一种EB电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备及工艺的制作方法

本申请涉及多晶硅晶体生长生产，尤其涉及一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备及工艺。

背景技术：

1、现有eb电子束熔炼炉基本都采用水冷铜坩埚和冷床配合使用。在多晶硅熔化提纯过程中因硅液与水冷铜坩埚和冷床接触造成铜污染，且同时会和铜接触处形成硬壳，造成多晶硅原料浪费。因水冷铜坩埚和冷床散热非常快，在多晶硅融化过程中热量损失非常大，从而导致能耗非常高。液面和下拉机构不能有效配合从而产生质量问题。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本申请实施例提供一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备及工艺，采用陶瓷熔炼池和保温陶瓷环避免多晶硅原料和金属接触的污染和结壳同时有极大的降低了能耗。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备，包括：

3、熔炼炉体；

4、加料器，用于向所述熔炼炉体内添加多晶硅料；

5、电子枪组件，用于发射两束eb电子束；

6、陶瓷熔炼池，设置在所述熔炼炉体内，用于接收所述多晶硅料，并通过所述电子枪组件发射的一束eb电子束对所述多晶硅料进行加热熔化；

7、保温陶瓷环，用于接收所述陶瓷熔炼池熔化后的多晶硅液体，并通过所述电子枪组件发射的另一束eb电子束对多晶硅液体进行温度控制；

8、真空系统，分别对所述熔炼炉体、加料器和所述电子枪组件抽真空；

9、下拉结晶机构，布置在所述保温陶瓷环下方；

10、高效换热器，布置在所述保温陶瓷环下方且套设在所述下拉结晶机构外。

11、可选的，所述电子枪组件包括第一电子枪和第二电子枪，所述第一电子枪用于对所述陶瓷熔炼池内的多晶硅料进行加热熔化，所述第二电子枪用于对所述保温陶瓷环内的多晶硅液体进行温度控制。

12、可选的，所述第一电子枪所发射出的eb电子束能够全面覆盖到所述陶瓷熔炼池平面。

13、可选的，所述陶瓷熔炼池和保温陶瓷环所采用的陶瓷材料选自氮化硅陶瓷、氮化硅-碳化硅复合陶瓷、石英陶瓷、氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、石墨表面沉积陶瓷。

14、可选的，所述真空系统包括炉体真空系统和电子枪真空系统。所述炉体真空系统用于对熔炼炉体、加料器进行抽真空，所述电子枪真空系统用于对电子枪组件抽真空。

15、可选的，在熔炼过程中，多晶硅料由固态到液态提纯过程中会产生一定量的放气，炉体真空系统能将这些气体抽走。

16、可选的，所述保温陶瓷环和所述下拉结晶机构之间设置有晶体生长约束环，以防止下拉长晶时液态多晶硅液外流。

17、可选的，还包括红外测距器，用于检测生产过程中保温陶瓷环中的液面。

18、可选的，还包括控制器，所述控制器接收所述红外测距器测得的数据，输出控制信号给所述下拉结晶机构，以控制多晶硅晶体定向凝固速度。

19、根据本申请实施例的第二方面，提供一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长工艺，该工艺在第一方面所述的设备中实现，该工艺包括：

20、打开真空系统，分别对所述熔炼炉体、加料器和所述电子枪组件抽真空，以达到设定要求；

21、在加料器内装入多晶硅料，利用加料器向熔炼炉体内的陶瓷熔炼池输送多晶硅料；

22、通过所述电子枪组件发射的一束eb电子束对所述多晶硅料进行加热熔化，得到多晶硅液体；

23、将熔化后的多晶硅液体倒入保温陶瓷环内，在晶体生长过程中，通过所述电子枪组件发射的另一束eb电子束对多晶硅液体进行温度控制，再通过下拉结晶机构向下移动下拉出晶体，晶体逐步出保温陶瓷环后进入高效换热器，进行回火直到冷却。

24、本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

25、由上述实施例可知，相比于现有eb电子束熔炼炉基本都采用水冷铜坩埚和冷床配合使用，本申请采用陶瓷熔炼池和保温陶瓷环，可以避免多晶硅原料和金属接触的污染和结壳同时有极大的降低了能耗。

26、熔化过程中液面不断翻滚，将熔点低于多晶硅熔点的杂质气化通过真空系统排出，达到排杂效果。

27、对电子枪室进行抽真空，实践已证明抽气快，操作简单，并且真空质量高，使系统避免受到真空泵油蒸汽的污染，所提供的清洁高真空，减少了异常气体放电，可使阴极块在高温下长期、稳定、可靠地工作。

28、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备，其特征在于，所述电子枪组件包括第一电子枪和第二电子枪，所述第一电子枪用于对所述陶瓷熔炼池内的多晶硅料进行加热熔化，所述第二电子枪用于对所述保温陶瓷环内的多晶硅液体进行温度控制。

3.根据权利要求2所述的一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备，其特征在于，所述第一电子枪所发射出的eb电子束能够全面覆盖到所述陶瓷熔炼池平面。

4.根据权利要求1所述的一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备，其特征在于，所述陶瓷熔炼池和保温陶瓷环所采用的陶瓷材料选自氮化硅陶瓷、氮化硅-碳化硅复合陶瓷、石英陶瓷、氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、石墨表面沉积陶瓷。

5.根据权利要求1所述的一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备，其特征在于，所述真空系统包括炉体真空系统和电子枪真空系统，所述炉体真空系统用于对熔炼炉体、加料器进行抽真空，所述电子枪真空系统用于对电子枪组件抽真空。

6.根据权利要求1所述的一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备，其特征在于，在熔炼过程中，多晶硅料由固态到液态提纯过程中会产生一定量的放气，炉体真空系统能将这些气体抽走。

7.根据权利要求1所述的一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备，其特征在于，所述保温陶瓷环和所述下拉结晶机构之间设置有晶体生长约束环，以防止下拉长晶时液态多晶硅液外流。

8.根据权利要求1所述的一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备，其特征在于，还包括红外测距器，用于检测生产过程中保温陶瓷环中的液面。

9.根据权利要求8所述的一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备，其特征在于，还包括控制器，所述控制器接收所述红外测距器测得的数据，输出控制信号给所述下拉结晶机构，以控制多晶硅晶体定向凝固速度。

10.一种eb电子束熔炼及多晶硅晶体生长工艺，其特征在于，该工艺在权利要求1-9任一项所述的设备中实现，该工艺包括：

技术总结
本发明公开了一种EB电子束熔炼及多晶硅晶体生长设备及工艺，包括熔炼炉体；加料器，用于向熔炼炉体内添加多晶硅料；电子枪组件，用于发射两束EB电子束；陶瓷熔炼池，设置在熔炼炉体内，用于接收多晶硅料，并通过电子枪组件发射的一束EB电子束对多晶硅料进行加热熔化；保温陶瓷环，用于接收陶瓷熔炼池熔化后的多晶硅液体，并通过电子枪组件发射的另一束EB电子束对多晶硅液体进行温度控制；真空系统，分别对熔炼炉体、加料器和电子枪组件抽真空；下拉结晶机构，布置在保温陶瓷环下方；高效换热器，布置在保温陶瓷环下方且套设在下拉结晶机构外。本申请避免多晶硅原料和金属接触的污染和结壳同时有极大的降低了能耗。

技术研发人员：刘立新,杜农涛,何家壅,张建功
受保护的技术使用者：湖南立新硅材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15