融硅2的污染：通过诸如硼 (B)、磷（P)、铁（Fe)、碳（C)和铝（Al)的杂质从坩埚10的耐火材料12到熔融硅2中的转 移，或通过杂质或污染物从耐火材料12到熔融硅2中的反应。衬里30可以对可存在于耐 火材料12内的污染物或杂质提供阻隔。
[0100] 在一个实例中，坩埚10可以包括外套22。外套22可以包含任何合适的材料来包 围隔热层和定向凝固坩埚。外套22可以包含一种或多种材料。在一个实施方案中，外套22 包含钢。在另一实施方案中，外套22包含钢、不锈钢、铜、铸铁、耐火材料、耐火材料的混合 物或其组合。外套22的不同部分可以包含不同的材料、不同厚度的材料、不同组成的材料 或其组合。外套22可以包围坩埚10的底部14或侧面16。在一个实例中，外套22限定了 未被套22 (例如图2, 214)覆盖的一部分底部，以增加在该部分中的散热。在这种实例中， 外套22可以隔呙侧面16,但是不隔呙一部分底部14。
[0101] 在一个实例中，坩埚10可以容纳约1公吨以上的熔融硅。在一个实例中，坩埚可 以容纳约1. 4公吨以上的熔融硅。在一个实例中，坩埚可以容纳约2. 1公吨以上的熔融硅。 在一个实例中，坩埚可以容纳至少约1、1. 2、1. 4、1. 6、1. 8、2. 0、2. 1、2. 5、3、3. 5、4、4. 5或5 公吨以上的熔融硅。
[0102] 宙向凝固设各
[0103] 图2示出了根据本公开的定向凝固设备210的实例。设备210可以用于定向凝固 硅或任何其他材料。设备210可以包括坩埚210,如图1的坩埚10,如本文所述的。可以将 坩埚210支撑在冷却平台216的顶部上，或放置在冷却平台216的上方。冷却平台216可 以包括大量不同的结构材料，包括诸如不锈钢的金属、混凝土、钢筋等。
[0104] 冷却平台216可以包括限定了孔222的第一表面220。孔222可以包含强化材料， 以能够承受住至少一部分的坩埚212的重量。孔222可以配置为在中央接收定向凝固坩埚 210的底部的一部分214,以使其暴露于冷却管道218。底部的部分214可以包括坩埚210 的凸外表面，使得底部的部分214可以位于孔222中，或处于第一表面220下方。在一个实 例中，孔222可以接收约25%的与底部的熔融硅表面区域接触的表面。底部的部分214可 以基本上包括定向凝固坩埚212的底部的中央。例如，底部的中央可以包括一部分的底部， 使得定向凝固坩埚212的底部的纵向中央或横向中央由孔214接收。在一个实例中，可以 接收定向凝固坩埚212的底部的一部分214,使得坩埚可以基本水平地支撑在冷却平台216 上。基本水平可以包括定向凝固坩埚212的顶部从前到后或从一侧到另一侧处于水平。在 一个实例中，水平可以包括熔融硅表面是水平的或结晶前沿是水平的。孔222可以是任何 形状的，包括圆形、矩形、六边形等。
[0105] 冷却管道218可以由与第二表面230间隔开的第一表面220来限定，以限定用于 流体、如空气或空气和水蒸气或其他气体的混合物的通道或导管。在一个实例中，冷却平台 210可以包括多个支柱228以放置或支撑冷却管道218。冷却管道218可以包括圆形横截 面、矩形横截面或适合于输送流体的任何其他横截面。在一个实例中，第二表面230可以配 置为与第一表面220相对的位置以限定喷嘴，该喷嘴将一部分的强制空气流或空气和水蒸 气或其他气体的混合物提供到定向凝固坩埚212的底部的一部分214。冷却管道218可以 配置为在Y方向上基本垂直地将一部分的强制空气流或空气和水蒸气或其他气体的混合 物提供到定向凝固坩埚212的底部的一部分214。这种实例可以提供改善的温度控制、改善 的散热等。在一个实例中，冷却管道218可以配置为以基本均匀的模式将一部分的强制空 气流或空气和水蒸气或其他气体的混合物提供到定向凝固坩埚212的底部的一部分214。 该模式可以包括空气流、或空气和水蒸气或其他气体的混合物的模式，使得部分214很少 有甚至没有接收比其他区域基本上更多或更少流动的区域。例如，冷却平台210可以设计 为使得均匀的流速场在Y方向上接触模具214的底部。
[0106] 冷却管道218可以包括冷却管道入口 224,其配置为接收来自风扇的强制空气。空 气可以包括任何气体，如环境空气、或空气和水蒸气或其他气体的混合物，其具有合适的比 热容以对来自坩埚的散热提供介质。在一个实例中，风扇可以通过导管226推动空气以使 其被冷却管道入口 224接收。一个或更多个风扇可以通过一个或更多个导管如226将强制 空气提供到冷却管道入口 224。
[0107] 在一个实例中，提供到定向凝固坩埚212的底部的一部分214的一部分强制空气 或空气和水蒸气或其他气体的混合物可以是湍流的。例如，一部分的强制空气或空气和水 蒸气或其他气体的混合物可以具有约4000或更大的雷诺数（Re)。提供到定向凝固坩埚212 的底部的一部分214的一部分强制空气可以具有至少约16m/s的y方向上的平均速度。
[0108] 图3示出了冷却平台316的一个实例。冷却平台316可以包括第一表面320,其配 置为限定了孔322,如本文所述的。包括第一表面322和第二表面330的冷却管道318可 以由支柱328来支撑。如所示的，冷却平台316可以包括三个导管226,但是实施方案不限 于此。每个导管226都可以通过风扇推动强制空气或空气和水蒸气或其他气体的混合物来 进行供应。导管226可以将强制空气或空气和水蒸气或其他气体的混合物提供到冷却管道 入口，冷却管道入口可以将强制空气或空气和水蒸气或其他气体的混合物提供到冷却管道 318〇
[0109]
[0110] 图4示出了用于定向凝固硅的设备400的具体实施方案，其包括放置在底部坩埚 420的顶部上的顶部加热器部件。顶部加热器包括链401，链401通过垂直结构件403中的 孔302连接至顶部加热器410。链401形成制动器，其可以使顶部加热器通过使用吊车来移 动。例如，也可以通过将设备的底部一半放置到杠杆式升降机上并同时保持顶部加热器在 底部一半的上方来移动设备。可以以任何合适的方式移动设备。在一个实例中，可以由通 过调节辅助的液压系统或机械系统移动设备。垂直结构件403从顶部加热器410的外套的 底部边缘垂直地延伸至顶部加热器410的不锈钢外套的顶部边缘。垂直结构件位于顶部加 热器外套的外部上，并平行于远离顶部加热器中心的方向从该套延伸。顶部加热器也包括 水平结构件404,水平结构件404位于顶部加热器外套的外部上并在与远离顶部加热器中 心的方向平行的方向从该套延伸。顶部加热器也包括凸缘405,其为顶部加热器的外套的一 部分。凸缘突出远离顶部加热器的外套。凸缘可以朝向顶部加热器的中心轴向内延伸，使 其以任何合适的程度覆盖顶部加热器的隔热体。可替代地，凸缘可以向内延伸到仅足以覆 盖顶部加热器的外套的底部边缘。屏蔽箱406包围从顶部加热器的外套突出的加热构件的 端部，从而保护使用者免受会在这些构件的端部中及其附近存在的热和电流的影响。
[0111] 在图4所示的具体实施方案中，来自底部坩埚420的隔热体411位于顶部加热器 410与底部坩埚420之间。底部坩埚的一个或多个隔热层中的至少一部分在底部坩埚外套 的高度上方延伸。底部坩埚包括垂直结构件412。垂直结构件412位于底部坩埚外套的外 表面上，并以平行于远离底部坩埚中心的方向延伸远离外套。垂直结构件412从外套的底 部边缘垂直地延伸到外套的顶部边缘。底部坩埚也包括水平结构件413。水平结构件413 位于底部坩埚外套的外表面上，并以平行于远离底部坩埚中心的方向延伸远离外套。水平 结构件413在围绕着底部坩埚的外周水平地延伸。底部坩埚也包括底部结构件414和415。 底部结构件414和415平行于远离底部坩埚中心的方向延伸远离外套。底部结构件延伸跨 过底部坩埚的底部。一些底部结构件415经成形以使它们允许叉车或其他机器提升或者以 其它方式物理地操作设备。
[0112] 宙向凝固坩埚的底部
[0113] 图5示出了根据本公开的定向凝固坩埚的底部536的一个实施方案。底部536可 以被包括在坩埚中、如坩埚10或210中，如本文所述的。底部536可以包括部分地延伸跨 过底部536的结构件532。结构件532可以包括条状物、棒、管或任何合适的为设备增加结 构支撑的结构。结构件532可以通过焊接、钎焊或任何其他合适的方法附接至坩埚10的外 套22。在一个实例中，其中外套10不覆盖底部的一部分，如关于图1所描述的，结构件可以 直接地附接至坩埚14的底部，或直接地附接至已与耐火材料12附接的一些其他支撑材料。 可以使结构件532适于促进设备的运输和物理操作。例如，结构件532可以是具有足够尺 寸、强度、方向、间距或其组合的管，使得特定的叉车或其他起重机可以升起或移动或以其 他方式物理操作所述设备。
[0114] 底部536可以包括多个传热片534,传热片534附接至坩埚14的底部或外套以促 进空气冷却或散热。传热片可以沿着底部536向外延伸。风扇可以通过吹风越过底部536 来提高冷却片的冷却效果。可以使用任何合适数量的片。多个片534可以吸收来自设备底 部的热量，并使得热量能够通过空气或空气和水蒸气或其他气体的混合物来移除，通过片 的表面积促进热量的移除。例如，片可以由扁钢条制成，如铜、铸铁、钢或不锈钢。
[0115] 顶部加热器
[0116] 在各个实施方案中，还可以将顶部加热器包括和放置在坩埚的顶部上，如上述坩 埚10、212、420的顶部上，以在定向凝固期间将热量施加到坩埚内的熔融硅。顶部加热器可 以具有与坩埚的横截面形状大致匹配的横截面形状。通过顶部加热器将热量施加到坩埚可 以允许控制坩埚中的熔融硅的温度。顶部加热器也可以位于坩埚的顶部而不进行加热，从 而顶部加热器可以作为隔热器以控制热量从坩埚的释放。通过控制坩埚的温度或热量释 放，可以提供期望的温度梯度，这可以允许更加高度受控的定向凝固。最终，对温度梯度的 控制可以允许更有效的定向凝固，其中所得到的硅的纯度是最大的。
[0117] 图6示出了顶部加热器600的一个实例。顶部加热器600可以包括一个或多个加 热构件602。一个或多个加热构件602中的每一个都可以独立地包含任何合适的材料。例 如，一个或多个加热构件602中的每一个都可以独立地包括加热元件，其中加热元件可以 包含碳化硅、二硅化钼、石墨或其组合；并且一个或多个加热构件602中的每一个都可以可 替代地独立地包括感应加热器。在一个实例中，一个或多个加热构件位于大致相同的高度。 在另一实例中，一个或多个加热构件位于不同的高度。
[0118] 在一个实例中，加热构件602可以包含碳化