一种降低电子束连续拉锭熔炼过程中硅锭内应力的装置及方法

摘要

本发明公开一种降低电子束连续拉锭熔炼过程中硅锭内应力的装置及方法，装置包括水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚为中空结构，所述水冷铜坩埚中空结构中设有水冷铜拉锭底座，所述水冷铜拉锭底座与水冷铜坩埚内壁紧配合，所述水冷铜拉锭底座下端与拉锭连接丝杠相连，所述水冷铜拉锭底座上表面设有拉锭杆，所述水冷铜坩埚的下方设有石墨保温层，所述石墨保温层内表面镀有碳化硅涂层。本发明装置在电子束连续熔炼的拉锭中，侧壁增加表面镀有碳化硅的石墨层，使拉锭过程中硅晶体生长速率变得缓慢，降低最终硅锭的内应力；最终硅锭的内应力明显降低40％以上；在拉锭过程中采用低束流维持熔炼缓慢拉锭，降低熔炼能耗的同时，减少最终硅锭的内应力；降低能耗15％以上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低电子束连续拉锭熔炼过程中硅锭内应力的装置及方法。

背景技术

电子束熔炼去除多晶硅、难熔金属以及稀有金属中挥发性杂质的技术目前已经较为成熟，利用电子束高的能量密度，高的熔炼温度和局部过热的特性可以有效的去除原料中的挥发性杂质。

目前，在多晶硅提纯领域，为提高电子束熔炼的效率，以及使其与定向凝固工艺相结合，提出了电子束连续拉锭熔炼技术，并形成了相应的熔炼方法。对电子束连续拉锭熔炼技术得到的硅锭分析发现，硅锭中存在着较高的内应力，不利于硅锭的后期处理和应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种在电子束连续拉锭熔炼过程中，降低硅锭内应力的装置和方法。

本发明的目的是提供一种降低电子束连续拉锭熔炼过程中硅锭内应力的装置，包括水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚为中空结构，中空部位用于容纳硅熔体，所述水冷铜坩埚中空结构中设有水冷铜拉锭底座，所述水冷铜拉锭底座与水冷铜坩埚内壁紧配合，所述水冷铜拉锭底座下端与拉锭连接丝杠相连，所述水冷铜拉锭底座上表面设有拉锭杆；

所述水冷铜坩埚的下方设有石墨保温层，所述石墨保温层内表面镀有碳化硅涂层，用于防止石墨对硅熔体的污染，以及硅熔体与石墨保护层之间的粘连。

进一步地，在上述技术方案中，由于硅材质在凝固的过程中体积会发生膨胀，水冷铜坩埚的下端逐渐扩大，水冷铜坩埚的下端侧壁与竖直方向成4～8°的张角。

进一步地，在上述技术方案中，所述拉锭杆为石墨材质。

进一步地，在上述技术方案中，所述拉锭杆的总高度为4～10mm。

进一步地，在上述技术方案中，所述石墨保温层的厚度为10～40mm。

进一步地，在上述技术方案中，所述碳化硅涂层的厚度为1～5mm。

本发明的再一目的是提供一种利用上述装置降低电子束连续拉锭熔炼过程中硅锭内应力的方法，在连续熔炼拉锭的过程中，设置维持硅熔体的电子枪的功率为20～100kW，拉锭速率为0.05～0.5mm/min。优选功率为40～60kW，拉锭速率为0.2～0.3mm/min。

进一步地，在上述技术方案中，通过不断地补充原料，实现连续熔炼拉锭功能。

发明有益效果

1.在电子束连续熔炼的拉锭装置中，侧壁增加表面镀有碳化硅的石墨层，使拉锭过程中硅晶体生长速率变得缓慢，降低最终硅锭的内应力；最终硅锭的内应力明显降低40％以上；

2.在拉锭过程中采用低束流维持熔炼缓慢拉锭，降低熔炼能耗的同时，减少最终硅锭的内应力；降低能耗15％以上。

附图说明

本发明附图1幅，

图1为本发明装置结构示意图；

图中，1、水冷铜坩埚；2、石墨保温层；3、碳化硅涂层；4、拉锭杆；5、水冷铜拉锭底座；6、拉锭连接丝杠。

具体实施方式

下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

如图1所示，一种降低电子束连续拉锭熔炼过程中硅锭内应力的装置，包括水冷铜坩埚1，所述水冷铜坩埚1为中空结构，中空部位用于容纳硅熔体，由于硅材质在凝固的过程中体积会发生膨胀，所以水冷铜坩埚1的下端侧壁与竖直方向成4°的张角α；所述水冷铜坩埚1中空结构中设有水冷铜拉锭底座5，所述水冷铜拉锭底座5与水冷铜坩埚1内壁紧配合，所述水冷铜拉锭底座5下端与拉锭连接丝杠6相连，所述水冷铜拉锭底座5上表面设有拉锭杆4，所述拉锭杆4为石墨材质，所述拉锭杆4的总高度为4mm；

所述水冷铜坩埚1的下方设有石墨保温层2，所述石墨保温层2的厚度为10mm，所述石墨保温层2内表面镀有碳化硅涂层3，所述碳化硅涂层3的厚度为1mm，用于防止石墨对硅熔体的污染，以及硅熔体与石墨保护层之间的粘连。

一种利用上述装置降低电子束连续拉锭熔炼过程中硅锭内应力的方法，在连续熔炼拉锭的过程中，设置维持硅熔体的电子枪的功率为20kW，拉锭速率为0.05mm/min。并且通过不断地补充原料，实现连续熔炼拉锭功能。

在电子束连续熔炼的拉锭装置中，侧壁增加表面镀有碳化硅的石墨层，使拉锭过程中硅晶体生长速率变得缓慢，降低最终硅锭的内应力；最终硅锭的内应力明显降低40％；在拉锭过程中采用低束流维持熔炼缓慢拉锭，降低熔炼能耗的同时，减少最终硅锭的内应力；降低能耗15％。

实施例2

如图1所示，一种降低电子束连续拉锭熔炼过程中硅锭内应力的装置，包括水冷铜坩埚1，所述水冷铜坩埚1为中空结构，中空部位用于容纳硅熔体，由于硅材质在凝固的过程中体积会发生膨胀，所以水冷铜坩埚1的下端侧壁与竖直方向成8°的张角α；所述水冷铜坩埚1中空结构中设有水冷铜拉锭底座5，所述水冷铜拉锭底座5与水冷铜坩埚1内壁紧配合，所述水冷铜拉锭底座5下端与拉锭连接丝杠6相连，所述水冷铜拉锭底座5上表面设有拉锭杆4，所述拉锭杆4为石墨材质，所述拉锭杆4的总高度为10mm；

所述水冷铜坩埚1的下方设有石墨保温层2，所述石墨保温层2的厚度为40mm，所述石墨保温层2内表面镀有碳化硅涂层3，所述碳化硅涂层3的厚度为5mm，用于防止石墨对硅熔体的污染，以及硅熔体与石墨保护层之间的粘连。

一种利用上述装置降低电子束连续拉锭熔炼过程中硅锭内应力的方法，在连续熔炼拉锭的过程中，设置维持硅熔体的电子枪的功率为100kW，拉锭速率为0.5mm/min。并且通过不断地补充原料，实现连续熔炼拉锭功能。

在电子束连续熔炼的拉锭装置中，侧壁增加表面镀有碳化硅的石墨层，使拉锭过程中硅晶体生长速率变得缓慢，降低最终硅锭的内应力；最终硅锭的内应力明显降低50％；在拉锭过程中采用低束流维持熔炼缓慢拉锭，降低熔炼能耗的同时，减少最终硅锭的内应力；降低能耗20％。