阅读说明：本技术 一种单晶硅生长装置及单晶硅生长方法 (A kind of monocrystalline silicon growing device and monocrystalline silicon growing method ) 是由 王志辉 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种单晶硅生长装置,包括炉体,所述炉体内的相对侧壁上均固定有上固定块和下固定块,所述炉体内的底部固定有炉底护盘,所述炉底护盘的上端固定有石墨碳毡,且石墨碳毡位于下固定块的下端,所述上固定块的下端固定有上保温罩,所述下固定块的上端固定有下保温罩,所述上保温罩和下保温罩之间共同固定有中保温罩；本发明还提出了一种单晶硅生长方法。本发明通过L型夹持板、坩埚托盘和连接块之间的配合,实现了能对不同大小的坩埚进行夹持的功能,提高了坩埚加热时的稳定性,保证了单晶硅的生长速度和质量,节约了时间,适用范围广,同时还简化了单晶硅的生长方法,操作简单,大大减少了晶体的缺陷。(The invention discloses a kind of monocrystalline silicon growing devices, including furnace body, fixed block and lower fixed block are respectively and fixedly provided in the intracorporal opposing sidewalls of furnace, the intracorporal bottom of furnace is fixed with furnace bottom protection plate, the upper end of the furnace bottom protection plate is fixed with graphite carbon felt, and graphite carbon felt is located at the lower end of lower fixed block, and the lower end of the upper fixing block is fixed with insulation cover, the upper end of the lower fixed block is fixed with lower insulation cover, is fixed with middle insulation cover jointly between the upper insulation cover and lower insulation cover；The invention also provides a kind of monocrystalline silicon growing methods.The present invention passes through the cooperation between L-type grip block, crucible pallet and link block, realize the function that can be clamped to different size of crucible, improve stability when crucible heating, it ensure that the speed of growth and quality of monocrystalline silicon, it has saved the time, it is applied widely, while also simplifying the growing method of monocrystalline silicon, it is easy to operate, greatly reduce the defect of crystal.)

一种单晶硅生长装置及单晶硅生长方法

技术领域

本发明涉及单晶硅技术领域，尤其涉及一种单晶硅生长装置及单晶硅生长方法。

背景技术

单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。

由于硅材料的易获得性、太阳能级高纯硅生产方法较为成熟，硅晶体类（单晶硅、多晶硅）太阳能电池作为一类重要的清洁能源，已经被广泛地使用。进入21世纪，这类电池的使用量巨幅增长。

目前，在利用单晶硅生长装置获得硅时，需要利用坩埚对多晶硅原料进行加热，但是，现有的单晶硅生长装置大部分都是固定的，在使用不同大小的坩埚时，无法对其进行稳定夹持固定，从而影响单晶硅的生长速度和质量，而且现有的单晶硅生长方法较为繁琐，操作复杂，为此，我们提出了一种单晶硅生长装置及生长方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种单晶硅生长装置及单晶硅生长方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种单晶硅生长装置，包括炉体，所述炉体内的相对侧壁上均固定有上固定块和下固定块，所述炉体内的底部固定有炉底护盘，所述炉底护盘的上端固定有石墨碳毡，且石墨碳毡位于下固定块的下端，所述上固定块的下端固定有上保温罩，所述下固定块的上端固定有下保温罩，所述上保温罩和下保温罩之间共同固定有中保温罩，两个上固定块的相对一侧均固定有导流筒，所述炉体、石墨碳毡和炉底护盘的中部共同贯穿并固定有托杆护套，所述托杆护套内贯穿设有托杆，所述托杆的上端设有支撑装置，所述支撑装置上设有石墨坩埚，所述石墨坩埚内放置有石英坩埚，所述石英坩埚的上端延伸至石墨坩埚的上端，两个导流筒的下端均延伸至石英坩埚内，所述炉体内设有加热装置，所述加热装置和石英坩埚相对应。

优选地，所述支撑装置包括固定在托杆上端的支撑块，所述支撑块的上端固定有坩埚托盘，所述坩埚托盘的其中两侧均固定有连接块，所述坩埚托盘的另外两侧和两个连接块的一侧均设有插槽，所述插槽内贯穿设有L型夹持板，所述插槽内的一端侧壁上等间距设有两个以上通孔，所述L型夹持板的一侧等间距设有两个以上和通孔对应的螺纹盲孔，其中四个通孔内均贯穿设有螺钉，所述螺钉的一端延伸至对应的螺纹盲孔内，所述L型夹持板的一侧均固定有夹持块，四个夹持块的一侧均抵触在石墨坩埚的一周侧壁上。

优选地，所述加热装置包括共同贯穿并固定在炉体、石墨碳毡和炉底护盘上的电极护套，所述电极护套内的一周侧壁上固定有石英环，所述石英环内贯穿设有电极，所述电极的上端通过电极螺栓固定有L型加热器，两个L型加热器分别位于石英坩埚的两侧。

优选地，所述上保温罩、中保温罩和下保温罩均采用炭纤维无纬布与薄炭纤维网胎制成。

优选地，所述支撑块和坩埚托盘为一体成型。

优选地，所述螺纹盲孔的数量为5-8个。

本发明还提出了一种单晶硅生长方法，包括以下步骤：

S1、准备好适量的多晶料和杂质混合物；

S2、将多晶料混合物通过导流筒倒入进石英坩埚内；

S3、利用L型加热器对石英坩埚进行加热，使多晶料全部熔化；

S4、将籽晶放下经烘烤后，使之接触熔体，籽晶向上提拉，控制温度使熔体在籽晶上结晶；

S5、单晶保持圆柱形开始生长，直至长大到所需要的直径尺寸；

S6、将单晶直径逐渐缩小，使之最后呈锥形；

S7、温度冷却下来后，将成型后的单晶从炉体内取出。

在本发明中，先准备好适量的多晶料混合物，然后将多晶硅原料及杂质通过导流筒落到石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定，杂质种类有硼、磷、锑、砷、目前国内太阳能行业仅掺硼形成P型半导体，加完多晶硅原料于石英坩埚内后，炉体必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开加热电源，利用L型加热器将温度加热至熔化温度（1420℃）以上，将多晶硅原料熔化，当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中引晶生长时将籽晶快速向上提长，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（4-6mm），由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能排出晶体表面，产生低位错的晶体，长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小，长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负2mm之间，这段直径固定的部分即称为等径部分，单晶硅片取自于等径部分，在生长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线，于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开，从而获得成品，然后待温度降下来之后，将成品从炉体内取出，本发明通过L型夹持板、坩埚托盘和连接块之间的配合，实现了能对不同大小的坩埚进行夹持的功能，提高了坩埚加热时的稳定性，保证了单晶硅的生长速度和质量，节约了时间，适用范围广，同时还简化了单晶硅的生长方法，操作简单，大大减少了晶体的缺陷。

附图说明

图1为本发明提出的一种单晶硅生长装置的结构示意图；

图2为本发明提出的一种单晶硅生长装置坩埚托盘的结构示意图；

图3为本发明提出的一种单晶硅生长装置的A处放大图；

图4为本发明提出的一种单晶硅生长装置的B处放大图；

图5为本发明提出的一种单晶硅生长方法的流程图。

图中：1导流筒、2上固定块、3炉体、4中保温罩、5 L型加热器、6插槽、7下保温罩、8坩埚托盘、9炉底护盘、10托杆、11电极护套、12电极、13石墨碳毡、14下固定块、15通孔、16连接块、17托杆护套、18石墨坩埚、19石英坩埚、20上保温罩、21 L型夹持板、22石英环、23电极螺栓、24 L型支撑板、25螺纹盲孔、26螺钉、27支撑块、28夹持块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-4，一种单晶硅生长装置，包括炉体3，方便对多晶料和杂质混合物进行加热，炉体3内的相对侧壁上均固定有上固定块2和下固定块14，起到连接固定的作用，炉体3内的底部固定有炉底护盘9，方便对炉体3的底部进行保护，炉底护盘9的上端固定有石墨碳毡13，且石墨碳毡13位于下固定块14的下端，石墨碳毡13具有强力大、抗氧化能力强、保温性能好的特点。

在本发明中，上固定块2的下端固定有上保温罩20，下固定块14的上端固定有下保温罩7，上保温罩20和下保温罩7之间共同固定有中保温罩4，起到保温隔热的作用，两个上固定块2的相对一侧均固定有导流筒1，便于多晶硅材料落入石英坩埚19内。

在本发明中，炉体3、石墨碳毡13和炉底护盘9的中部共同贯穿并固定有托杆护套17，托杆护套17内贯穿设有托杆10，利用托杆护套17方便对托杆10进行保护，托杆10的上端设有支撑装置，支撑装置上设有石墨坩埚18，石墨坩埚18内放置有石英坩埚19，石英坩埚19的上端延伸至石墨坩埚18的上端，在支撑装置的作用下，方便对石墨坩埚18进行稳定夹持固定，提高石墨坩埚18的稳定性。

在本发明中，两个导流筒1的下端均延伸至石英坩埚19内，便于多晶料落下，炉体3内设有加热装置，加热装置和石英坩埚19相对应，上保温罩20、中保温罩4和下保温罩7均采用炭纤维无纬布与薄炭纤维网胎制成，支撑块27和坩埚托盘8为一体成型，在加热装置的作用下，方便对石英坩埚19内的多晶料进行加热熔化。

本发明中，支撑装置包括固定在托杆10上端的支撑块27，起到稳定支撑的作用，支撑块27的上端固定有坩埚托盘8，方便对石墨坩埚18进行支撑，坩埚托盘8的其中两侧均固定有连接块16，坩埚托盘8的另外两侧和两个连接块16的一侧均设有插槽6，插槽6内贯穿设有L型夹持板21，利用L型夹持板21方便对石墨坩埚18进行夹持固定。

在本发明中，插槽6内的一端侧壁上等间距设有两个以上通孔15，L型夹持板21的一侧等间距设有两个以上和通孔15对应的螺纹盲孔25，螺纹盲孔25的数量为5-8个，其中四个通孔15内均贯穿设有螺钉26，螺钉26的一端延伸至对应的螺纹盲孔25内，L型夹持板21的一侧均固定有夹持块28，四个夹持块28的一侧均抵触在石墨坩埚18的一周侧壁上，方便进行稳定夹持，通过插槽6和L型夹持板21之间的配合，方便根据坩埚的大小调节L型夹持板21的位置，以便于对不同大小的坩埚都能进行夹持固定，适用范围广。

在本发明中，加热装置包括共同贯穿并固定在炉体3、石墨碳毡13和炉底护盘9上的电极护套11，电极护套11内的一周侧壁上固定有石英环22，便于保护电极12，石英环22内贯穿设有电极12，电极12的上端通过电极螺栓23固定有L型加热器5，两个L型加热器5分别位于石英坩埚19的两侧，利用电极12方便对L型加热器5进行加热。

参照图5，一种单晶硅生长方法，包括以下步骤：

S1、准备好适量的多晶料和杂质混合物；

S2、将多晶料混合物通过导流筒1倒入进石英坩埚19内，杂质的种类依电阻的N或P型而定，杂质种类有硼、磷、锑、砷、目前国内太阳能行业仅掺硼形成P型半导体；

S3、炉体3必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开加热电源，利用L型加热器5对石英坩埚19进行加热，加热至熔化温度（1420℃）以上，使多晶料全部熔化；

S4、将籽晶放下经烘烤后，使之接触熔体，籽晶向上提拉，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（4-6mm），由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能排出晶体表面，产生低位错的晶体，控制温度使熔体在籽晶上结晶；

S5、单晶保持圆柱形开始生长，直至长大到所需要的直径尺寸，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负2mm之间，这段直径固定的部分即称为等径部分，单晶硅片取自于等径部分；

S6、将单晶直径逐渐缩小，使之最后呈锥形，避免热应力使得晶棒出现位错与滑移线；

S7、温度冷却下来后，将成型后的单晶从炉体3内取出。

在本发明中，先准备好量的多晶料混合物，然后将多晶硅原料及杂质通过导流筒1落到石英坩埚19内，杂质的种类依电阻的N或P型而定，杂质种类有硼、磷、锑、砷、目前国内太阳能行业仅掺硼形成P型半导体，加完多晶硅原料于石英坩埚19内后，炉体3必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开加热电源，利用L型加热器5将温度加热至熔化温度（1420℃）以上，将多晶硅原料熔化，当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中引晶生长时将籽晶快速向上提长，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（4-6mm），由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能排出晶体表面，产生低位错的晶体，长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小，长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负2mm之间，这段直径固定的部分即称为等径部分，单晶硅片取自于等径部分，在生长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线，于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开，从而获得成品，然后待温度降下来之后，将成品从炉体3内取出。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。