DE212014000009U1

DE212014000009U1 - Device for producing silicon crystals

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Publication number: DE212014000009U1
Application number: DE201421000009
Authority: DE
Original assignee: Graftech International Holdings Inc
Current assignee: Graftech International Holdings Inc
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2024-06-19
Also published as: CN204803437U; KR20160000956U; WO2015009389A1; TWM500980U

Abstract

Isolierbaugruppe für einen Ofen, der ein System für gerichtetes Erstarren anwendet, wobei die Isolierbaugruppe umfasst: eine Mehrzahl von Seitenwänden, die in einer generell rechteckigen Form angeordnet sind, wobei die Seitenwände mindestens eine Isoliertafel umfassen; eine Mehrzahl von gekrümmten Kantentafeln, die so positioniert sind, dass benachbarte Seitenwände miteinander verbunden werden; und wobei die gekrümmten Kantentafeln eine schräge Fläche aufweisen, die mindestens einer der Seitenwände zugewandt ist, und die Seitenwand eine passende schräge Fläche aufweist, wobei die schräge Fläche der gekrümmten Kantentafel an der schrägen Fläche der Seitenwand anliegt.An insulating assembly for a furnace employing a directional solidification system, the insulation assembly comprising: a plurality of sidewalls arranged in a generally rectangular shape, the sidewalls comprising at least one insulating panel; a plurality of curved edge panels positioned to interconnect adjacent side walls; and wherein the curved edge panels have an inclined surface facing at least one of the side walls, and the side wall has a mating inclined surface, the inclined surface of the curved edge panel abutting the sloping surface of the side wall.

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die Solarenergie und insbesondere die Verwendung von Solarzellen zum Erzeugen von Elektrizität ist eine immer wichtiger werdende Komponente im nationalen Energieressort. Im Allgemeinen werden Solarzellen aus kristallinem Silizium hergestellt, das in einer Vielzahl von Verfahren erzeugt wird. Ein übliches Verfahren erfolgt über einen Prozess mittels eines Systems für gerichtete Erstarrung (DSS), wobei das Siliziumausgangsmaterial einem Quarztiegel zugeführt und erwärmt wird, bis der Tiegelinhalt geschmolzen ist. Die Wärmeenergie wird dann vom Tiegelboden abgezogen. Die Schmelze unterliegt einem Temperaturgradienten und die Erstarrung beginnt am Boden und pflanzt sich nach oben fort. Nach der Erstarrung kann das kristalline Silizium entfernt und für die endgültige Verwertung verarbeitet werden.Solar energy, and in particular the use of solar cells to generate electricity, is becoming an increasingly important component in the national energy resort. In general, solar cells are made of crystalline silicon that is produced in a variety of processes. One common method is via a DSS process wherein the silicon feedstock is fed to a quartz crucible and heated until the crucible contents have melted. The heat energy is then removed from the bottom of the crucible. The melt undergoes a temperature gradient and solidification begins at the bottom and propagates upwards. After solidification, the crystalline silicon can be removed and processed for final recovery.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Gemäß einem Aspekt umfasst eine Isolierbaugruppe für einen Ofen, der das System für gerichtete Erstarrung anwendet, eine Mehrzahl von Seitenwänden, die in einer generell viereckigen Form angeordnet sind. Zu den Seitenwänden gehört mindestens eine Isoliertafel. Eine Mehrzahl von gekrümmten Kantentafeln ist so positioniert, dass benachbarte Seitenwände miteinander in Verbindung stehen. Die gekrümmten Kantentafeln besitzen eine schräge Fläche, die mindestens einer der Seitenwände zugewandt ist, und die Seitenwand hat eine passende schräge Fläche. Die schräge Fläche der gekrümmten Kantentafel liegt an der schrägen Fläche der Seitenwand an.In one aspect, an insulating assembly for a furnace employing the directional solidification system includes a plurality of sidewalls arranged in a generally quadrangular shape. The side walls have at least one insulating panel. A plurality of curved edge panels are positioned so that adjacent side walls communicate with each other. The curved edge panels have an inclined surface that faces at least one of the side walls, and the side wall has a matching inclined surface. The inclined surface of the curved edge board abuts on the inclined surface of the side wall.

Gemäß einem anderen Aspekt umfasst ein Heizelement für einen Ofen, der das System für gerichtete Erstarrung anwendet, eine Mehrzahl von Seitenholmen, die in einer generell viereckigen Form angeordnet sind, und die Seitenholme weisen eine vertikale Höhe auf. Benachbarte Seitenholmpaare sind elektrisch mittels Kantenverbindern verbunden. Die Kantenverbinder haben ein Paar von beabstandeten Schenkeln, die mit einem schrägen Verbinder verbunden sind. Die Schenkel erstrecken sich nach oben und nach unten über eine Höhe, die mindestens dem 1,5-Fachen der vertikalen Höhe des Seitenholms entspricht.In another aspect, a heater for a furnace employing the directional solidification system includes a plurality of side rails arranged in a generally quadrangular shape, and the side rails have a vertical height. Adjacent side arm pairs are electrically connected by edge connectors. The edge connectors have a pair of spaced legs connected to an oblique connector. The legs extend up and down over a height that is at least 1.5 times the vertical height of the side rail.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist eine Aufrissansicht eines Ofens, der das System für gerichtete Erstarrung anwendet; 1 Fig. 10 is an elevational view of a furnace employing the directional solidification system;

2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 1; 2 is a sectional view taken along the line AA 1 ;

3 ist eine Aufrissansicht des Ofens, wobei der obere Deckel entfernt ist; 3 Figure 11 is an elevational view of the oven with the top lid removed;

4 ist eine Aufrissansicht einer Isolierbaugruppe; 4 Fig. 10 is an elevational view of an insulating assembly;

5 ist eine Schnittansicht der Isolierbaugruppe entlang der Linie B-B der 4, wobei der Stahlrahmen entfernt ist; 5 is a sectional view of the insulating assembly along the line BB of 4 with the steel frame removed;

6 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Vergrößerungsbereichs C in 5; 6 FIG. 10 is an enlarged sectional view of a magnification area C in FIG 5 ;

7 ist eine Aufrissansicht des Ofens, wobei der obere Deckel und die Isolierbaugruppe entfernt sind; 7 Figure 11 is an elevational view of the oven with the top lid and insulating assembly removed;

8 ist eine Aufrissansicht eines Heizelements; 8th is an elevational view of a heating element;

9 ist eine Draufsicht auf ein Heizelement; und 9 is a plan view of a heating element; and

10 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Vergrößerungsbereich D in 9. 10 FIG. 10 is an enlarged plan view of a magnification area D in FIG 9 ,

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Mit Bezug auf 1 wird nun ein Ofen, der das System für gerichtete Erstarrung anwendet, gezeigt, der generell mit dem Bezugszeichen 10 angegeben ist. Der Ofen 10 weist einen oberen Deckel 12 und einen unteren Deckel 14 auf, die durch Zusammenfügen ein Ofeninneres 16 bilden (2). Die Deckel 12 und 14 sind generell zylindrisch mit gerundeten oberen bzw. Enden. Der Deckel 12 und/oder der Deckel 14 ist in Bezug auf den anderen beweglich, um das Einbringen und Entnehmen einer Siliziumcharge in den Ofen 10 zu erleichtern. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist, wird im Ofeninneren 16 ein mit einer Siliziumcharge gefüllter Quarztiegel (nicht gezeigt) erwärmt, um ein Schmelzen und eine anschließende Kristallisation während des Kühlens zu bewirken.Regarding 1 Now, an oven employing the directional solidification system is shown, generally designated by the numeral 10 is specified. The oven 10 has an upper lid 12 and a lower lid 14 by putting a stove inside together by putting together 16 form ( 2 ). The lids 12 and 14 are generally cylindrical with rounded upper and ends, respectively. The lid 12 and / or the lid 14 is movable with respect to the other to the introduction and removal of a silicon charge into the furnace 10 to facilitate. As will be described in more detail below, inside the oven 16 heated with a silicon charge filled quartz crucible (not shown) to cause melting and subsequent crystallization during cooling.

Die Temperaturen im Ofen 10 können 1500°C oder mehr erreichen, so dass eine Schlüsselkomponente für die effiziente Verwendung des Ofens 10 eine Isolierbaugruppe 20 ist, die im Ofeninneren 16 angeordnet ist. Mit Bezug auf 3–6 umfasst eine Isolierbaugruppe 20 vier Seitenwände 22a–d (4), eine obere Wand 24 (3) und eine untere Wand 26 (5), die im Wesentlichen in einem Viereck oder im Wesentlichen in rechteckiger Konfiguration angeordnet sind. In einer Ausführungsform ist jede Seitenwand 22 im Wesentlichen um 90 Grad versetzt in Bezug auf die benachbarten Seitenwände 22 ausgerichtet. Daher bilden die Seitenwände 22 in vorteilhafter Weise ein Rechteck. Jede Seitenwand 22, obere Wand 24 und untere Wand 26 ist aus einer oder mehreren Isoliertafeln 28 aufgebaut. Ein äußerer Stahlrahmen 30 ist außerhalb der Isoliertafeln 28, die die Seitenwände 22 bilden, positioniert und stellt eine strukturelle Unterstützung für diese zur Verfügung.The temperatures in the oven 10 can reach 1500 ° C or more, making it a key component for the efficient use of the furnace 10 an insulating assembly 20 is that in the oven interior 16 is arranged. Regarding 3 - 6 includes an insulating assembly 20 four side walls 22a -D ( 4 ), an upper wall 24 ( 3 ) and a lower wall 26 ( 5 ) arranged substantially in a quadrangle or substantially in a rectangular configuration. In one embodiment, each sidewall is 22 substantially offset by 90 degrees with respect to the adjacent side walls 22 aligned. Therefore, the side walls form 22 advantageously a rectangle. Every sidewall 22 , upper wall 24 and lower wall 26 is from one or more panels of insulation 28 built up. An outer steel frame 30 is outside the panels 28 that the side walls 22 form, position and provide structural support for them.

Wie zum Beispiel in 5 zu sehen ist, weist in vorteilhafter Weise jede Seitenwand 22 eine Mehrzahl von Isoliertafeln 28 auf. In einer Ausführungsform sind die Isoliertafeln 28 in überlappender und/oder gestapelter Anordnung konfiguriert, wobei jede Seitenwand 22 mindestens zwei Isoliertafeln in der Dickenrichtung umfasst. In einer Ausführungsform weist jede Seitenwand 22 16 Isoliertafeln 28 auf, wobei acht Tafeln 28 einer Innenfläche 36 der Isolierbaugruppe zugewandt sind und acht Tafeln 28 einer Außenfläche 34 der Isolierbaugruppe zugewandt sind. In dieser Ausführungsform ist vorteilhafterweise die Verbindungsstelle 32a zwischen den benachbarten Isoliertafeln 28, die an die Außenfläche 34 angrenzen, von der Verbindungsstelle 32b zwischen benachbarten Isoliertafeln 28, die an die Innenfläche 36 angrenzen, versetzt (d. h. nicht mit dieser ausgerichtet). Durch das Versetzen des Verbindungsstellenbereichs wird eine verbesserte Wärmeisolierung durch Minimieren der direkten Wege ermöglicht, durch die Wärme entweichen kann. In anderen Ausführungsformen umfasst jede Seitenwand 22 nur eine einzige Isoliertafel 28 in der Dickenrichtung. In noch anderen Ausführungsformen weist jede Seitenwand 22 eine einzelne Isoliertafel 28 auf. Im Zusammenbau 20 kann jede bestimmte Innenfläche 36 jede Anzahl von Isoliertafeln 28 haben und jede bestimmte Außenfläche 34 kann jede Anzahl von Isoliertafeln 28 aufweisen.Like in 5 can be seen, advantageously has each side wall 22 a plurality of panels of insulation 28 on. In one embodiment, the panels are insulated 28 configured in an overlapping and / or stacked arrangement, with each sidewall 22 comprises at least two insulating panels in the thickness direction. In one embodiment, each sidewall 22 16 insulated panels 28 on, with eight panels 28 an inner surface 36 facing the insulating assembly and eight panels 28 an outer surface 34 facing the insulating assembly. In this embodiment, advantageously, the connection point 32a between the adjacent panels of insulation 28 facing the outside 34 adjoin, from the junction 32b between adjacent panels of insulation 28 attached to the inner surface 36 adjacent, offset (ie not aligned with this). By offsetting the joint area, improved thermal insulation is achieved by minimizing the direct paths through which heat can escape. In other embodiments, each sidewall comprises 22 only a single panel 28 in the thickness direction. In still other embodiments, each sidewall 22 a single insulated panel 28 on. In the assembly 20 can any particular interior surface 36 any number of panels 28 have and every specific outer surface 34 can be any number of panels 28 exhibit.

Die Isolierbaugruppe kann vorteilhafterweise ein inneres Volumen definieren, das über 2,25 m³, besonders vorteilhaft über 2,50 m³ und noch weiter bevorzugt über 2,70 m³ liegt. In einer Ausführungsform hat die Isoliertafel (oder -tafeln, wenn mehr als eine vorliegt) jeder Seitenwand 22 eine kombinierte Länge von über 1200 mm, weiter bevorzugt von über 1300 mm und noch weiter bevorzugt von über 1400 mm. In weiteren Ausführungsformen hat die Isoliertafel(n) für jede Seitenwand 22 eine kombinierte Länge zwischen 1400 mm und 1500 mm. In einer Ausführungsform hat die Isoliertafel(n) jeder Seitenwand 22 eine kombinierte Höhe von über 1000 mm, noch weiter bevorzugt von über 1100 mm und noch weiter bevorzugt von über 1250 mm. In weiteren Ausführungsformen hat die Isoliertafel(n) für jede Seitenwand 22 eine kombinierte Höhe von zwischen 1250 mm und 1300 mm. In einer Ausführungsform hat die Isoliertafel(n) jeder Seitenwand 22 eine kombinierte Dicke zwischen etwa 80 mm und etwa 100 mm, noch weiter bevorzugt zwischen etwa 85 mm und etwa 95 mm.The insulating assembly may advantageously define an internal volume greater than 2.25 m ³ , more preferably greater than 2.50 m ³ and even more preferably greater than 2.70 m ³ . In one embodiment, the insulator board has (or panels, if more than one) each sidewall 22 a combined length of over 1200 mm, more preferably more than 1300 mm and even more preferably more than 1400 mm. In other embodiments, the insulator board (s) has for each sidewall 22 a combined length between 1400 mm and 1500 mm. In one embodiment, the insulator board (s) has each sidewall 22 a combined height of over 1000 mm, more preferably more than 1100 mm and even more preferably more than 1250 mm. In other embodiments, the insulator board (s) has for each sidewall 22 a combined height of between 1250 mm and 1300 mm. In one embodiment, the insulator board (s) has each sidewall 22 a combined thickness of between about 80 mm and about 100 mm, more preferably between about 85 mm and about 95 mm.

In vorteilhafter Weise ist jede Seitenwand 22 mit einer benachbarten Seitenwand 22 durch eine Kantentafel 38 zusammengefügt. Wie zu sehen ist, sind vorteilhafterweise die Kantentafeln 38 generell bogenförmig im Querschnitt. Eine einzelne Kantentafel 38 kann sich über die gesamte Höhe der Seitenwand 22 erstrecken. In anderen Ausführungsformen können, wie in 4 gezeigt ist, zwei oder mehr Kantentafeln 38 so in einer Stapelkonfiguration angeordnet sein, dass sie sich über die gesamte Höhe der Seitenwand 22 erstrecken. In einer Ausführungsform umfasst die Kantentafel 38 eine Innenfläche 39 mit einem Innenradius R_i und eine Außenfläche 41 mit einem Außenradius R_o der Kantentafel 38. In einer Ausführungsform unterscheidet sich der Innenradius R_i vom Außenradius R_o. In einer Ausführungsform hat der Mittelpunkt der Kantentafel 38 eine Dicke, die zwischen 45% und 95% der kombinierten Dicke der Isoliertafel(n) einer Seitenwand 22 ausmacht. In weiteren Ausführungsformen hat der Mittelpunkt der Kantentafel 38 eine Dicke, die zwischen 55% und 75% der kombinierten Dicke der Isoliertafel(n) einer Seitenwand 22 ausmacht. In noch weiteren Ausführungsformen hat der Mittelpunkt der Kantentafel 38 eine Dicke, die zwischen 60% und 70% der kombinierten Dicke der Isoliertafel(n) einer Seitenwand 22 ausmacht.Advantageously, each side wall 22 with an adjacent sidewall 22 through an edge panel 38 together. As can be seen, the edge panels are advantageously 38 generally arcuate in cross-section. A single edge board 38 can extend over the entire height of the sidewall 22 extend. In other embodiments, as shown in FIG 4 shown is two or more edge panels 38 be arranged in a stack configuration so that they extend over the entire height of the sidewall 22 extend. In one embodiment, the edge panel comprises 38 an inner surface 39 with an inner radius R _i and an outer surface 41 with an outer radius R _{o of} the edge panel 38 , In one embodiment, the inner radius R _i differs from the outer radius R _o . In one embodiment, the center of the edge panel 38 a thickness that is between 45% and 95% of the combined thickness of the insulating panel (s) of a sidewall 22 accounts. In other embodiments, the center of the edge panel 38 a thickness that is between 55% and 75% of the combined thickness of the insulating panel (s) of a sidewall 22 accounts. In still other embodiments, the center of the edge panel 38 a thickness that is between 60% and 70% of the combined thickness of the insulating panel (s) of a sidewall 22 accounts.

Jede Kantentafel 38 umfasst eine schräge Fläche 40 entlang der vertikalen Grenzfläche mit der Seitenwand 22. Die schräge Fläche 40 ist vorteilhafterweise in einem Winkel ausgerichtet, der nicht senkrecht zur Ebene der dazu benachbarten Seitenwand verläuft. Zum Beispiel kann mit Bezug auf 6 die schräge Fläche 40 der Kantentafel 38 in einem Winkel Δ von über 5 Grad ausgerichtet sein. In weiteren Ausführungsformen beträgt der Winkel Δ zwischen etwa 10 Grad und etwa 45 Grad. In noch anderen Ausführungsformen ist der Winkel Δ zwischen 45 Grad und etwa 30 Grad. Jede Isoliertafel 28, die an der Kantentafel 38 anliegt, hat auch eine schräge Fläche 42, die dem Winkel Δ der schrägen Fläche 40 angepasst ist. Auf diese Weise wird ein bündiger Eingriff ermöglicht. Weiter können die Kantentafeln 38 und die Isoliertafeln 28 während eines Heizzyklus aufschwellen und sich zusammenziehen. Dieses Anschwellen und Zusammenziehen wird von den schrägen Flächen 40 und 42 aufgenommen, die während des Anschwellens und Zusammenziehens eine gleitende Relativbewegung zwischen der Seitenwand 22 und der Kantentafel 38 zulässt.Every edge board 38 includes an inclined surface 40 along the vertical interface with the sidewall 22 , The sloping surface 40 is advantageously aligned at an angle which is not perpendicular to the plane of the adjacent thereto side wall. For example, with reference to 6 the sloping surface 40 the edge board 38 be oriented at an angle Δ of more than 5 degrees. In further embodiments, the angle Δ is between about 10 degrees and about 45 degrees. In still other embodiments, the angle Δ is between 45 degrees and about 30 degrees. Each insulator board 28 on the edge board 38 rests, also has a sloping surface 42 corresponding to the angle Δ of the inclined surface 40 is adjusted. In this way a flush engagement is possible. Next can the edge boards 38 and the isolation panels 28 swell and contract during a heating cycle. This swelling and contraction is from the sloping surfaces 40 and 42 taken during the swelling and contraction sliding relative movement between the side wall 22 and the edge board 38 allows.

Die Isoliertafeln 28 und Kantentafeln 38 sind vorteilhaft aus einem Isoliermaterial auf Kohlenstoffbasis hergestellt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Tafeln 28 und 38 aus Wärmeisoliermaterialien hergestellt, die aus Karbonfasern gebildet sind, die einen Wärmefluss abwehren.The insulated panels 28 and edge boards 38 are advantageously made of a carbon-based insulating material. In a particularly preferred embodiment, the panels are 28 and 38 made from thermal insulation materials that are made of carbon fibers that repel heat flow.

Das Isoliermaterial kann Karbonfasern allein oder in Kombination mit anderen karbonisierten oder karbonisierbaren Materialien enthalten. In einer Ausführungsform können die Fasern isotrope Karbonfasern auf Pechbasis entweder allein oder gemischt mit anderen Karbonfasern enthalten. In anderen Ausführungsformen kann das Isoliermaterial Karbonfasern umfassen, die aus Rayon oder PAN abgeleitet sind. Isoliermaterialien, die aus den oben beschriebenen Karbonfasern gebildet werden, können zu großen Blechen oder Platten geformt werden, und es ist festgestellt worden, dass sie eine ausreichende Festigkeit und Isoliereigenschaften aufweisen, so dass sie für uns in Hochtemperaturöfen und dergleichen geeignet sind.The insulating material may contain carbon fibers alone or in combination with other carbonized or carbonizable materials. In a Embodiment, the fibers may contain pitch-based isotropic carbon fibers either alone or blended with other carbon fibers. In other embodiments, the insulating material may include carbon fibers derived from rayon or PAN. Insulating materials formed from the above-described carbon fibers can be formed into large sheets or plates, and have been found to have sufficient strength and insulating properties so that they are suitable for us in high-temperature furnaces and the like.

Die oben beschriebenen Fasern können mit einem flüssigen Bindemittel kombiniert werden, das die Fasern während der anschließenden Wärmebehandlungsstufe zusammenhält. Es kann jedes Bindemittel verwendet werden, solange es ausreichende Verkokungs- und Bindeeigenschaften aufweist. Nach dem Ausbilden kann das Isoliermaterial auf eine Endtemperatur von etwa 900°C bis 2000°C in einer inerten (nicht oxidierenden) Atmosphäre karbonisiert werden, um eine karbonisierte Vorform in Form einer Platte oder eines zylindrischen Gussteils abhängig von dem verwendeten Formungsprozess herzustellen. Die Karbonisierungstemperatur wird gemäß der abschließenden Verwendung des Gussteils ausgewählt und liegt generell über der höchsten Temperatur, der das Gussteil bei seiner Benutzung ausgesetzt ist.The fibers described above may be combined with a liquid binder which holds the fibers together during the subsequent heat treatment step. Any binder can be used as long as it has sufficient coking and binding properties. After forming, the insulating material may be carbonized to a final temperature of about 900 ° C to 2000 ° C in an inert (non-oxidizing) atmosphere to produce a carbonized preform in the form of a plate or cylindrical casting, depending on the molding process used. The carbonization temperature is selected according to the final use of the casting and is generally above the highest temperature experienced by the casting in use.

Die Isolierplatten bestehen vorteilhafterweise hauptsächlich aus Kohlenstoff (d. h. mindestens 95% Kohlenstoff, besonders bevorzugt mindestens 98% Kohlenstoff, ganz besonders bevorzugt über 99,5% Kohlenstoff) und haben eine Dichte von typischerweise weniger als etwa 1,0 g/cm³, vorzugsweise weniger als 0,5 g/cm³, besonders bevorzugt weniger als 0,3 g/cm³, was für die Wärmeisolierung geeignet ist. In einer Ausführungsform haben die Isolierplatten vorteilhafterweise eine niedrige Dichte zwischen etwa 0,1 bis etwa 0,4 g/cm³ und eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als etwa 0,5 W/m-°K. (Wärmeleitfähigkeiten werden in Gegenwart von Luft bei 25°C gemessen, wenn nicht anders angegeben).The insulating panels are advantageously mainly made of carbon (ie at least 95% carbon, more preferably at least 98% carbon, most preferably over 99.5% carbon) and have a density of typically less than about 1.0 g / cm ³ , preferably less than 0.5 g / cm ³ , more preferably less than 0.3 g / cm ³ , which is suitable for thermal insulation. In one embodiment, the insulating panels advantageously have a low density between about 0.1 to about 0.4 g / cm ³ and a thermal conductivity of less than about 0.5 W / m ° K. (Thermal conductivities are measured in the presence of air at 25 ° C, unless otherwise specified).

Unter erneutem Bezug auf 2 und 7 wird ein Behältnis 50 im Inneren der Isolierbaugruppe 20 positioniert. Das Behältnis 50 besteht vorteilhafterweise aus Graphitplatten und ist so konfiguriert, dass es einen Quarztiegel (nicht gezeigt) darin aufnimmt. Ein Heizelement 52 ist auch im Inneren der Isolierbaugruppe 20 und zwischen den Seitenwänden 22 und dem Behältnis 50 positioniert. Ein elektrischer Strom wird an das Heizelement 52 angelegt, um eine Widerstandsheizung zu bewirken. Aufgrund der hohen realisierten Temperaturen wird das Heizelement 52 vorteilhaft aus einem Graphitmaterial hergestellt.Referring again to 2 and 7 becomes a container 50 inside the insulating assembly 20 positioned. The container 50 is advantageously made of graphite plates and is configured to receive a quartz crucible (not shown) therein. A heating element 52 is also inside the insulating assembly 20 and between the side walls 22 and the container 50 positioned. An electric current is applied to the heating element 52 applied to effect a resistance heating. Due to the high temperatures realized, the heating element becomes 52 advantageously made of a graphite material.

Es wird nun Bezug auf 8 genommen, wo das Heizelement 52 vier Seitenholme 54 enthält, die jeweils elektrisch mit benachbarten Seitenholmen 54 durch Kantenverbinder 56 verbunden sind, um das Behältnis 50 vollständig zu umgeben. Elektrische Eingänge 58 sind elektrisch mit den Seitenholmen 54 verbunden, um eine Eingangsleistung zur Verfügung zu stellen. In einer Ausführungsform sind für einen dreiphasigen Energieeingang drei elektrische Eingänge vorgesehen. Die Seitenholme 54 sind generell plattenförmig (d. h. relativ dünn und flach). In einer Ausführungsform haben die Seitenholme 54 eine Serpentinenkonfiguration, um die effektive Oberfläche zu erhöhen. Die Kantenverbinder 56 sind generell umgekehrt U-förmig mit einem Paar von sich nach oben erstreckenden Schenkeln 60, die oben an der Spitze durch einen schrägen Verbinder 62 verbunden sind. In einer Ausführungsform erstrecken sich die nach oben erstreckenden Schenkel 60 in eine Höhe, die mindestens dem 1,5-Fachen, noch weiter bevorzugt mindestens dem 2,0-Fachen der Seitenholme 54 entspricht. Diese zusätzliche Oberfläche des Heizelements 52 an der Kante des Behältnisses 50 ermöglicht ein verbessertes Heizprofil, wobei die Kanten mit einer gleichförmigeren Hitze beaufschlagt werden. Es ist zu beachten, dass, obwohl die Kantenverbinder 56 als generell umgekehrt U-förmig in den Figuren gezeigt sind, die Kantenverbinder 56 auch eine generell U-förmige Konfiguration haben können (d. h. vertikal umgekehrt von der in den Figuren gezeigten Konfiguration).It will now be referred to 8th taken where the heating element 52 four side rails 54 contains, each electrically with adjacent side rails 54 by edge connector 56 connected to the container 50 completely surrounded. Electrical inputs 58 are electric with the side rails 54 connected to provide an input power. In one embodiment, three electrical inputs are provided for a three-phase power input. The side rails 54 are generally plate-shaped (ie relatively thin and flat). In one embodiment, the side rails have 54 a serpentine configuration to increase the effective surface area. The edge connectors 56 are generally inverted U-shaped with a pair of upwardly extending legs 60 , the top of the top by a sloping connector 62 are connected. In one embodiment, the upwardly extending legs extend 60 to a height of at least 1.5 times, more preferably at least 2.0 times the side spars 54 equivalent. This additional surface of the heating element 52 at the edge of the container 50 allows an improved heating profile, with a more uniform heat applied to the edges. It should be noted that although the edge connectors 56 as shown generally inverted U-shaped in the figures, the edge connectors 56 may also have a generally U-shaped configuration (ie, vertically inverted from the configuration shown in the figures).

Der schräge Verbinder 62 umfasst drei Abschnitte: ein Paar Aufnahmeabschnitte 64, die durch einen zentralen Abschnitt 66 verbunden sind. Die Aufnahmeabschnitte 64 sind mit einem Winkel α von generell 45 Grad in Bezug auf einen zentralen Abschnitt 66 angeordnet. Für jeden Verbinder 62 ist wiederum der erste Aufnahmeabschnitt 64 in einem Winkel von 90 Grad zum zweiten Aufnahmeabschnitt 64 angeordnet. Die Aufnahmeabschnitte 64 umfassen ein Paar von beabstandeten Armen 68, die einen Endabschnitt 70 von sich nach oben erstreckenden Schenkeln 60 aufnehmen und daran durch mechanische oder andere Mittel befestigt sein können.The sloping connector 62 includes three sections: a pair of receiving sections 64 passing through a central section 66 are connected. The recording sections 64 are at an angle α of generally 45 degrees with respect to a central portion 66 arranged. For every connector 62 is again the first recording section 64 at an angle of 90 degrees to the second receiving section 64 arranged. The recording sections 64 include a pair of spaced arms 68 that have an end section 70 from upwardly extending thighs 60 and can be attached thereto by mechanical or other means.

Durch die Verwendung von gekrümmten Kantenscheiben in Kombination mit schrägen Verbindern 62 wird ein größeres Innenvolumen ermöglicht, das wiederum vergleichsweise größere Behältnisse ermöglicht. Auf diese Weise kann mittels eines Ofens von gleicher Größe (d. h. oberer Deckel 12 und unterer Deckel 14) eine größere Siliziumcharge geschmolzen werden. In einer Ausführungsform ermöglichen eine oder mehrere der obigen Konfigurationen die Verwendung eines Quarztiegels, der so dimensioniert ist, dass er mindestens 600 kg, besonders bevorzugt mindestens etwa 700 kg und noch weiter bevorzugt mindestens etwa 800 kg Silizium aufnimmt; alternativ kann der Tiegel auf unter 1000 kg dimensioniert sein.By using curved edge discs in combination with oblique connectors 62 allows a larger internal volume, which in turn allows relatively larger containers. In this way, by means of a furnace of the same size (ie upper lid 12 and lower lid 14 ) a larger amount of silicon is melted. In one embodiment, one or more of the above configurations enable the use of a quartz crucible sized to receive at least 600 kg, more preferably at least about 700 kg, and even more preferably at least about 800 kg of silicon; Alternatively, the crucible can be dimensioned below 1000 kg.

Die obige Beschreibung soll den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Es ist nicht beabsichtigt, alle möglichen Variationen und Modifikationen, die sich dem Fachmann beim Lesen der Beschreibung zeigen, detailliert dazulegen. Es ist allerdings beabsichtigt, dass alle diese Modifikationen und Variationen vom Umfang der Erfindung, die in den folgenden Ansprüchen definiert ist, erfasst sein sollen.The above description is intended to enable one skilled in the art to practice the invention. It is not intended to detail all possible variations and modifications that will become apparent to those skilled in the art upon reading the description. It is intended, however, that all such modifications and variations be included within the scope of the invention as defined in the following claims.

Obwohl bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eines neuen und nützlichen Siliziumkristallherstellungsofens beschrieben sind, ist es damit nicht beabsichtigt, dass solche Bezugnahmen als Beschränkungen des Umfangs der vorliegenden Erfindung interpretiert werden sollen, mit Ausnahme wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.Although certain embodiments of the present invention of a new and useful silicon crystal manufacturing furnace are described, it is not intended that such references be interpreted as limitations on the scope of the present invention except as set forth in the following claims.

Claims

Isolierbaugruppe nach Anspruch 1, wobei ein Winkel der schrägen Fläche der gekrümmten Kantentafel mehr als 5 Grad hat.The insulating assembly according to claim 1, wherein an angle of the inclined surface of the curved edge panel is more than 5 degrees.

Isolierbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der Winkel zwischen etwa 10 Grad und etwa 45 Grad hat.The insulating assembly of claim 2, wherein the angle is between about 10 degrees and about 45 degrees.

Isolierbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die gekrümmte Kantentafel eine Innenfläche mit einem Innenradius R_i hat und eine Außenfläche mit einem Außenradius R_o hat, wobei der Innenradius R_i sich vom Außenradius R_o unterscheidet.The insulating assembly of claim 1, wherein the curved edge panel has an inner surface having an inner radius R _i and an outer surface having an outer radius R _o , wherein the inner radius R _{i is} different from the outer radius R _o .

Isolierbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Kantentafel eine Kantentafeldicke hat und die Seitenwände eine Seitenwanddicke haben, wobei die Kantentafeldicke zwischen 55 Prozent und 75 Prozent der Seitenwanddicke beträgt.The insulating assembly of claim 1, wherein the edge panel has an edge panel thickness and the side walls have a sidewall thickness, wherein the edge panel thickness is between 55 percent and 75 percent of the sidewall thickness.

Isolierbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Isoliertafel Karbonfasern umfasst.The insulating assembly of claim 1, wherein the insulating panel comprises carbon fibers.

Isolierbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Isoliertafeln eine Dichte zwischen etwa 0,1 bis etwa 0,4 g/cm³ und eine Wärmeleitfähigkeit von unter etwa 0,5 W/m-K hat.The insulating assembly of claim 1, wherein the insulating panels have a density of between about 0.1 to about 0.4 g / cm ³ and a thermal conductivity of less than about 0.5 W / mK.

Heizelement für einen Ofen, der ein System für gerichtete Erstarrung anwendet, umfassend: eine Mehrzahl von Seitenholmen, die in einer generell viereckigen Form angeordnet sind, wobei die Seitenholme eine vertikale Höhe haben; benachbarte Seitenholme, die elektrisch mittels Kantenverbinder verbunden sind, wobei die Kantenverbinder ein Paar von beabstandeten Schenkeln haben, die durch einen schrägen Verbinder verbunden sind; und wobei die Schenkel sich nach oben oder nach unten in einer Höhe erstrecken, die das mindestens 1,5-Fache der vertikalen Seitenholmhöhe beträgt.Heating element for a furnace employing a directional solidification system comprising: a plurality of side rails arranged in a generally quadrangular shape, the side rails having a vertical height; adjacent side rails electrically connected by edge connectors, the edge connectors having a pair of spaced legs connected by an oblique connector; and the legs extending upwardly or downwardly at a height which is at least 1.5 times the vertical side rail height.

Heizelement nach Anspruch 8, wobei die Schenkel sich in einer Höhe erstrecken, die das mindestens 2,0-Fache der vertikalen Seitenholmhöhe beträgt.The heating element of claim 8, wherein the legs extend at a height that is at least 2.0 times the vertical side rail height.

Heizelement nach Anspruch 8, wobei der schräge Verbinder ein Paar von Aufnahmeabschnitten umfasst, die mittels eines zentralen Abschnitts zusammengefügt sind und die Aufnahmeabschnitte jeweils mit einem Winkel von ungefähr 45 Grad vom zentralen Abschnitt angeordnet sind.A heating element according to claim 8, wherein the oblique connector comprises a pair of receiving portions which are joined together by a central portion and the receiving portions are each arranged at an angle of about 45 degrees from the central portion.

Heizelement nach Anspruch 10, wobei jeder Aufnahmeabschnitt mit einem Winkel von etwa 90° am benachbarten schrägen Verbinder angeordnet ist.Heating element according to claim 10, wherein each receiving portion is arranged at an angle of about 90 ° to the adjacent oblique connector.

Heizelement nach Anspruch 10, wobei die Aufnahmeabschnitte ein Paar von beabstandeten Armen aufweisen, die einen Endabschnitt der Schenkel aufnehmen.Heating element according to claim 10, wherein the receiving portions have a pair of spaced arms which receive an end portion of the legs.

Heizelement nach Anspruch 8, wobei die Seitenholme und die Kantenerbinder aus Graphit bestehen.A heating element according to claim 8, wherein the side rails and the edge binders are made of graphite.

Ofen, der das System für gerichtete Erstarrung anwendet, umfassend: eine Isolierbaugruppe, enthaltend: (a) eine Mehrzahl von Seitenwänden, die in einer generell viereckigen Form angeordnet sind, wobei die Seitenwände mindestens eine Isoliertafel aufweisen; (b) eine Mehrzahl von gekrümmten Kantentafeln, die so positioniert sind, dass sie benachbarte Seitenwände miteinander verbinden; und wobei die gekrümmten Kantentafeln eine schräge Fläche haben, die mindestens einer der Seitenwände zugewandt ist, und die Seitenwand eine passende schräge Fläche aufweist, wobei die schräge Fläche der gekrümmten Kantentafel an der schrägen Fläche der Seitenwand anliegt, ein Heizelement, enthaltend: (a) eine Mehrzahl von Seitenholmen, die in einer generell viereckigen Form angeordnet sind, wobei die Seitenholme eine vertikale Höhe aufweisen; (b) benachbarte Seitenholme, die elektrisch mittels Kantenverbindern verbunden sind, wobei die Kantenverbinder eine Paar beabstandete Schenkel aufweisen, die mittels eines schrägen Verbinders zusammengefügt sind; und wobei die Schenkel sich nach oben oder unten über eine Höhe erstrecken, die mindestens dem 1,5-Fachen der vertikalen Höhe der Seitenholme entspricht.A furnace employing the directional solidification system, comprising: an insulating assembly comprising: (a) a plurality of sidewalls arranged in a generally quadrangular shape, the sidewalls having at least one insulating panel; (b) a plurality of curved edge panels positioned to interconnect adjacent side walls; and wherein the curved edge panels have an inclined surface facing at least one of the side walls, and the side wall has a matching inclined surface, the inclined surface the curved edge panel abuts against the sloping surface of the side wall, a heating element comprising: (a) a plurality of side rails arranged in a generally quadrangular shape, the side rails having a vertical height; (b) adjacent side spars electrically connected by edge connectors, the edge connectors having a pair of spaced apart legs joined together by an oblique connector; and wherein the legs extend up or down over a height that is at least 1.5 times the vertical height of the side rails.