阅读说明：本技术 一种铸锭加热器及铸锭炉 (Ingot casting heater and ingot casting furnace ) 是由 张涛 陈旭光 肖贵云 白枭龙 陈骏 金浩 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种铸锭加热器,包括侧部加热器及顶部加热器；所述侧部加热器设置在所述铸锭加热器的热场的四边,在所述热场内部的四个拐角处无连接,通过电极引出所述热场之外后互相电连接；所述顶部加热器设置在所述铸锭加热器的热场的顶部。本申请中在侧面设置了四个在热场内部互不接触的加热器,取消了热场内拐角处的连接器,避免了由于拐角处厚度难以控制带来的热场不均匀的风险,可以解决目前热场中存在的某个角过热,导致硅锭表面鼓包开裂、杂质位错多等质量问题；同时侧部加热器在热场内拐角处无连接,解决了拐角处对坩埚尺寸的限制,高质量晶体所占比例更多,提高生产效率。本申请还提供了一种具有上述有益效果的铸锭炉。(The application discloses an ingot casting heater, which comprises a side heater and a top heater; the side heaters are arranged on four sides of a thermal field of the ingot casting heater, are not connected at four corners in the thermal field, and are electrically connected with each other after being led out of the thermal field through electrodes; the top heater is arranged on the top of the thermal field of the ingot heater. In the application, the four heaters which are not in contact with each other in the thermal field are arranged on the side surface, the connector at the corner in the thermal field is cancelled, the risk of uneven thermal field caused by difficulty in controlling the thickness at the corner is avoided, and the quality problems of bulging cracking on the surface of a silicon ingot, more impurity dislocation and the like caused by overheating at a certain corner in the existing thermal field can be solved; meanwhile, the side heater is not connected at the corner in the thermal field, so that the limitation of the corner on the size of the crucible is solved, the proportion of high-quality crystals is more, and the production efficiency is improved. The application also provides an ingot furnace with the beneficial effects.)

一种铸锭加热器及铸锭炉

技术领域

本申请涉及晶硅铸锭领域，特别是涉及一种铸锭加热器及铸锭炉。

背景技术

晶硅是如今硅半导体技术和太阳能发电技术的基础。现有的晶硅铸锭技术，大体上可以总结成先将装满高纯硅料的坩埚会放入多晶铸锭炉中，通过加热器通电加热，使硅料全部熔化成硅熔液。随后，通过坩埚下降远离热区、侧部隔热笼提升留出空隙或底部散热加强等措施，降低硅熔液底部温度，使最底部的硅熔体形成一定的过冷部，并在硅熔液中形成温度差，进而开始晶体成核和生长，最终长成硅锭。

目前多晶铸锭炉的加热器通常分布在坩埚的四周，在坩埚的顶部和侧部共五面进行加热，侧部加热器至少由四片加热板组成，这些加热板分布在热场的四边，在热场内的拐角处使用角连接板进行连接，这些连接板在通电后也会起到发热电阻的作用。然而在实际操作中由于设计、加工和安装过程中容易存在误差，再加上角部连接板与边部加热器在厚度、连接方式的差异，很容易导致电极间分配的电阻不一致，导致加热器在工作时四边加热温度不一致，使得热场内温度不均匀，存在某一边或某一角温度过热的现象，导致熔体对流异常、晶体生长界面弯曲、杂质分凝不一致，在采用籽晶制备多晶或类单晶时还会影响籽晶保留高度的一致性。在具体生产中，会造成硅锭鼓包开裂、电阻率不均匀、晶体质量差、合格率低等问题。另外，侧部加热器的角部连接板还限制了坩埚和硅锭的对角线尺寸，从而限制了坩埚和硅锭尺寸的进一步加大。因此，如何设计加热器，使得热场更均匀且解决加热器空间受限的问题是本领域技术人员需要解决的问题。

申请内容

本申请的目的是提供一种铸锭加热器及铸锭炉，以解决现有技术中热场不均和空间受限的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供一种铸锭加热器，包括侧部加热器及顶部加热器；

所述侧部加热器设置在所述铸锭加热器的热场的四边，在所述热场内部的四个拐角处无连接，通过电极引出所述热场之外后互相电连接；

所述顶部加热器设置在所述铸锭加热器的热场顶部。

可选地，在所述的铸锭加热器中，所述侧部加热器的电极包括导出电极及合流电极；

其中，在热场内部的所述导出电极为石墨电极或C/C电极；在热场外部的所述合流电极为石墨电极或C/C电极或铜箔或水冷铜电极中至少一种。

可选地，在所述的铸锭加热器中，所述侧部加热器沿所述铸锭加热器的高度方向分为侧上部加热器及侧下部加热器。

可选地，在所述的铸锭加热器中，所述侧上部加热器及所述侧下部加热器，通过导出电极引出所述热场之外后互相电连接。

可选地，在所述的铸锭加热器中，所述顶部加热器为蛇形顶部加热器或圆盘状顶部加热器。

可选地，在所述的铸锭加热器中，所述圆盘状顶部加热器的发热功率由中心向四周逐渐降低。

可选地，在所述的铸锭加热器中，所述侧部加热器为石墨加热器或C/C复合材料加热器。

可选地，在所述的铸锭加热器中，所述侧部加热器为曲线长板状，也可以为直线长板状。

本申请还提供了一种铸锭炉，所述铸锭炉包括上述任一种铸锭加热器。

本申请所提供的铸锭加热器，包括侧部加热器及顶部加热器；所述侧部加热器设置在所述铸锭加热器的热场的四边，在所述热场内部的四个拐角处无连接，通过电极引出所述热场之外后互相连；所述顶部加热器设置在所述铸锭加热器的热场的顶部。本申请中在侧面设置了四个在热场内互不接触的加热器，取消了拐角处的连接板，将侧部加热器的连接从热场内部连接，移至热场外部连接，避免了由于拐角处加热板连接带来的热场不均匀的风险，可以解决目前热场中存在的某条边或某个角过热，导致硅锭表面鼓包开裂、杂质位错多等质量问题，在采用籽晶制备多晶或类单晶时还可保持籽晶保留高度的一致性；另外，取消热场内拐角处的角连接板，增加热场内可用空间，可以使用更大坩埚装填更多硅料，生产更大尺寸硅锭，使空间中各点温度分布更均匀，中部高质量晶体所占比例更多，进而提高产品质量，降低生产成本。本申请还提供了一种具有上述有益效果的铸锭炉。

具体实施方式

的俯视结构示意图；

图2为本申请提供的铸锭加热器的一种具体实施方式的正视结构示意图；

图3为本申请提供的铸锭加热器的另一种具体实施方式的俯视结构示意图；

图4为本申请提供的铸锭加热器的另一种具体实施方式的正视结构示意图；

图5为本申请提供的铸锭加热器的又一种具体实施方式的俯视结构示意图；

图6为本申请提供的铸锭加热器的又一种具体实施方式的正视结构示意图；

图7为本申请提供的铸锭加热器的还一种具体实施方式的俯视结构示意图；

图8为本申请提供的铸锭加热器的还一种具体实施方式的正视结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的核心是提供一种铸锭加热器，其一种具体实施方式的俯视结构示意图如图1所示，侧视图如图2所示，称其为具体实施方式一，包括侧部加热器200及顶部加热器100；

所述侧部加热器200设置在所述铸锭加热器的热场的四边，在所述热场内部的四个拐角处无连接，通过电极引出所述热场之外后互相电连接；

所述顶部加热器100设置在所述铸锭加热器的热场的顶部。

更进一步地，所述侧部加热器200的电极包括导出电极及合流电极；

其中，在热场内部的所述导出电极为石墨电极或C/C电极；在热场外部的所述合流电极为石墨电极或C/C电极或铜箔或水冷铜电极中至少一种。石墨或者C/C复合材料导电性好，随温度变化其电阻变化也较为可控，且有良好的耐高温性，可耐受晶硅铸锭过程中的高温，另外成本较低，易于获得。特别的，将所述侧部加热器200在热场外部拐角处连接的电极材质优选为铜。这是由于在热场外部温度低，并且不需要发热，而铜的导电性能好，适宜在温度较低的环境中使用。

本申请所述的热场内部及热场外部，指的是以保温材料为分界线的热场内部及热场外部。

需要注意的是，所述将侧部加热器导出热场的电极，其在热场外拐角处的连接方式，可以采用两两连接后，再接入外接电源电极的方法，也可以采用将其分别与外接电源电极连接的等效连接方法。

本申请所提供的铸锭加热器，包括侧部加热器200及顶部加热器100；所述侧部加热器200设置在所述铸锭加热器的热场的四边，在所述热场内部的四个拐角处无连接；所述顶部加热器100设置在所述铸锭加热器的热场的顶部。本申请中在侧面设置了四个在热场内互不接触的加热器，取消了拐角处的连接器，也就意味着避免了由于拐角处连接板带来的热场不均匀风险，可以解决目前热场中存在的某条边或某个角过热，导致硅锭表面鼓包开裂、杂质位错多等质量问题，提升得到的硅锭的完整性与质量，在采用籽晶制备多晶或类单晶时还可以保持籽晶保留高度的一致性；另外，取消了拐角处连接板对空间的限制后，还可以使用增加热场内可用空间，使用更大坩埚装填更多硅料，生产更大尺寸硅锭，使空间中各点温度分布更均匀，中部高质量晶体所占比例更多，进而提高产品质量，降低生产成本。

在具体实施方式一的基础上，进一步对所述侧部加热器200做限定，得到具体实施方式二，其俯视结构示意图如图3所示，侧视图如图4所示，包括侧部加热器200及顶部加热器100；

所述侧部加热器200设置在所述铸锭加热器的热场的四边，在所述热场内部的四个拐角处无连接，通过电极引出所述热场之外后互相电连接；

所述顶部加热器100设置在所述铸锭加热器的热场的顶部；

所述侧部加热器200沿所述铸锭加热器的高度方向分为侧上部加热器201及侧下部加热器202。

本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式将所述侧部加热器200进一步分为了两个部分，其余结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。

更进一步地，所述侧上部加热器201及所述侧下部加热器202，通过导出电极引出所述热场之外后互相电连接。本技术特征指所述导出电极分别连接所述侧上部加热器201及所述侧下部加热器202，延伸出所述热场后，再汇集成一根电极，实现位于同一侧的所述侧上部加热器201及所述侧下部加热器202的电连接。

本具体实施方式中，将所述侧部加热器200沿所述铸锭加热器的高度方向分为侧上部加热器201及侧下部加热器202，由于在长晶过程中，多晶硅从温度较低的底部向上生长，也就是说，在硅锭生长的过程中，是需要温度梯度的，而现有技术中的侧部加热器为一个整体，难以针对不同的温度需求在长晶方向进行不同的功率设计，不利于多晶硅生长；反观本申请中的侧部加热器200，由于分成两部分，可以使所述侧上部加热器201的加热功率大于所述侧下部加热器202，形成可调控的温度梯度。相比于现有技术，既增强了温度梯度的可控性，避免了到长晶后期，由于侧部加热、长晶释放潜热等原因，造成冷却能力下降，晶体生长速度变慢，位错增殖速度上升的问题，又避免了能量的浪费，降低了成本。

在具体实施方式一的基础上，进一步对所述顶部加热器100做限定，得到具体实施方式三，图5及图6为该实施方式的俯视图及正视图，，包括侧部加热器200及顶部加热器100；

所述侧部加热器200设置在所述铸锭加热器的热场的四边，在所述热场内部的四个拐角处无连接，通过电极引出所述热场之外后互相电连接；

所述顶部加热器100设置在所述铸锭加热器的热场的顶部；所述顶部加热器100为圆盘状顶部加热器100，圆盘状加热器易加工，安装对称性好，因此避免了非设计因素带来的热场不均，进一步提升了制得的硅锭质量。

具体的，所述顶部加热器100呈圆盘辐条状分布；所述顶部加热器100还可呈间距不断扩大的同心圆状分布，其发热功率由中心向四周逐渐降低。

本具体实施方式中限定了所述顶部加热器100的中心发热功率大于边缘发热功率。在现有技术中顶部加热器100各处的发热功率相同，由于多晶硅的生长一般先在其中心完成，随后四角的高温硅熔液逐渐凝固完成边角长晶。边角长晶耗时长、能耗高，晶体质量差，因此，本申请中将所述顶部加热器100的边缘发热功率降低，使得边角温度略低于中心温度，可以促进边角晶体生长，得到生长界面较为平整的硅锭，即本申请中的顶部加热器100可以有针对性的改变顶部中央和周边的加热功率，改变长晶中后期固液生长界面的形状，提高硅锭中上部晶体质量，减少边角长晶和整体运行时间。

在具体实施方式一的基础上，进一步对所述侧部加热器100做限定，得到具体实施方式四，其俯视结构示意图如图7所示，侧视图如图8所示，包括侧部加热器200及顶部加热器100；

所述侧部加热器100设置在所述铸锭加热器的热场的四边，在所述热场内部的四个拐角处无连接，通过电极引出所述热场之外后互相电连接；

所述侧部加热器为C/C材质，并采用直线长板状设计。

本具体实施方式与具体实施方式一的不同之处在于，本具体实施方式限定了所述侧部加热器100的材质为C/C，其形状为直线长板状，其余结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。

本具体实施方式中采用C/C材质。由于C/C材质相比石墨电阻高、强度好、韧性大，可以将多根薄的直线长板状C/C加热器，并联后作为侧部加热器使用。由于加热器厚度变薄，热场内可以放置坩埚的空间变大，能最大程度的发挥出本发明中侧部加热器在热场内拐角处无连接的空间优势，可以使用更大尺寸的坩埚铸造尺寸更大重量更高的硅锭，从而提升硅锭整体质量，提高生产效率，降低成本。另外，直线型的加热器，更容易加工成型，在安装和维护上也更便于操作，这些都可以带来成本的下降。

本申请还提供了一种铸锭炉，所述铸锭炉包括上述任一种铸锭加热器。本申请所提供的铸锭炉，包括所述铸锭加热器，所述铸锭加热器包括侧部加热器200及顶部加热器100；所述侧部加热器200设置在所述铸锭加热器的热场的四边，在所述热场内部的四个拐角处无连接，在所述热场外部通过电极导出后连接。所述顶部加热器100设置在所述铸锭加热器的热场的顶部。本申请中在侧面设置了四个在热场内互不接触的加热器，取消了拐角处的连接板，也就意味着避免了由于拐角处连接板带来的热场不均匀的风险，可以解决目前热场中存在的某条边或某个角过热，导致硅锭表面鼓包开裂、杂质位错多等质量问题，提升得到的硅锭的完整性与质量；另外，取消了拐角处连接器对空间的限制，增加了热场内可用空间，可以使用更大坩埚装填更多硅料，生产更大尺寸硅锭，使空间中各点温度分布更均匀，中部高质量晶体所占比例更多，进而提高产品质量，降低生产成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的铸锭加热器及铸锭炉进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。