补充掺杂装置及直拉单晶炉的制作方法

本实用新型一般涉及单晶硅生生产技术领域，尤其涉及一种补充掺杂装置及直拉单晶炉。

背景技术：

在光伏行业单晶硅的生产拉晶过程中，为了满足单晶硅的型号和电阻率，通常需要掺入不同种类和数量的掺杂剂。目前常用掺杂剂的掺杂方法有直接掺杂法，即根据目标电阻率的要求将一定量的掺杂剂和原生多晶硅料同时放入坩埚内熔化，掺杂剂和原生多晶硅料同时经过高温熔化，并随着硅熔液的流动均匀分布在熔体中，但是该方法适用于熔点和蒸发温度较高的掺杂剂，比如硼、砷等元素，当掺杂剂的熔点和蒸发温度较低时，比如镓，磷等元素，随着加热和拉晶的过程，掺杂剂在硅液中的量已远低于预期值，这样如果继续拉晶，产出的晶棒电阻率已偏离目标值，这样会造成晶棒品质不稳定，晶棒良率降低。针对该问题，就需要在拉晶过程中对掺杂剂进行补充，但现有的补充掺杂装置一般将补充掺杂剂直接进入硅熔液中，通过热动力熔化在硅熔液中，这样加入的方式使掺杂剂掺入的范围有限，无法快速均匀地溶入硅熔液中，影响了补充掺杂的均匀性，进而影响了所拉制单晶硅棒的电阻率的均匀性。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种补充掺杂装置及直拉单晶炉，解决或部分解决制备的单晶硅棒的电阻率均匀性难以满足标准的问题。

第一方面，本实用新型提供一种补充掺杂装置，用于直拉单晶炉内，包括储料部，连接杆和外转接部，其中，所述外转接部的一端用于与所述直拉单晶炉连接，所述外转接部的另一端与所述连接杆一端可拆卸连接，所述连接杆另一端与所述储料部一端连接，所述储料部另一端设有出料口；所述储料部包含储料腔，所述出料口至所述储料腔轴心的垂直距离小于所述储料腔内壁至所述储料腔轴心的最小垂直距离。

在一个实施例中，所述连接杆包括连接段和掺杂段，所述连接段一端与所述外转接部可拆卸连接，所述连接段另一端与所述掺杂段一端连接，所述储料部一端与所述掺杂段另一端连接，所述连接段沿单晶的拉制方向延伸，所述掺杂段与所述连接段之间具有大于0度小于180度的夹角。

在一个实施例中，所述掺杂段与所述连接段之间的夹角为90度。

在一个实施例中，所述储料腔自所述储料部与所述连接杆的连接处延伸至所述出料口，所述储料部与所述掺杂段的设置方向具有负10度至10度的夹角。

在一个实施例中，所述储料部的设置方向垂直于所述单晶的拉制方向。

在一个实施例中，所述储料腔在垂直于轴心方向的截面积，自所述储料部与所述连接杆的连接处至所述出料口，先增大后缩小。

在一个实施例中，该装置还包括紧固件，所述外转接部一端具有第一连接结构，所述连接杆一端具有第二连接结构，通过所述紧固件将所述第一连接结构和所述第二连接结构连接，所述紧固件为螺栓、抱箍或销钉中的一种。

在一个实施例中，所述外转接部采用碳碳复合材料制成，所述连接杆和所述储料部均采用高纯石英制成。

在一个实施例中，所述储料腔内放置的补充掺杂剂为高纯镓。

第二方面，本实用新型提供一种直拉单晶炉，包括外驱动部和第一方面所描述的补充掺杂装置，所述外驱动部用于驱动所述补充掺杂装置转动。

根据本申请实施例提供的技术方案，方案中提供一种补充掺杂装置及直拉单晶炉，补充掺杂装置用于直拉单晶炉，包括储料部，连接杆和外转接部，其中，所述外转接部的一端用于与所述直拉单晶炉连接，所述外转接部的另一端与所述连接杆一端可拆卸连接，所述连接杆另一端与所述储料部一端连接，所述储料部另一端设有出料口；所述储料部包含储料腔，所述出料口至所述储料腔轴心的的垂直距离小于所述储料腔内壁至所述储料腔轴心的最小垂直距离。该装置能够在拉制单晶的过程中放入单晶炉内，使掺杂剂的添加与单晶硅棒的拉制同步进行，储料部内放置补充掺杂剂，可将补充掺杂剂补充进入硅熔液中，通过连接杆的延伸可将补充掺杂剂在硅熔液中的掺杂范围扩大，通过转动，可进一步提高掺杂剂进入硅熔液的速度和均匀性，从而保证所拉制的单晶硅棒各个部分掺杂剂的均匀性，提高了制备的当前单晶硅棒的电阻率均匀性，进而提高了当前单晶硅棒的品质。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本申请实施例提供的补充掺杂装置的立体图；

图2示出了本申请实施例提供的补充掺杂装置的剖视图。

图中：1-连接杆，11-连接段，12-掺杂段，2-储料部，21-储料腔，3-外转接部，4-紧固件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如背景技术中提到的，当前单晶硅棒的制备过程中，由于掺杂剂的分凝特性以及在工艺过程中的挥发损耗造成单晶硅棒拉制过程中，硅熔液中的掺杂剂浓度差别较大，由此导致了制备的单晶硅棒的电阻率均匀性难以满足标准，进而影响单晶硅棒的品质。因此，如何解决因掺杂剂的浓度差异所引起的单晶硅棒的电阻率均匀性难以满足所设定的目标值的问题将成为本申请的改进方向。针对上述目的，本申请实施例提供一种补充掺杂装置及直拉单晶炉。

参见图1和图2，图1和图2示出了本实施例提供的补充掺杂装置。

该装置包括储料部2，连接杆1和外转接部3，其中，所述外转接部3的一端用于与所述直拉单晶炉连接，所述外转接部3的另一端与所述连接杆1一端可拆卸连接，所述连接杆1另一端与所述储料部2一端连接，所述储料部2另一端设有出料口；所述储料部2包含储料腔，所述出料口至所述储料腔轴心的垂直距离小于所述储料腔内壁至所述储料腔轴心的最小垂直距离。

所述连接杆1包括连接段11和掺杂段12，所述连接段11一端与所述外转接部3可拆卸连接，所述连接段11另一端与所述掺杂段12一端连接，所述储料部2一端与所述掺杂段12另一端连接，所述连接段11沿所述拉制方向延伸，所述掺杂段12与所述连接段11之间具有大于0度小于180度的夹角。优选的，所述掺杂段与所述连接段之间的夹角为90度。

当检测到单晶硅棒的电阻率较高时，在拉单晶的过程中将该装置伸入单晶炉内，直至储料部2的储料腔21被熔液浸没，接着通过外部装置驱动外转接部3、连接杆1及储料部2转动，通过离心使掺杂剂均匀地补充至硅熔液中。掺杂剂的补充添加与单晶硅棒的拉制同步进行，从而保证拉制的当前单晶硅棒各个部分掺杂剂的均匀性。

需要说明的是，单晶炉具有旋转接头，所述外转接部3的形状与所述旋转接头的形状大小适配，所述外转接部3可以直接连接于单晶炉的旋转接头上。

所述储料腔21自所述储料部2与所述连接杆1的连接处延伸至出料口，所述储料腔21与所述掺杂段的设置方向具有负10度至10度的夹角。优选的，所述储料部的设置方向垂直于单晶的拉制方向。

所述储料腔21在垂直于轴心方向的截面积，自所述储料部2与所述连接杆1的连接处至所述出料口，先增大后缩小。

所述出料口的内径大小为15-20mm。

所述储料腔21内放置高纯镓，所述高纯镓可以为高纯镓颗粒。高纯镓颗粒的纯度为99.99％～99.9999％，也可以高纯镓颗粒换为高纯镓颗粒或高纯镓块。

需要说明的是，所述外转接部3采用碳碳复合材料制成，所述连接杆1和所述储料部2采用高纯石英制成。因为熔液的成分为硅熔液，因此连接杆1采用成分为sio2的高纯石英，高纯石英的组分中：sio2≥99.9-99.99％，不容易对硅液造成污染。所述外转接部为碳碳复合材料，碳碳复合材料强度高，韧性好，耐高温强。需要强调的是，连接杆1采用实心结构，实心结构能够提高连接杆的强度，可以保持长时间的高温环境下形状不变。

优选的，所述连接杆1为l型连接杆。其中，所述连接段11和所述外转接头的长度之和为205-220mm，所述掺杂段12的长度为75-100mm。

此外，该装置还包括紧固件4，所述外转接部3一端具有第一连接结构，所述连接杆1一端具有第二连接结构，通过所述紧固件4将所述第一连接结构和第二连接结构连接。

紧固件4可以是螺栓，销钉或铆钉。以紧固件4是螺栓为例，所述第一连接结构为设于外转接部3上的一个连接孔，所述第二连接结构为设于连接杆1上的另一个连接孔，所述螺栓穿过两个所述连接孔通过螺母紧固。通过螺栓和螺母对外转接部3和连接杆1进行固定，从而实现所述外转接部3与所述连接杆1可拆卸连接。

为便于对本申请的理解，下面以拉制单晶硅的工艺过程为例，结合补充掺杂的各个步骤对本发明提供的补充掺杂装置的使用做进一步的描述。

直拉法生产单晶硅定量的补充掺杂过程具体包括以下步骤：

1)将外转接部3与外驱动部连接，将带有储料部2的连接杆1通过紧固件4与外转接部3连接，装配好补充掺杂装置；

2)当检测到电阻率异常时，在储料部2内装入一定量的高纯镓颗粒，将该补充掺杂装置放入单晶炉副室内进行吹扫净化；

3)将储料部2降至热屏中部预热10min；

4)降至热屏下沿处预热10min；

5)预热完成后，缓慢下降直至储料部2被熔液完全浸没，通过外驱动部驱动所述补充掺杂装置转动20min后提出整个装置，掺杂剂添加完成；

6)将该补充掺杂装置的储料部2提升至热屏下沿处冷却10min，提升至热屏中部冷却10min，提升至单晶炉的副室隔离冷却10min取出。

储料部2被熔液浸没时，高纯镓颗粒与熔液融合，通过调整储料部没入硅溶液中的深度调整掺杂范围。进一步，通过外驱动部驱动补充掺杂装置旋转，将储料部2内的高纯镓通过离心作用补充至硅溶液中，可进一步提高掺杂剂进入硅熔液的速度和均匀性。

另外，本实施例还提供一种直拉单晶炉，包括外驱动部和上面所描述的补充掺杂装置，所述外驱动部用于驱动所述补充掺杂装置转动。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。