专利名称：多晶硅铸锭炉的氩气降温装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于多晶硅铸锭炉热场结构的设计与铸造技术领域，尤其是涉及一种多晶硅铸锭炉的氩气降温装置。
背景技术：
多晶硅铸锭炉是一种硅重熔设备，通常将硅原料放入石英坩埚内，置于密闭的隔热笼中，加热至硅料熔化状态，通过提升隔热笼或者降低坩埚底部热交换台温度的方式与外部进行热量交换，从而降低石英坩埚内的硅熔液温度，让硅材料从液态转换成固态，在这过程中完成长晶。这两种冷却方式往往在开始长晶时，由于热量散发不均，硅锭中部与边角有较大的温度差，导致晶体在生长过程中产生局部应力，应力过大会使铸锭产生裂纹。此外，现有的铸锭炉，一般从炉腔顶部中间的管道口注入氩气，由于氩气温度偏冷，在长晶结束透顶时，导致硅锭中心和上表面过早结晶，影响硅液内部的杂质排放，降低了硅片纯度。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种多晶硅铸锭炉的氩气降温装置，能够均勻、合理地促进热交换，促使石英坩埚内的硅材料逐层保持同一温度，平稳、快速地向上长晶。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下多晶硅铸锭炉的氩气降温装置，包括氩气罐，顶部进气控制装置，底部进气控制装置，顶部进气管，输气管，石墨立柱，隔热笼，热交换台，炉体，石英坩埚，石墨坩埚。在铸锭炉热场中，石英坩埚和外层的石墨坩埚共同置于热交换台上，热交换台用导热性好的厚板制成，由三根石墨立柱支撑着，其特征在于热交换台和石墨坩埚底板接触的上表面上，设置了迷宫型沟槽，沟槽的两端分别设置了氩气进口和氩气出口，并通过两根石墨立柱中间的通孔和氩气管路连通，氩气进口的一端连接了底部进气控制装置和氩气罐，氩气罐通过输气管连通了顶部进气控制装置和顶部进气管；氩气出口的一端连接了顶部进气管。输气管由金属波纹管组成。由于氩气在热交换台上表面的迷宫型沟槽中流动，使石墨坩锅的整个底部均勻冷却，在温度梯度的作用下，石英坩锅底部的硅熔液首先凝固，并且固液临界面逐步向上移升，逐步向上长晶。由于在热交换台沟槽中流动的氩气不断把石墨坩锅整个底部的热量均勻带走，所以硅熔液的固液临界面始终是水平地向上移动，直至“透顶”。从长晶角度来说，硅熔液内部的杂质有机会充分排放，杂质集中在铸锭上表面很薄的一层，保证了硅锭内部的晶片纯度。从后道切割角度来讲，因为散热均勻，消除了硅锭内部的局部应力，硅锭的裂纹大幅度减少，提高了切割成品率。从节能角度看，带有热量的回用氩气从炉体顶部回到热场中，提高透顶处的温度，促进液体流动，有助于排杂，再则，提高了热量的充分利用率，可以降低能耗。
图1为本实用新型剖面图，图2为热交换台立体图。附图标记说明1氩气罐，2底部进气控制装置，3石墨立柱A、31石墨立柱B，4石墨坩埚，5顶部进气管，6顶部进气控制装置，7输气管，8隔热笼，9热交换台，91氩气进口，92氩气出口，10炉体，11石英坩埚。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细阐述。实施例多晶硅铸锭炉的氩气降温装置的结构如图1所示，包括氩气罐1，顶部进气控制装置6，底部进气控制装置2，顶部进气管5，输气管7，石墨立柱3，隔热笼8，热交换台9，炉体10，石英坩埚11，石墨坩埚4。石英坩埚11用于盛放硅料，在石墨坩埚4的保护下，置于热交换台9上。热交换台9上表面设置了迷宫型沟槽，如图2所示；下表面由三根石墨立柱支撑着，其中石墨立柱A3和石墨立柱B31的中间有通孔，分别连通了热交换台9上表面的迷宫型沟槽两端，石墨立柱A3连通端叫氩气进口 91，石墨立柱B31连通端叫氩气出口 92。当石墨坩埚4的底平面压在热交换台9的上表面时，迷宫型沟槽就被封闭在两个平面之间了，氩气只能沿着迷宫型沟槽流动，而不能向外逸出。下面从氩气的流程来展开对本发明的详细阐述。铸锭可分为5个步骤加热、熔化、长晶、退火、冷却。具体运行时，加热属于真空状态，无需氩气填充。进入熔化阶段后，炉体10内部要求充以氩气做为保护气体，气压维持在600mba，此阶段开启顶部进气控制装置6，来达到和维持炉体10内部的气压要求，底部进气控制装置2处于关闭状态；进入长晶阶段后，提升隔热笼8，控制长晶速度，同时开启底部进气控制装置6，从氩气罐1流出的氩气通过底部进气控制装置2进入石墨立柱A3，并从迷宫型沟槽的氩气进口 91出来，流经整个迷宫型沟槽后进入氩气出口 92，并通过另一根石墨立柱B31进入由金属波纹管组成的输气管7。迷宫型沟槽的布置有助于热量的均勻散发，促进初时长晶的均勻性，结合隔热笼8的提升，也加快了长晶的速度。从输气管7流经顶部进气管5进入炉体10的氩气，由于带走了石墨坩锅4底部的热量，带有温度的氩气提高了硅锭透顶处的温度，促进液体流动，有助于排杂。进入退火和冷却阶段时，需关闭底部进气控制装置2，而顶部进气控制装置6 —直处于开启状态，由氩气罐1供应氩气，维持炉腔内的正常气压，阻止外界的含氧空气进入。
权利要求1.多晶硅铸锭炉的氩气降温装置，包括氩气罐，顶部进气控制装置，底部进气控制装置，顶部进气管，输气管，石墨立柱，隔热笼，热交换台，炉体，石英坩埚，石墨坩埚；在铸锭炉热场中，石英坩埚和外层的石墨坩埚共同置于热交换台上，热交换台用导热性好的厚板制成，由三根石墨立柱支撑着；其特征在于热交换台和石墨坩埚底板接触的上表面上，设置了迷宫型沟槽，沟槽的两端分别设置了氩气进口和氩气出口，并通过两根石墨立柱中间的通孔和氩气管路连通，氩气进口的一端连接了底部进气控制装置和氩气罐，氩气罐通过输气管连通了顶部进气控制装置和顶部进气管；氩气出口的一端连接了顶部进气管。
2.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭炉的氩气降温装置，其特征在于所述的输气管是金属波纹管。
专利摘要多晶硅铸锭炉的氩气降温装置，包括氩气罐，顶部进气控制装置，底部进气控制装置，顶部进气管，输气管，石墨立柱，热交换台。热交换台上表面设置了迷宫型沟槽，沟槽的两端分别设置了氩气进口和氩气出口,并通过两根石墨立柱中间的通孔和氩气管路连通，氩气进口的一端连接了底部进气控制装置和氩气罐，氩气罐通过输气管连通了顶部进气控制装置和顶部进气管；氩气出口的一端连接了顶部进气管。由于氩气在热交换台的沟槽中流动，使石墨坩锅的整个底部均匀冷却，固液临界面呈水平状态逐步向上移升，直至“透顶”。因为散热均匀，消除了硅锭内部的局部应力，裂纹减少，带有热量的回用氩气提高了透顶处的温度，有助于排杂，还可以降低能耗。
文档编号C30B29/06GK202297866SQ20112037978
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者傅建根, 卫国军, 朱卫峰, 袁华均, 金越顺 申请人:浙江精功新能源有限公司