一种母合金的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种母合金的制备方法，包括步骤：一、坩埚底部涂层制备，过程如下：101、涂层喷涂液配制；102、涂层喷涂液的喷涂量确定：根据需制备母合金铸锭中杂质硼的浓度，并结合坩埚的装料量，对涂层喷涂液的喷涂量进行确定；103、喷涂：采用喷涂设备将涂层喷涂液均匀喷涂至坩埚的内部底面上；104、烘干：采用烘干设备烘干，获得底部涂层；二、母合金熔铸：利用带底部涂层的坩埚，对需制备母合金铸锭进行熔铸。本发明方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，通过在坩埚底部涂覆一层以氮化硼为主要原料的底部涂层，能有效降低坩埚底部氧含量，并能简便、快速完成母合金制备过程，提高母合金铸锭的质量。
【专利说明】
一种母合金的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明属于母合金制备技术领域，尤其是涉及一种母合金的制备方法。
【背景技术】
[0002]母合金就是杂质元素与硅的合金，常用的母合金有硅磷和硅硼两种，杂质浓度是10的-2次方和10的-3次方。采用母合金作为掺杂剂能使掺杂量容易控制、更准确，并且母合金掺杂的目的是用来改变硅熔体中施主杂质(如磷)或受主杂质(如硼)的杂质浓度，使其生长出的单晶电阻率达到规定的要求。实际进行母合金生产时，需将硅料与杂质原料装入石英坩祸后，再经预热、熔化(也称熔料)、结晶、退火、冷却等步骤，既可以采用普通的真空熔炼炉进行加工，也可以采用多晶硅铸锭炉进行加工。但目前母合金加工所采用坩祸的底部喷涂层以Si3N4材料作为喷涂材料，因Si3N4材料本身的导热性能差、不稳定性等特点，使铸锭过程中容易形成硬质点，并且铸锭成品底部的含氧量较高，对母合金铸锭产品的质量有很大的影响。另外，Si3N4材料虽然能有效隔离硅液和坩祸反应，但是Si3N4和硅液发生反应后形成红区，易引入杂质Si3N4并形成硬质点，对母合金铸锭成品的质量影响很大。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种母合金的制备方法，其方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，通过在坩祸底部涂覆一层以氮化硼为主要原料的底部涂层，能有效降低坩祸底部氧含量，并能简便、快速完成母合金制备过程，提高母合金铸锭的质量。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种母合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0005]步骤一、坩祸底部涂层制备，过程如下:
[0006]步骤101、涂层喷涂液配制:将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:(2?2.5): (0.8?1.2)的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液；
[0007]步骤102、涂层喷涂液的喷涂量确定:根据需制备母合金铸锭中杂质硼的浓度，并结合坩祸的装料量，对步骤101中所述涂层喷涂液的喷涂量进行确定；
[0008]步骤103、喷涂:根据步骤102中所确定的喷涂量，采用喷涂设备将步骤101中所述涂层喷涂液均匀喷涂至坩祸的内部底面上；
[0009]所述坩祸为石英坩祸；
[0010]步骤104、烘干:将步骤103中所述坩祸水平放置于烘干设备内，并采用所述烘干设备且在80°C?100°C温度条件下对喷涂至坩祸内部底面上的所述涂层喷涂液进行烘干，获得底部涂层；
[0011]步骤二、母合金熔铸:采用多晶硅铸锭炉或熔铸炉，并利用步骤一中带底部涂层的坩祸对所述需制备母合金铸锭进行熔铸。
[0012]上述一种母合金的制备方法，其特征是:步骤101中所述有机粘结剂为酚醛-氯丁橡胶胶粘剂、环氧胶粘剂、瞬间胶粘剂、丙烯酸胶粘剂、聚乙烯醇胶粘剂、聚醋酸乙烯胶粘剂、AE丙烯酸酯胶、聚乙烯醇缩丁醛胶粘剂或玻璃胶；
[0013]所述氮化硼为六方氮化硼。
[0014]上述一种母合金的制备方法，其特征是:步骤二进行母合金熔铸之前，先将熔铸所述需制备母合金铸锭用的硅料装入步骤一中带底部涂层的坩祸内，再将坩祸装入所述多晶硅铸锭炉或所述熔铸炉；
[0015]步骤102中所述坩祸的装料量为坩祸内装入硅料的装料量；
[0016]步骤102中需制备母合金铸锭中杂质硼的浓度为杂质硼的质量浓度;对所述涂层喷涂液的喷涂量进行确定时，根据需制备母合金铸锭中杂质硼的浓度，并结合所述需制备母合金铸锭的质量，对熔铸所述需制备母合金铸锭用的硅料和杂质硼的质量分别进行确定;再根据所确定的熔铸所述需制备母合金铸锭用杂质硼的质量，并结合步骤101中所述涂层喷涂液中有机胶结剂、去离子水和氮化硼的质量比，对熔铸所述需制备母合金铸锭用的所述氮化硼的质量进行确定;再根据所确定的熔铸所述需制备母合金铸锭用的所述氮化硼的质量，对所述涂层喷涂液的喷涂量进行确定。
[0017]上述一种母合金的制备方法，其特征是:步骤一所述坩祸为熔铸炉用坩祸；
[0018]步骤二中进行母合金熔铸时，采用所述熔铸炉，并利用步骤一中带底部涂层的坩祸对所述需制备母合金铸锭进行熔铸；
[0019]所述熔铸炉为真空熔铸炉，利用步骤一中带底部涂层的坩祸对所述需制备母合金铸锭进行熔铸时，按照常规母合金铸锭的熔铸方法进行熔铸。
[0020]上述一种母合金的制备方法，其特征是:步骤一所述坩祸为多晶硅铸锭炉用坩祸；
[0021]步骤二中进行母合金熔铸时，采用所述多晶硅铸锭炉，并利用步骤一中带底部涂层的坩祸对所述需制备母合金铸锭进行熔铸;对所述需制备母合金铸锭进行熔铸时，按照常规的多晶硅铸锭方法进行熔铸。
[0022]上述一种母合金的制备方法，其特征是:步骤二中进行母合金熔铸时，过程如下:
[0023]步骤201、装料:向步骤一中带底部涂层的坩祸内装入硅料；
[0024]步骤202、预热:采用所述多晶硅铸锭炉对装于坩祸内的硅料进行预热，并将所述多晶硅铸锭炉的加热温度逐步提升至Tl ；预热时间为4h?6h，其中Tl = 1125 °C?1285 °C ;
[0025]步骤203、熔化:采用所述多晶硅铸锭炉对装于坩祸内的硅料进行熔化，熔化温度为 Tl ?T2;其中 T2 = 1540°C ?1560°C;
[0026]待坩祸内的硅料全部熔化后，将所述多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T2，之后所述多晶娃铸锭炉的加热功率开始下降，待所述多晶娃铸锭炉的加热功率停止下降且持续时间t后，恪化过程完成;其中t = 20min?40min ；
[0027]步骤204、长晶:将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由T2逐渐降至T3后进行定向凝固，直至完成长晶过程;其中T3为多晶硅结晶温度且T3 = 14200C?1440°C ；
[0028]步骤205、退火及冷却:步骤205中长晶过程完成后，进行退火与冷却，并获得加工成型的母合金铸锭。
[0029]上述一种母合金的制备方法，其特征是:步骤202中预热过程中，将所述多晶硅铸锭炉的加热功率逐步升高至Pl，其中Pl = 50kW?10kW;步骤203中所述坩祸内的硅料全部熔化后，对所述多晶硅铸锭炉的加热功率变化情况进行观测，待所述多晶硅铸锭炉的加热功率下降至P2，并保持P2不变且持续时间t后，熔料过程完成;其中，P2 = 25kW?45kW。
[OO3O]上述一种母合金的制备方法，其特征是:步骤103中所述喷涂设备为液体喷枪，步骤104中所述烘干设备为烘箱。
[0031 ]上述一种母合金的制备方法，其特征是:步骤102中所述坩祸为立方体坩祸;步骤104中所述坩祸和所述烘箱均呈水平布设；
[0032]所述烘箱包括箱体、布设在坩祸底部的底部加热器和四个分别布设在坩祸的四个侧壁外侧的侧部加热器，四个所述侧部加热器均位于底部加热器上方，所述底部加热器呈水平布设，四个所述侧部加热器均呈竖直向布设;所述底部加热器上设置有供坩祸放置的石墨垫块。
[0033]上述一种母合金的制备方法，其特征是:步骤104中进行烘干时，先采用所述烘干设备将坩祸加热至80°C?100°C，再进行保温直至喷涂至坩祸内部底面上的所述涂层喷涂液烘干为止。
[0034]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0035]1、方法步骤简单、设计合理且实现方便，易于掌握，投入成本较低。
[0036]2、所采用的涂层材料由有机胶结剂、去离子水和氮化硼，成本较低且配制简便。
[0037]3、所采用的涂层材料以氮化硼作为主要原料，能有效增大坩祸底部导热效果，并能降低坩祸底部氧含量，同时稳定性好，铸锭过程中不易形成硬质点，能有效保证母合金铸锭成品的质量。
[0038]4、所采用的涂层材料能有效降低多晶硅铸锭的成本，由于硼本身为母合金铸锭时所用的一种掺杂剂，但单质硼的成本相当高;而采用本发明中公开的涂层材料涂覆后制备多晶硅铸锭坩祸底部涂层时，能减少单质硼的掺杂量，甚至避免添加单质硼，从而能有效降低母合金铸锭成本。
[0039]5、所采用的涂覆方法设计合理且实现简便、使用效果好，能简便、快速在坩祸底部制作一层底部涂层，并且制作好的底部涂层质量好，涂覆过程易于控制。同时，所采用的烘干结构设计合理且成本较低、使用效果货，能简便、快速完成坩祸底部涂层的烘干过程，并且加热效果好，能有效保证加工成型的坩祸底部涂层厚度均匀且质量好。
[0040]6、母合金铸锭方法简单且采用本领域技术人员公知的母合金铸锭方法即可，易于掌握。
[0041]7、采用多晶硅铸锭炉进行母合金铸锭过程中，实际进行熔化时，待坩祸内的硅料全部熔化后，控制铸锭炉的加热温度保持不变，并对铸锭炉的加热功率随时间变化的曲线(即功率曲线)进行观测；其中，待坩祸内的硅料全部熔化后，铸锭炉的功率曲线开始下降，待铸锭炉的功率曲线下降且走平20min?40min后，熔料过程完成，之后进行长晶阶段。实际操作过程中，通过观测功率曲线便能准确确定熔料过程完成的时间点，即由熔化阶段切换到长晶阶段的切换时间点。实际操作简便，且实现方便，能准确把握由熔化阶段切换到长晶阶段的切换时机。也就是说，本发明通过延长熔料时间稳定铸锭熔料曲线，待功率曲线走平20min?40min后再切入长晶阶段，因而能准确熔化到长晶阶段的切换时机，同时杜绝了由于熔料时间不足或熔料时间过长造成的母合金铸锭质量下降、成本上升等问题。并且，采用本发明对母合金铸锭过程中熔料至长晶的切换时机进行准确把握后，能确保长晶的质量和最终制成电池片的转换效率；同时，能有效改善长晶质量，降低粘祸率，并能有效提尚成品率。
[0042]8、实用性强，便于批量生产。
[0043]综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，通过在坩祸底部涂覆一层以氮化硼为主要原料的底部涂层，能有效降低坩祸底部氧含量，并能简便、快速完成母合金制备过程，提高母合金铸锭的质量。
[0044]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0045]图1为本发明的方法流程框图。
[0046]图2为本发明带底部涂层的坩祸的结构示意图。
[0047]图3为本发明烘箱的结构示意图。
[0048]图4为本发明坩祸底部涂层的制备方法流程框图。
[0049]图5为采用本发明进行熔化时的温度及功率曲线图。
[0050]附图标记说明:
[0051]I 一樹祸；2—底部涂层；3—底部加热器；
[0052]4 一侧部加热器；5—石墨垫块。
【具体实施方式】
[0053]实施例1
[0054]如图1所示的一种母合金的制备方法，包括以下步骤:
[0055]步骤一、坩祸底部涂层制备，过程如下:
[0056]步骤101、涂层喷涂液配制:将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:2?2.5:0.8?1.2的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液；
[0057]步骤102、涂层喷涂液的喷涂量确定:根据需制备母合金铸锭中杂质硼的浓度，并结合坩祸I的装料量，对步骤101中所述涂层喷涂液的喷涂量进行确定；
[0058]步骤103、喷涂:根据步骤102中所确定的喷涂量，采用喷涂设备将步骤101中所述涂层喷涂液均匀喷涂至坩祸I的内部底面上；
[0059]所述坩祸I为石英坩祸；
[0060]步骤104、烘干:将步骤103中所述坩祸I水平放置于烘干设备内，并采用所述烘干设备且在80°C?100°C温度条件下对喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液进行烘干，获得底部涂层2，详见图2和图4;
[0061]步骤二、母合金熔铸:采用多晶硅铸锭炉或熔铸炉，并利用步骤一中带底部涂层2的坩祸I对所述需制备母合金铸锭进行熔铸。
[0062]实际使用时，可根据具体需要，对步骤101中所述涂层喷涂液中有机胶结剂、去离子水和氮化硼的质量比进行相应调整。
[0063]本实施例中，所述有机胶结剂为酚醛-氯丁橡胶胶粘剂。
[0064]其中，酚醛-氯丁橡胶胶粘剂的种类较多，主要包括铁锚801强力胶、百得胶、JX-15-1胶、FN-303胶、CX-401胶、XY-401胶、CH-406胶等。上述酚醛-氯丁橡胶胶粘剂均为市售的商品，能直接获得。
[0065]实际使用时，所述有机胶结剂也可以为有机硅胶粘剂、环氧胶粘剂、瞬间胶粘剂、丙烯酸胶粘剂、聚乙烯醇胶粘剂、聚醋酸乙烯胶粘剂、AE丙烯酸酯胶、聚乙烯醇缩丁醛胶粘剂或玻璃胶。
[0066]其中，有机硅胶粘剂(也称为有机硅胶黏剂)分单组分、双组分、室温硫化和加热硫化等多种，室温硫化型的主要产品牌号有703、704、FS-203、GD-400等。按照固化温度，有机硅胶粘剂可分为高温固化、低温固化和室温固化三类。本发明所采用的有机硅胶粘剂为低温固化类有机硅胶粘剂。
[0067]环氧胶粘剂为过氯乙烯环氧胶粘剂或呋喃改性环氧胶粘剂。
[0068]瞬间胶粘剂也称为瞬间胶，常用的是α-氰基丙烯酸乙酯，商品牌号为502胶；医用的氰基丙烯酸丁酯，商品牌号为504胶。
[0069]丙烯酸胶粘剂，市售的品种有SA-200、AB胶、J-39、J-50、SGA-404、丙烯酸酯胶等。
[0070]本实施例中，所述氮化硼为氮化硼粉末。
[0071 ]本实施例中，所述氮化硼为六方氮化硼。
[0072]本实施例中，步骤103中所述喷涂设备为液体喷枪。
[0073]实际使用时，步骤103中所述喷涂设备也可以为其它类型的液体喷涂设备。
[0074]本实施例中，步骤104中所述烘干设备为烘箱。
[0075]如图3所示，步骤103中所述坩祸I为立方体坩祸;步骤104中所述坩祸I和所述烘箱均呈水平布设；
[0076]所述烘箱包括箱体、布设在坩祸I底部的底部加热器3和四个分别布设在坩祸I的四个侧壁外侧的侧部加热器4，四个所述侧部加热器4均位于底部加热器3上方，所述底部加热器3呈水平布设，四个所述侧部加热器4均呈竖直向布设;所述底部加热器3上设置有供坩祸I放置的石墨垫块5。
[0077]本实施例中，步骤104中进行烘干时，先采用所述烘干设备将坩祸I加热至90°C，再进行保温直至喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液烘干为止。
[0078]实际进行烘干时，可根据具体需要，对烘干温度进行相应调整。
[0079]由于所述底部涂层中含有的氮化硼具有导热性能好、稳定性好、耐高温性能好等优点，能有效增强坩祸I底部的导热效果，能有效提高熔化效率，并且坩祸I底部气体的难以排除，能有效降低坩祸I底部的氧含量，使铸锭成品底部的含氧量降低。同时，氮化硼和氧在高温下反应生成B2O3以及二氧化氮气体(NO2)等，能进一步降低坩祸I底部的氧含量，并且生成的B2O3比Si3N4稳定，铸锭过程中不易形成硬质点，因而能有效降低铸锭成品的硬质点，同时能有效提尚铸徒成品的少子寿命，能有效提尚铸徒成品的质量。
[0080]本实施例中，步骤一所述坩祸I为熔铸炉用坩祸；
[0081]本实施例中，步骤二中进行母合金熔铸时，采用所述熔铸炉，并利用步骤一中带底部涂层2的坩祸I对所述需制备母合金铸锭进行熔铸；
[0082]所述熔铸炉为真空熔铸炉，利用步骤一中带底部涂层2的坩祸I对所述需制备母合金铸锭进行熔铸时，按照常规母合金铸锭的熔铸方法进行熔铸。
[0083]并且，所述真空熔铸炉为真空感应炉。
[0084]本实施例中，步骤二进行母合金熔铸之前，先将熔铸所述需制备母合金铸锭用的硅料装入步骤一中带底部涂层2的坩祸I内，再将坩祸I装入所述熔铸炉。
[0085]本实施例中，步骤102中所述坩祸I的装料量为坩祸I内装入硅料的装料量；
[0086]步骤102中需制备母合金铸锭中杂质硼的浓度为杂质硼的质量浓度;对所述涂层喷涂液的喷涂量进行确定时，根据需制备母合金铸锭中杂质硼的浓度，并结合所述需制备母合金铸锭的质量，对熔铸所述需制备母合金铸锭用的硅料和杂质硼的质量分别进行确定;再根据所确定的熔铸所述需制备母合金铸锭用杂质硼的质量，并结合步骤101中所述涂层喷涂液中有机胶结剂、去离子水和氮化硼的质量比，对熔铸所述需制备母合金铸锭用的所述氮化硼的质量进行确定;再根据所确定的熔铸所述需制备母合金铸锭用的所述氮化硼的质量，对所述涂层喷涂液的喷涂量进行确定。其中，
[0087]本实施例中，所述硅料为硅粉。
[0088]本实施例中，与常规坩祸相比，加工成型母合金成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低60 %以上，少子寿命> 5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为75%。
[0089]实施例2
[0090]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤一所述坩祸I为多晶硅铸锭炉用坩祸；
[0091]步骤二中进行母合金熔铸时，采用所述多晶硅铸锭炉，并利用步骤一中带底部涂层2的坩祸I对所述需制备母合金铸锭进行熔铸;对所述需制备母合金铸锭进行熔铸时，按照常规的多晶硅铸锭方法进行熔铸。
[0092]目前，多晶硅铸锭方法主要有半熔铸锭法和全熔铸锭法两种，半熔铸锭法也称为有籽晶铸锭多晶硅法，是指采用毫米级硅料作为形核中心进行外延生长，铸造低缺陷高品质的多晶娃铸徒;全恪铸徒法也称为无轩晶铸徒多晶娃法或无轩晶尚效多晶娃技术，是指采用非硅材料在坩祸底部制备表面粗糙的异质形核层，通过控制形核层的粗糙度与形核时过冷度来获得较大形核率，铸造低缺陷高品质多晶硅铸锭。目前，多晶硅铸锭方法以全熔铸徒法为主。
[0093]因而，步骤二中采用多晶硅铸锭炉，并利用带底部涂层2的坩祸I进行铸锭即可。并且，所采用的多晶硅铸锭方法为常规的多晶硅铸锭方法，具体为全熔多晶硅铸锭法。
[0094]本实施例中，步骤二进行母合金熔铸之前，先将熔铸所述需制备母合金铸锭用的硅料装入步骤一中带底部涂层2的坩祸I内，再将坩祸I装入所述多晶硅铸锭炉。
[0095]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
[0096]本实施例中，与常规坩祸相比，加工成型母合金成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低62 %以上，少子寿命> 5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为78%。
[0097]实施例3
[0098]本实施例中，与实施例2不同的是:步骤二中进行母合金铸锭时，过程如下:
[0099]步骤201、装料:向步骤一中带底部涂层2的坩祸I内装入硅料；
[0100]步骤202、预热:采用所述多晶硅铸锭炉对装于坩祸I内的硅料进行预热，并将所述多晶硅铸锭炉的加热温度逐步提升至Tl ；预热时间为5h，其中Tl = 1200°C ;
[0101]步骤203、熔化:采用所述多晶硅铸锭炉对装于坩祸I内的硅料进行熔化，熔化温度为 Tl ?T2;其中 T2 = 1550°C;
[0102]待坩祸I内的硅料全部熔化后，将所述多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T2，之后所述多晶娃铸锭炉的加热功率开始下降，待所述多晶娃铸锭炉的加热功率停止下降且持续时间t后，恪化过程完成;其中t = 30min ；
[0103]步骤204、长晶:将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由T2逐渐降至T3后进行定向凝固，直至完成长晶过程;其中T3为多晶硅结晶温度且T3 = 1430°C;
[0104]步骤205、退火及冷却:步骤205中长晶过程完成后，进行退火与冷却，并获得加工成型的所述母合金铸锭。
[0105]本实施例中，步骤205中进行退火及冷却时，按照常规多晶硅铸锭方法中的退火及冷却方法进行退火及冷却。并且，常规多晶硅铸锭方法为多晶硅全熔铸锭法。
[0106]本实施例中，所述多晶硅铸锭炉为G5型铸锭炉。并且，所述多晶硅铸锭炉具体为浙江晶盛机电股份有限公司生产的G5型铸锭炉。所述坩祸为石英坩祸且其为G5坩祸，并且生产出来的多晶硅铸锭为G5锭。
[0107]实际使用时，所述石英坩祸的装料量为600kg左右。
[0108]本实施例中，所述石英坩祸的装料量为560kg。实际使用过程中，可以根据具体需要，对所述石英坩祸的装料量进行相应调整。
[0109]实际使用时，步骤203中熔化过程中，向所述多晶硅铸锭炉内充入惰性气体并将所述多晶硅铸锭炉内气压保持在Q1，其中Ql = 550mbar?650mbar。本实施例中，Ql=600mbar。
[0110]实际进行熔化时，可以根据具体需要，对Q1、T2和t的取值大小进行相应调整。
[0111]同时，步骤202中预热过程中，将所述铸锭炉的加热功率逐步升高至Pl，其中Pl=50kW?10kW;步骤203中所述坩祸内的硅料全部熔化后，对所述铸锭炉的加热功率变化情况进行观测，待所述铸锭炉的加热功率下降至P2，并保持P2不变且持续时间t后，熔料过程完成；其中，P2 = 25kW?45kW。
[0112]并且，步骤203中进行熔化时，过程如下:
[0113]第I步、保温:将所述多晶硅铸锭炉的加热温度控制在Tl，并保温0.4h?0.6h;
[0114]第2步至第5步、升温及加压:由先至后分四步将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由Tl逐渐提升至T4，升温时间为0.4h?0.6h;升温过程中向所述多晶硅铸锭炉内充入惰性气体并将所述多晶硅铸锭炉的气压逐步提升至Ql;其中，T4 = 1190 °C?1325 °C ;
[0115]第6步、第一次升温及保压:将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由T2逐渐提升至T5且升温时间为3.5h?4.5h，升温过程中所述多晶硅铸锭炉内气压保持在Ql;其中，T5 = 1440 °C?1460。。；
[0116]第7步:第二次升温及保压:将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由T3逐渐提升至T6且升温时间为3.5h?4.5h，升温过程中所述多晶硅铸锭炉内气压保持在Ql;其中，T6 = 1490 °C?1510。。；
[0117]第8步、第三次升温及保压:将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由T4逐渐提升至T2且升温时间为3.5h?4.5h，升温过程中所述多晶硅铸锭炉内气压保持在Ql;其中，T2 = 1540 °C?1560。。；
[0118]第9步、保温:将所述多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T2，并保温3.5h?4.5h;保温过程中，所述多晶硅铸锭炉内气压保持在Ql;
[0119]第10步、持续保温:将所述多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T2，并保温4h?8h，直至坩祸内的硅料全部熔化;保温过程中，所述多晶硅铸锭炉内气压保持在Ql。
[0120]本实施例中，第6步中进行第一次升温及保压过程中、第7步中进行第二次升温及保压过程中、第8步中进行第三次升温及保压过程中和第9步中进行保温过程中，均需对所述多晶硅铸锭炉的加热功率变化情况进行观测，并确保所述多晶硅铸锭炉的加热功率变化平稳。
[0121]同时，第2步至第5步中由先至后分四步将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由Tl逐渐提升至T3时，每一步提升温度5°C?8°C，且每一步提升均需5min?lOmin。
[0122]并且，步骤202中预热时间为5h;预热过程中，将所述多晶硅铸锭炉的加热功率以10kW/h?15kW/hkW/h的增长速率逐步提升至Pl。
[0123]本实施例中，步骤202中预热过程中，将所述多晶硅铸锭炉的加热功率逐步升高至P1，其中 Pl = 75kW。
[0124]实际进行预热时，可以根据具体需要，对预热时间、预热过程中加热功率的增长速率以及Tl和Pl的取值大小进行相应调整。
[0125]本实施例中，待坩祸内的硅料全部熔化后，将所述多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T2，并对所述多晶硅铸锭炉的加热功率随时间变化的曲线(即功率曲线)进行观测，详见图5。图5中，细实线为所述多晶硅铸锭炉的加热功率随时间变化的曲线，需实线为所述多晶硅铸锭炉的加热温度随时间变化的曲线，竖线为坩祸内的硅料全部熔化时的报警线。由图5可以看出，待坩祸内的硅料全部熔化后，所述多晶硅铸锭炉的功率曲线开始下降，待所述多晶硅铸锭炉的功率曲线下降且走平30min后，熔料过程完成，之后进入长晶阶段;即图5中的A点为熔料过程完成的时间点。
[0126]实际操作过程中，通过观测功率曲线便能准确确定熔料过程完成的时间点，即由熔化阶段切换到长晶阶段的切换时间点。实际操作简便，且实现方便，能准确把握由熔化阶段切换到长晶阶段的切换时机。
[0127]本实施例中，步骤203中所述坩祸内的硅料全部熔化后，对所述多晶硅铸锭炉的加热功率变化情况进行观测，待所述多晶娃铸锭炉的加热功率下降至P2，并保持P2不变且持续时间t后，熔料过程完成;其中，P2 = 35kW。
[0128]实际进行熔化时，根据所述坩祸内装料量的不同，P2的大小相应在25kW?45kW范围内进行调整。
[0129]本实施例中，第I步中保温0.5h;
[0130]第2步至第5步中由先至后分四步将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由Tl逐渐提升至T4，升温时间为0.5h(即第2步至第5步的总时间为0.5h);升温过程中向所述多晶硅铸锭炉内充入惰性气体并将所述多晶硅铸锭炉的气压逐步提升至Ql;其中，T4 = 1250°C ;
[0131]第2步至第5步中由先至后分四步将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由Tl逐渐提升至T4时，每一步提升温度5°C?8°C，且每一步提升均需5min?lOmin;
[0132]第6步中进行第一次升温及保压时，升温时间为4h，T5 = 1450°C;
[0133]第7步中进行第二次升温及保压时，升温时间为4h，T6 = 1500°C。
[0134]第8步中进行第三次升温及保压时，升温时间为4h;
[0135]第9步中进行保温时，保温4h;
[0136]第10步中进行持续保温时，保温6h，直至坩祸内的硅料全部熔化。
[0137]本实施例中，第6步中进行第一次升温及保压过程中、第7步中进行第二次升温及保压过程中、第8步中进行第三次升温及保压过程中和第9步中进行保温过程中，均需对所述多晶硅铸锭炉的加热功率变化情况进行观测，并确保所述多晶硅铸锭炉的加热功率变化平稳。
[0138]也就是说，第6步至第9步中进行熔化时，必须使功率曲线平稳前进，不能出现较为明显的凹凸点，这样会带来硬质点的增多。
[0139]本实施例中，第2步至第5步中进行升温及加压时，过程如下:
[0140]第2步、第一步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1200°C提升至1220°C，且升温时间为7min。
[0141]第3步、第二步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1220°C提升至1235 °C，且升温时间为8min。
[0142]第4步、第三步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1235°C提升至1242°C，且升温时间为5min。
[0143]第5步、第四步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1242°C提升至1250°C，且升温时间为5min。
[0144]本实施例中，第10步中待坩祸内的硅料全部熔化且所述多晶硅铸锭炉发出“熔化完成报警”后，需人工干预，对功率曲线的下降情况进行观测，待所述多晶硅铸锭炉的功率曲线下降且走平30min后，熔料过程完成，之后人工干预将熔化阶段切入到长晶阶段。
[0145]本实施例中，所述惰性气体为氩气。
[0146]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例2相同。
[0147]本实施例中，与常规坩祸相比，加工成型母合金铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低64%以上，少子寿命>5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为 78%。
[0148]实施例4
[0149]本实施例中，与实施例3不同的是:步骤202中预热时间为411且1'1 = 1285°(:，？1 =100砂；步骤203中了2 = 1560°(:八=201^11，？2 = 45砂，01=65011*&1;第1步中保温时间为
0.411;第2步至第5步中了4=1325°(:，升温时间为0.411;第6步中了5 = 1460°(:且升温时间为
3.5h;第7步中T6 = 1510 °C且升温时间为3.5h;第8步中升温时间为3.5h;第9步中保温时间为3.5h;第1步中保温时间为4h。
[0150]本实施例中，第2步至第5步中进行升温及加压时，过程如下:
[0151]第2步、第一步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1285°C提升至1290°C，且升温时间为5min。
[0152]第3步、第二步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1290V提升至1295°C，且升温时间为5min。
[0153]第4步、第三步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1295°C提升至1315°C，且升温时间为9min。
[0154]第5步、第四步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1315°C提升至1325 °C，且升温时间为5min。
[0155]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例3相同。
[0156]本实施例中，与常规坩祸相比，加工成型母合金铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低60 %以上，少子寿命>5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为 72%。
[0157]实施例5
[0158]本实施例中，与实施例3不同的是:步骤202中预热时间为6h且T1 = 1125°C，P1 =50kff ；步骤203中T2 = 1540°C，t = 40min，P2 = 25kW，Ql = 550mbar;第I步中保温时间为0.6h;第2步至第5步中了4=1190°(:，升温时间为0.611;第6步中了5 = 1440°(:且升温时间为4.511;第7步中T6 = 1490 0C且升温时间为4.5h;第8步中升温时间为4.5h;第9步中保温时间为4.5h;第1步中保温时间为8h。
[0159]本实施例中，第2步至第5步中进行升温及加压时，过程如下:
[0160]第2步、第一步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1125°C提升至1140 °C，且升温时间为9min。
[0161]第3步、第二步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1140°C提升至1155 °C，且升温时间为8min。
[0162]第4步、第三步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1155°C提升至1175°C，且升温时间为1min。
[0163]第5步、第四步提升:将多晶硅铸锭炉的加热温度由1175°C提升至1190 °C，且升温时间为9min。
[0164]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例3相同。
[0165]本实施例中，与常规坩祸相比，加工成型母合金铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低65 %以上，少子寿命>5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为 70%。
[0166]实施例6
[0167]本实施例中，与实施例3不同的是:步骤101中将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:2:0.8的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液;所述有机胶结剂为有机硅胶粘剂;步骤102中进行喷涂时，所述坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为10g;步骤103中进行烘干时，采用所述烘干设备且在80°C温度条件下对喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液进行烘干，并且先采用所述烘干设备将坩祸I加热至80°C，再进行保温直至喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液烘干为止。
[0168]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例3相同。
[0169]本实施例中，与常规坩祸相比，加工成型母合金铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低64%以上，少子寿命>5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为 72%。
[0170]实施例7
[0171]本实施例中，与实施例3不同的是:步骤101中将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:2.5:0.8的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液;所述有机胶结剂为环氧胶粘剂;步骤102中进行喷涂时，所述坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为130g;步骤103中进行烘干时，采用所述烘干设备且在100°C温度条件下对喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液进行烘干，并且先采用所述烘干设备将坩祸I加热至100°C，再进行保温直至喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液烘干为止。
[0172]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例3相同。
[0173]本实施例中，与常规坩祸相比，加工成型母合金铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低72 %以上，少子寿命>5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为 75%。
[0174]实施例8
[0175]本实施例中，与实施例2不同的是:步骤101中将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:2.5:1.2的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液;所述有机胶结剂为瞬间胶粘剂;步骤102中进行喷涂时，所述坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为 180g。
[0176]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例2相同。
[0177]本实施例中，与常规坩祸相比，加工成型母合金铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低65 %以上，少子寿命>5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为 68 %。
[0178]实施例9
[0179]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤101中将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:2:1.2的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液;所述有机胶结剂为丙烯酸胶粘剂;步骤102中进行喷涂时，所述坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为200g。
[0180]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
[0181]本实施例中，与常规坩祸相比，加工成型母合金铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低60 %以上，少子寿命>5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为 65%。
[0182]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种母合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、坩祸底部涂层制备，过程如下: 步骤101、涂层喷涂液配制:将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1: (2?2.5):(0.8?1.2)的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液； 步骤102、涂层喷涂液的喷涂量确定:根据需制备母合金铸锭中杂质硼的浓度，并结合坩祸(I)的装料量，对步骤101中所述涂层喷涂液的喷涂量进行确定； 步骤103、喷涂:根据步骤102中所确定的喷涂量，采用喷涂设备将步骤101中所述涂层喷涂液均匀喷涂至坩祸(I)的内部底面上； 所述坩祸(I)为石英坩祸； 步骤104、烘干:将步骤103中所述坩祸(I)水平放置于烘干设备内，并采用所述烘干设备且在80°C?100°C温度条件下对喷涂至坩祸(I)内部底面上的所述涂层喷涂液进行烘干，获得底部涂层(2); 步骤二、母合金熔铸:采用多晶硅铸锭炉或熔铸炉，并利用步骤一中带底部涂层(2)的坩祸(I)对所述需制备母合金铸锭进行熔铸。2.按照权利要求1所述的一种母合金的制备方法，其特征在于:步骤101中所述有机粘结剂为酚醛-氯丁橡胶胶粘剂、环氧胶粘剂、瞬间胶粘剂、丙烯酸胶粘剂、聚乙烯醇胶粘剂、聚醋酸乙烯胶粘剂、AE丙烯酸酯胶、聚乙烯醇缩丁醛胶粘剂或玻璃胶； 所述氮化硼为六方氮化硼。3.按照权利要求1或2所述的一种母合金的制备方法，其特征在于:步骤二进行母合金熔铸之前，先将熔铸所述需制备母合金铸锭用的硅料装入步骤一中带底部涂层(2)的坩祸(I)内，再将坩祸(I)装入所述多晶硅铸锭炉或所述熔铸炉； 步骤102中所述坩祸(I)的装料量为坩祸(I)内装入硅料的装料量； 步骤102中需制备母合金铸锭中杂质硼的浓度为杂质硼的质量浓度;对所述涂层喷涂液的喷涂量进行确定时，根据需制备母合金铸锭中杂质硼的浓度，并结合所述需制备母合金铸锭的质量，对熔铸所述需制备母合金铸锭用的硅料和杂质硼的质量分别进行确定;再根据所确定的熔铸所述需制备母合金铸锭用杂质硼的质量，并结合步骤101中所述涂层喷涂液中有机胶结剂、去离子水和氮化硼的质量比，对熔铸所述需制备母合金铸锭用的所述氮化硼的质量进行确定;再根据所确定的熔铸所述需制备母合金铸锭用的所述氮化硼的质量，对所述涂层喷涂液的喷涂量进行确定。4.按照权利要求1或2所述的一种母合金的制备方法，其特征在于:步骤一所述坩祸(I)为熔铸炉用坩祸； 步骤二中进行母合金熔铸时，采用所述熔铸炉，并利用步骤一中带底部涂层(2)的坩祸(I)对所述需制备母合金铸锭进行熔铸； 所述熔铸炉为真空熔铸炉，利用步骤一中带底部涂层(2)的坩祸(I)对所述需制备母合金铸锭进行熔铸时，按照常规母合金铸锭的熔铸方法进行熔铸。5.按照权利要求1或2所述的一种母合金的制备方法，其特征在于:步骤一所述坩祸(I)为多晶硅铸锭炉用坩祸； 步骤二中进行母合金熔铸时，采用所述多晶硅铸锭炉，并利用步骤一中带底部涂层(2)的坩祸(I)对所述需制备母合金铸锭进行熔铸;对所述需制备母合金铸锭进行熔铸时，按照常规的多晶硅铸锭方法进行熔铸。6.按照权利要求5所述的一种母合金的制备方法，其特征在于:步骤二中进行母合金熔铸时，过程如下: 步骤201、装料:向步骤一中带底部涂层(2)的坩祸(I)内装入硅料； 步骤202、预热:采用所述多晶硅铸锭炉对装于坩祸(I)内的硅料进行预热，并将所述多晶硅铸锭炉的加热温度逐步提升至Tl ；预热时间为4h?6h，其中Tl = 1125 °C?1285 °C ; 步骤203、熔化:采用所述多晶硅铸锭炉对装于坩祸(I)内的硅料进行熔化，熔化温度为Tl ?T2;其中 T2 = 1540°C ?1560°C; 待坩祸(I)内的硅料全部熔化后，将所述多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T2，之后所述多晶娃铸锭炉的加热功率开始下降，待所述多晶娃铸锭炉的加热功率停止下降且持续时间t后，恪化过程完成;其中t = 20min?40min ； 步骤204、长晶:将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由T2逐渐降至T3后进行定向凝固，直至完成长晶过程;其中T3为多晶硅结晶温度且T3 = 14200C?1440°C ； 步骤205、退火及冷却:步骤205中长晶过程完成后，进行退火与冷却，并获得加工成型的母合金铸锭。7.按照权利要求6所述的一种母合金的制备方法，其特征在于:步骤202中预热过程中，将所述多晶硅铸锭炉的加热功率逐步升高至Pl，其中Pl =50kW?10kW;步骤203中所述坩祸(I)内的硅料全部熔化后，对所述多晶硅铸锭炉的加热功率变化情况进行观测，待所述多晶硅铸锭炉的加热功率下降至P2，并保持P2不变且持续时间t后，熔料过程完成;其中，P2 =25kW ?45kW。8.按照权利要求1或2所述的一种母合金的制备方法，其特征在于:步骤103中所述喷涂设备为液体喷枪，步骤104中所述烘干设备为烘箱。9.按照权利要求8所述的一种母合金的制备方法，其特征在于:步骤102中所述坩祸(I)为立方体坩祸;步骤104中所述坩祸(I)和所述烘箱均呈水平布设； 所述烘箱包括箱体、布设在坩祸(I)底部的底部加热器(3)和四个分别布设在坩祸(I)的四个侧壁外侧的侧部加热器(4)，四个所述侧部加热器(4)均位于底部加热器(3)上方，所述底部加热器(3)呈水平布设，四个所述侧部加热器(4)均呈竖直向布设;所述底部加热器(3)上设置有供坩祸(I)放置的石墨垫块(5)。10.按照权利要求1或2所述的一种母合金的制备方法，其特征在于:步骤104中进行烘干时，先采用所述烘干设备将坩祸(I)加热至80°C?100°C，再进行保温直至喷涂至坩祸(I)内部底面上的所述涂层喷涂液烘干为止。
【文档编号】C30B28/06GK106087047SQ201610694945
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月19日 公开号201610694945.7, CN 106087047 A, CN 106087047A, CN 201610694945, CN-A-106087047, CN106087047 A, CN106087047A, CN201610694945, CN201610694945.7
【发明人】吴增伟, 刘波波, 蔺文, 虢虎平
【申请人】西安华晶电子技术股份有限公司