. Before applying the multifunctional coating 4 becomes a mixture of at least the first layer component 15 and the second layer component 16 generated. The generated mixture is then placed on the provided container body 3 at least on a part of the inner wall 5 applied. The container body 3 may be a fired mold or a green mold, the coating after application of the multifunctional loading 4 being burnt. Furthermore, it is possible to have one or more layers 14 the layer 13 to apply to a green mold, to burn this or just to dry and then again one or more layers 14 applied.

Der Behälter 1 mit der multifunktionalen Beschichtung 4 eignet sich besonders zur Aufnahme von flüssigem Silizium 2 und/oder zur Kristallisation von flüssigem Silizium 2 zu Siliziumblöcken, Siliziumstäben, Siliziumknüppeln oder Siliziumgranulaten. Das erzeugte, kristallisierte Silizium 2 kann zur Herstellung von Siliziumwafern und/oder elektronischen Bauelementen, insbesondere im Bereich der Photovoltaik, verwendet werden.The container 1 with the multifunctional coating 4 is particularly suitable for the absorption of liquid silicon 2 and / or for the crystallization of liquid silicon 2 to silicon ingots, silicon rods, silicon billets or silicon granules. The generated, crystallized silicon 2 can be used for the production of silicon wafers and / or electronic components, in particular in the field of photovoltaics.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten „a". Der wesentliche Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die multifunktionale Beschichtung 4a des Behälters 1a eine auf der ersten Schicht 13a angeordnete und zu dieser unterschiedlich ausgebildete zweite Schicht 18a aufweist. Die erste Schicht 13a ist auf der Innenwand 5 angeordnet und weist eine Lage 14a auf, wohingegen die zweite Schicht 18a auf der ersten Schicht 13a angeordnet ist und mehrere Lagen 19a aufweist, die in 3 gestrichelt angedeutet sind. Sie kann auch nur eine Lage aufweisen. Die Schichten 13a, 18a sind derart ausgebildet, dass jeweils mindestens eine Materialeigenschaft des Siliziums 2 beeinflussbar ist. Als Materialeigenschaften können beispielsweise die Anhaftneigung des Siliziums 2, die Reinheit des Siliziums 2, die Dotierung des Siliziums 2 und/oder die Kristallstruktur des Siliziums 2 beeinflussbar sein.The following is with reference to 3 A second embodiment of the invention described. Structurally identical parts are given the same reference numerals as in the first embodiment, to the description of which reference is hereby made. Structurally different but functionally similar parts are given the same reference numerals with a trailing "a." The essential difference with respect to the first embodiment is that the multifunctional coating 4a of the container 1a one on the first layer 13a arranged and designed differently for this second layer 18a having. The first shift 13a is on the inner wall 5 arranged and has a location 14a on, whereas the second layer 18a on the first layer 13a is arranged and several layers 19a which has in 3 indicated by dashed lines. It can also have only one layer. The layers 13a . 18a are formed such that in each case at least one material property of the silicon 2 can be influenced. As material properties, for example, the adhesion tendency of the silicon 2 , the purity of silicon 2 , the doping of silicon 2 and / or the crystal structure of the silicon 2 be influenced.

Wie in 3 gezeigt, kann die erste Schicht 13a den ersten Schicht-Bestandteil 15 und die zweite Schicht 18a den zweiten Schicht-Bestandteile 16 aufweisen. Alternativ kann eine Schicht 13a, 18a auch mehrere Schicht-Bestandteile 15, 16 zur Beeinflussung einer oder mehrerer Materialeigenschaften des Siliziums 2 aufweisen. Hinsichtlich der Schicht-Bestandteile 15, 16 wird auf die Ausführungen zu dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.As in 3 shown, the first layer 13a the first layer component 15 and the second layer 18a the second layer components 16 exhibit. Alternatively, a layer 13a . 18a also several layer components 15 . 16 for influencing one or more material properties of the silicon 2 exhibit. Regarding the layer components 15 . 16 Reference is made to the comments on the first embodiment.

In 3 kann die erste Schicht 13a als ersten Schicht-Bestandteil 15 beispielsweise Siliziumdioxid und die zweite Schicht 18a als zweiten Schicht-Bestandteil 16 beispielsweise pulverförmiges Siliziumnitrid aufweisen. Die Siliziumdioxid aufweisende erste Schicht 13a wirkt als Haftvermittler für das pulverförmige Siliziumnitrid und als Diffusionssperre. Die Siliziumnitrid aufweisende zweite Schicht 18a reduziert die Anhaftneigung des Siliziums 2 und beeinflusst in Folge des verminderten Anhaftens die Bildung von Versetzungen in dem kristallisierenden Silizium 2 und somit dessen Kristallstruktur.In 3 can be the first layer 13a as the first layer component 15 for example, silicon dioxide and the second layer 18a as a second layer component 16 For example, have powdered silicon nitride. The silicon dioxide-containing first layer 13a acts as a bonding agent for the powdered silicon nitride and as a diffusion barrier. The silicon nitride having second layer 18a reduces the adhesion tendency of silicon 2 and, due to the reduced adhesion, influences the formation of dislocations in the crystallizing silicon 2 and thus its crystal structure.

Das Aufbringen der Schichten 13a, 18a und deren Lagen 14a, 19a erfolgt sukzessive. Zunächst wird die erste Schicht 13a flächig zumindest auf einen Teil der Innenwand 5 in einer oder mehreren Lagen 14a aufgetragen. Anschließend wird flächig zumindest auf einem Teil der ersten Schicht 13a die zweite Schicht 18a in einer oder mehreren Lagen 19a aufgebracht.Applying the layers 13a . 18a and their positions 14a . 19a takes place successively. First, the first layer 13a flat at least on a part of the inner wall 5 in one or more layers 14a applied. Subsequently, at least on a part of the first layer is flat 13a the second layer 18a in one or more layers 19a applied.

Der Behälter-Grundkörper 3 zum Aufbringen der multifunktionalen Beschichtung 4a kann eine gebrannte Kokille oder ein Kokillen-Grünling sein, wobei der Kokillen-Grünling zumindest nach dem Aufbringen einer Schicht 13a, 18a oder einer Lage 14a, 19a gebrannt wird.The container body 3 for applying the multifunctional coating 4a may be a fired mold or a mold green compact, wherein the mold green compact at least after the application of a layer 13a . 18a or a location 14a . 19a is burned.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten „b". Der wesentliche Unterschied gegenüber den vorangegangenen Ausführungsbeispielen besteht darin, dass eine von der ersten Beschichtung 4b unterschiedliche zweite Beschichtung 20b vorgesehen ist. Die erste Beschichtung 4b ist auf der ersten und zweiten Seitenfläche 8, 9 sowie der ersten und zweiten Stirnfläche 10, 11 angeordnet, wohingegen die zweite Beschichtung 20b auf der Bodenfläche 7 der Innenwand 5 angeordnet ist. Die Beschichtungen 4b, 20b sind gemeinsam und/oder einzeln zur Beeinflussung von Materialeigenschaften des Siliziums 2 multifunktional ausgebildet. Die Beschichtungen 4b, 20b können derart ausgebildet sein, dass als Materialeigenschaften beispielsweise die Anhaftneigung des Siliziums 2, die Reinheit des Siliziums 2, die Dotierung des Siliziums 2 und/oder die Kristallstruktur des Siliziums 2 beeinflussbar sind.The following is with reference to 4 A third embodiment of the invention described. Structurally identical parts receive the same reference numerals as in the previous embodiments, the description of which reference is hereby made. Structurally different but functionally similar parts are given the same reference numerals with a trailing "b." The essential difference from the preceding embodiments is that one of the first coating 4b different second coating 20b is provided. The first coating 4b is on the first and second side surface 8th . 9 and the first and second end faces 10 . 11 whereas the second coating 20b on the floor surface 7 the inner wall 5 is arranged. The coatings 4b . 20b are common and / or individual for influencing material properties of the silicon 2 multifunctional. The coatings 4b . 20b may be formed such that the material properties, for example, the adhesion tendency of the silicon 2 , the purity of silicon 2 , the doping of silicon 2 and / or the crystal structure of the silicon 2 can be influenced.

Die Beschichtungen 4b, 20b können jeweils entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel eine Schicht 13b oder entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel mehrere Schichten 13b, 18b aufweisen. Weiterhin können die Beschichtungen 4b, 20b jeweils mindestens einen ersten Schicht-Bestandteil 15 und einen zweiten Schicht-Bestandteil 16 aufweisen. Hinsichtlich der Schicht-Bestandteile 15, 16 wird auf die Ausführungen zu dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen. Die Schicht-Bestandteile 15, 16 können entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel gemischt in einer Schicht 13b oder entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel in mehreren Schichten 13a, 18a vorliegen.The coatings 4b . 20b can each according to the first embodiment, a layer 13b or according to the second embodiment, several layers 13b . 18b exhibit. Furthermore, the coatings can 4b . 20b each at least one first layer component 15 and a second layer component 16 exhibit. Regarding the layer components 15 . 16 Reference is made to the comments on the first embodiment. The layer components 15 . 16 can be mixed in a layer according to the first embodiment 13b or according to the second embodiment in multiple layers 13a . 18a available.

In 4 weist die erste Beschichtung 4b zwei Schichten 13b, 18b auf, wobei jede Schicht 13b, 18b aus jeweils einer Lage 14b, 19b besteht. Der in der ersten Schicht 13b vorliegende erste Schicht-Bestandteil 15 ist beispielsweise Siliziumnitrid zur Reduzierung der Anhaftneigung des Siliziums 2. Der in der zweiten Schicht 18b vorliegende zweite Schicht-Bestandteil 16 ist beispielsweise Bornitrid zur Veränderung der Dotierung des Siliziums 2. Die zweite Beschichtung 20b weist eine Schicht 13b aus zwei Lagen 14b auf. Die Schicht 13b der zweiten Beschichtung 20b enthält als ersten Schicht-Bestandteil 15 Siliziumnitrid und als zweiten Schicht-Bestandteil 16 Siliziumdioxid. Das Siliziumnitrid reduziert die Anhaftneigung des Siliziums 2, wohingegen das Siliziumdioxid ausgehend von der Bodenfläche 7 die Kristallorientierung des kristallisierenden Siliziums 2 beeinflusst.In 4 has the first coating 4b two layers 13b . 18b on, with each layer 13b . 18b from one location each 14b . 19b consists. The one in the first shift 13b present first layer component 15 For example, silicon nitride is used to reduce the adhesion tendency of silicon 2 , The one in the second layer 18b present second layer component 16 For example, boron nitride is used to change the doping of silicon 2 , The second coating 20b has a layer 13b from two layers 14b on. The layer 13b the second coating 20b contains as the first layer component 15 Silicon nitride and as a second layer component 16 Silica. The silicon nitride reduces the adhesion tendency of the silicon 2 whereas the silica starts from the bottom surface 7 the crystal orientation of the crystallizing silicon 2 affected.

Das Aufbringen der Beschichtungen 4b, 20b erfolgt sukzessive oder zeitlich parallel. Beispielsweise kann zunächst die erste Schicht 13b der ersten Beschichtung 4b, anschließend die Schicht 13b der zweiten Beschichtung 20b und anschließend die zweite Schicht 18b der ersten Beschichtung 4b aufgetragen werden. Alternativ kann eine Beschichtung 4b, 20b vollständig aufgetragen werden, bevor eine weitere Beschichtung 4b, 20b aufgetragen wird. In 4 ist der Idealfall dargestellt, dass sich die Beschichtungen 4b, 20b im Grenzbereich nicht überlappen. In der Praxis treten regelmäßig Überlappungen in diesem Bereich auf, die für die Erfindung jedoch vernachlässigbar sind. Der Behälter-Grundkörper 3 kann eine gebrannte Kokille oder ein Kokillen-Grünling sein, wobei der Kokillen-Grünling zumin dest nach dem Aufbringen einer Lage 14b, 19b oder einer Schicht 13b, 18b oder einer Beschichtung 4b, 20b gebrannt wird.The application of the coatings 4b . 20b takes place successively or temporally in parallel. For example, first the first layer 13b the first coating 4b , then the layer 13b the second coating 20b and then the second layer 18b the first coating 4b be applied. Alternatively, a coating 4b . 20b be applied completely before further coating 4b . 20b is applied. In 4 the ideal case is shown that the coatings 4b . 20b do not overlap in the border area. In practice, overlaps occur regularly in this area, which are negligible for the invention. The container body 3 may be a fired mold or a mold green compact, wherein the mold green compact at least after the application of a layer 14b . 19b or a layer 13b . 18b or a coating 4b . 20b is burned.

Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist es möglich, Behälter mit Beschichtungen bereitzustellen, die gemeinsam und/oder einzeln multifunktional ausgebildet sind. Die Beschichtungen erlauben eine gezielte Beeinflussung der Materialeigenschaften des in dem Behälter aufgenommenen Nichteisenmetalls, insbesondere des Siliziums. Durch die gezielte Beeinflussung der Materialeigenschaften ist es einerseits möglich, Silizium mit einer höheren Güte zu erzeugen und andererseits nachgelagerte Schritte bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen, beispielsweise die Einbringung von Dotierelementen, in den Kristallisierungsvorgang des Siliziums einzubeziehen. Der Herstellungsprozess von elektronischen Bauelementen, beispielsweise für die Photovoltaik, wird somit effizienter und kostengünstiger und die Güte der elektronischen Bauelemente verbessert.By the production process according to the invention Is it possible, container to provide coatings that together and / or individually multifunctional are formed. The coatings allow a targeted influence the material properties of the non-ferrous metal accommodated in the container, in particular of silicon. By deliberately influencing the On the one hand, material properties make it possible to produce silicon with a higher quality and, on the other hand, downstream steps in the production of electronic components, such as the introduction of Doping elements to include in the crystallization process of the silicon. The manufacturing process of electronic components, for example for the Photovoltaic, thus becomes more efficient and less expensive and the quality of electronic components improved.

Für alle Ausführungsbeispiele gilt: Jede Beschichtung kann eine oder mehrere Schichten und jede Schicht wiederum eine oder mehrere Lagen aufweisen. Jede Schicht kann einen oder mehrere Schicht-Bestandteile enthalten, wobei unterschiedliche Schichten zumindest einen unterschiedlichen Schicht-Bestandteil aufweisen und insbesondere optisch mittels bekannter Analyseverfahren voneinander abgrenzbar sind. Die Schichten können an ihren Grenzen scharf abgrenzbar sein oder fließend ineinander übergehen. Die Lagen einer Schicht weisen gleiche Schicht-Bestandteile auf. Jeder Schicht-Bestandteil kann in den unterschiedlichen Lagen eine gleichbleibende oder variierende Konzentration aufweisen. Mittels einer variierenden Konzentration eines Schicht-Bestandteils in den einzelnen Lagen ist die Ausbildung eines Konzentrationsgradienten in einer Schicht möglich. Die Beschichtungen und/oder die Schichten und/oder die Schicht-Bestandteile können chemisch und/oder physikalisch unterschiedlich ausgebildet sein. Unter chemisch unterschiedlich werden insbesondere unterschiedliche chemische Elemente und unterschiedliche chemische Verbindungen verstanden. Unter physikalisch unterschiedlich werden insbesondere unterschiedliche Phasen, Kristallorientierungen, optisch trennbare Lagen und Kristallstrukturen verstanden. Der Behälter-Grundkörper kann eine gebrannte Kokille oder ein Kokillen-Grünling sein, wobei der Kokillen-Grünling zumindest nach dem Aufbringen einer Lage und/oder einer Schicht und/oder einer Beschichtung gebrannt wird.For all embodiments Each coating can have one or more layers and each Layer again have one or more layers. every layer may contain one or more layer constituents, with different ones Layers at least one different layer component and in particular optically by known analysis methods can be distinguished from each other. The layers can be sharp at their boundaries be delimited or fluent merge. The layers of a layer have the same layer constituents. Each layer component can be a consistent one in different layers or varying concentration. By means of a varying Concentration of a layer component in the individual layers is the formation of a concentration gradient in a shift possible. The coatings and / or the layers and / or the layer components can be formed chemically and / or physically different. Among chemically different in particular different understood chemical elements and different chemical compounds. Physically different are, in particular, different ones Phases, crystal orientations, optically separable layers and crystal structures Understood. The container body can a fired mold or a green mold, wherein the green mold at least after applying a layer and / or a layer and / or a Coating is fired.

Claims (15)

Behälter zum Schmelzen und/oder Kristallisieren von Nichteisenmetallen mit a. einem eine Innenwand (5) und eine Außenwand (12) aufweisenden Behälter-Grundkörper (3), und b. mindestens einer zumindest auf einem Teil der Innenwand (5) angeordneten multifunktionalen Beschichtung (4; 4a; 4b, 20b), wobei die mindestens eine Beschichtung (4; 4a; 4b, 20b) mindestens einen Schicht-Bestandteil (15) zur Beeinflussung einer Materialeigenschaft eines Nichteisenmetalls (2) aufweist.Container for melting and / or crystallizing non-ferrous metals with a. one an inner wall ( 5 ) and an outer wall ( 12 ) having container base body ( 3 ), and b. at least one at least on a part of the inner wall ( 5 ) arranged multifunctional coating ( 4 ; 4a ; 4b . 20b ), wherein the at least one coating ( 4 ; 4a ; 4b . 20b ) at least one layer component ( 15 ) for influencing a material property of a non-ferrous metal ( 2 ) having. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Beschichtung (4; 4a; 4b, 20b) mindestens einen von dem Schicht-Bestandteil (15) unterschiedlichen weiteren Schicht-Bestandteil (16) zur Beeinflussung einer weiteren Materialeigenschaft des Nichteisenmetalls (2) aufweist.Container according to claim 1, characterized in that the at least one coating ( 4 ; 4a ; 4b . 20b ) at least one of the layer constituent ( 15 ) different further layer component ( 16 ) for influencing a further material property of the non-ferrous metal ( 2 ) having. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens eines Schicht-Bestandteils (15, 16) als Materialeigenschaft die Anhaftneigung des Nichteisenmetalls (2) beeinflussbar ist.Container according to claim 1 or 2, characterized in that by means of at least one layer constituent ( 15 . 16 ) as a material property, the adhesion tendency of the non-ferrous metal ( 2 ) is influenced. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schicht-Bestandteil (15, 16) zumindest eine der Verbindungen Siliziumnitrid und Siliziumdioxid aufweist.Container according to claim 3, characterized in that the at least one layer constituent ( 15 . 16 ) At least one of the compounds Silizi nitride and silicon dioxide. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens eines Schicht-Bestandteils (15, 16) als Materialeigenschaft die Reinheit des Nichteisenmetalls (2) beeinflussbar ist.Container according to one of claims 1 to 4, characterized in that by means of at least one layer constituent ( 15 . 16 ) as a material property, the purity of the non-ferrous metal ( 2 ) is influenced. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schicht-Bestandteil (15, 16) ein als Diffusionssperre wirkendes Silikat, insbesondere ein Aluminiumsilikat, ist.Container according to claim 5, characterized in that the at least one layer component ( 15 . 16 ) is a silicate acting as a diffusion barrier, in particular an aluminum silicate. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens eines Schicht-Bestandteils (15, 16) als Materialeigenschaft die Dotierung des Nichteisenmetalls (2) beeinflussbar ist.Container according to one of claims 1 to 6, characterized in that by means of at least one layer constituent ( 15 . 16 ) as material property the doping of the non-ferrous metal ( 2 ) is influenced. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schicht-Bestandteil (15, 16) zumindest eines der Dotierelemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Phosphor, Arsen und Antimon aufweist.Container according to claim 7, characterized in that the at least one layer component ( 15 . 16 ) at least one of the doping elements boron, aluminum, gallium, indium, phosphorus, arsenic and antimony. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des mindestens einen Schicht-Bestandteils (15, 16) als Materialeigenschaft die Kristallstruktur des Nichteisenmetalls (2) beeinflussbar ist.Container according to one of claims 1 to 8, characterized in that by means of the at least one layer constituent ( 15 . 16 ) as a material property, the crystal structure of the non-ferrous metal ( 2 ) is influenced. Behälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schicht-Bestandteil (15, 16) zumindest eine der Verbindungen Siliziumnitrid und Siliziumdioxid aufweist.Container according to claim 9, characterized in that the at least one layer component ( 15 . 16 ) At least one of the compounds comprises silicon nitride and silicon dioxide. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Beschichtung (4b) auf einer ersten Fläche (7, 8, 9, 10, 11) und eine von der ersten Beschichtung (4b) unterschiedliche zweite Beschichtung (20b) auf einer von der ersten Fläche (7, 8, 9, 10, 11) verschiedenen zweiten Fläche (7, 8, 9, 10, 11) der Innenwand (5) angeordnet ist.Container according to one of claims 1 to 10, characterized in that a first coating ( 4b ) on a first surface ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 ) and one of the first coating ( 4b ) different second coating ( 20b ) on one of the first surface ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 ) different second surface ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 ) of the inner wall ( 5 ) is arranged. Verfahren zur Herstellung eines Behälters zum Schmelzen und/oder Kristallisieren von Nichteisenmetallen umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Behälter-Grundkörpers (3) mit einer Innenwand (5) und einer Außenwand (12), und b) Aufbringen mindestens einer multifunktionalen Beschichtung (4; 4a; 4b, 20b) aus mindestens einem Schicht-Bestandteil (15) zur Beeinflussung einer Materialeigenschaft eines Nichteisenmetalls (2) zumindest auf einen Teil der Innenwand (5).Method for producing a container for melting and / or crystallizing non-ferrous metals, comprising the following steps: a) providing a container base body ( 3 ) with an inner wall ( 5 ) and an outer wall ( 12 ), and b) applying at least one multifunctional coating ( 4 ; 4a ; 4b . 20b ) of at least one layer constituent ( 15 ) for influencing a material property of a non-ferrous metal ( 2 ) at least on a part of the inner wall ( 5 ). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der mindestens einen Beschichtung (4; 4a; 4b, 20b) mindestens eine Mischung aus mindestens dem Schichtbestandteil (15) und mindestens einem von dem Schicht-Bestandteil (15) unterschiedlichen weiteren Schicht-Bestandteil (16) zur Beeinflussung einer weiteren Materialeigenschaft des Nichteisenmetalls (2) erzeugt wird.A method according to claim 12, characterized in that prior to applying the at least one coating ( 4 ; 4a ; 4b . 20b ) at least one mixture of at least the constituent layer ( 15 ) and at least one of the layer component ( 15 ) different further layer component ( 16 ) for influencing a further material property of the non-ferrous metal ( 2 ) is produced. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Beschichtung (4b) auf eine erste Fläche (7, 8, 9, 10, 11) und eine von der ersten Beschichtung (4b) unterschiedliche zweite Beschichtung (20b) auf eine von der ersten Fläche (7, 8, 9, 10, 11) verschiedene zweite Fläche (7, 8, 9, 10, 11) der Innenwand (5) aufgebracht wird.Method according to claim 12 or 13, characterized in that a first coating ( 4b ) on a first surface ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 ) and one of the first coating ( 4b ) different second coating ( 20b ) on one of the first surface ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 ) different second area ( 7 . 8th . 9 . 10 . 11 ) of the inner wall ( 5 ) is applied. Verwendung des Behälters nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Aufnahme von flüssigem Silizium (2) und/oder zur Kristallisation von flüssigem Silizium (2) zu Siliziumblöcken, Siliziumstäben, Siliziumknüppeln, Siliziumgranulat und/oder Siliziumwafern.Use of the container according to one of claims 1 to 11 for receiving liquid silicon ( 2 ) and / or for the crystallization of liquid silicon ( 2 ) to silicon blocks, silicon rods, silicon billets, silicon granules and / or silicon wafers.
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