一种带有载气加热装置的多晶铸锭炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多晶铸锭炉，尤其涉及一种带有载气加热装置的多晶铸锭炉，属于晶体生长设备领域。
【背景技术】
[0002]多晶铸锭炉包括炉体、隔热笼、加热器、换热平台、引流装置。加热器包括顶加热器和侧加热器，设置在隔热笼内；换热平台通过石墨立柱装配于下炉体并位于隔热笼内。装满硅料的坩祸放置在换热平台上，位于侧加热器内；引流装置贯穿并装配在隔热笼的顶隔热板上，其下端出口对着坩祸的中心部，用于输运载气。铸锭炉采用四侧面、顶面五面加热，则坩祸内液态硅的四边侧的温度高于中部的温度，将形成四边侧的液态硅上浮、中部的液态硅下沉的自然对流流场。四边侧温度较高的液态硅中熔解的某些杂质(如碳、氮)的熔解度若达到或接近饱和，当其流到中部时，由于温度降低，杂质熔解度达到过饱和，将导致杂质如碳、氮等形核析出；杂质核随着液流下沉温度下降并逐步生长形成杂质夹杂物。冷载气经引流装置的出口集中垂直地吹射液态硅的中心区域，载气从该区域液态硅中带走大量的热量，造成该中心区域液态硅温度进一步下降，过冷度增强，从而促进液态硅中的杂质如碳、氮等杂质过饱和形核析出，并促进杂质核生长形成宏观杂质，如碳化娃杂质、氮化娃杂质。碳化硅杂质具有电活性，影响太阳能电池的转化效率。因此，亟需开发一种带有载气加热装置的多晶铸锭炉，把冷载气经加热成温度较高的热载气后，再由引流装置吹射坩祸中的液态娃，以减少液态娃中载气导致的杂质形核及杂质核生长。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种带有载气加热装置的多晶铸锭炉。以克服现有技术中所存在的问题:冷载气集中吹射液态硅表面的某一区域，如中部区域，载气从该区域带走大量的热量，造成该区域大幅降温，液态硅过冷，促进液态硅中杂质形核及杂质核生长形成杂质夹杂物。
[0004]本发明的技术方案是提供一种带有载气加热装置的多晶铸锭炉，包括装配于铸锭炉内用于向炉内输送载气的引流装置，其设计要点在于:还包括用于加热载气的加热装置，所述加热装置的输出端和引流装置的输入端相连通，输入端和载气的输气管连通。
[0005]在应用中，本发明多晶铸锭炉还有如下进一步优选的技术方案。
[0006]优选地，所述加热装置为空气加热器，空气加热器的壳体内设置隔热层，空气加热器的输出端和引流装置的输入端通过配接管道连通，输入端和载气的输气管连通;所述配接管道的外部包覆隔热层。
[0007]优选地，所述空气加热器为肋管式空气加热器。
[0008]优选地，所述加热装置为加热管，所述加热管设置于铸锭炉的隔热笼内，加热管的输出端和引流装置的输入端通过配接管道连通，输入端和载气的输气管连通。
[0009]优选地，所述加热管迂回分布，设置于铸锭炉的加热器和隔热笼之间。
[0010]优选地，所述加热管为翅片管，设置于加热器的顶加热器和隔热笼的顶隔热板之间。
[0011 ]优选地，所述肋管、加热管的材质为钼、妈或钛。
[0012]本发明多晶铸锭炉带有载气加热装置，冷载气先经加热装置加热后形成温度较高的热载气，而后将该热载气经引流装置吹射坩祸内的硅料。当载气的温度低于液态硅的温度时，载气从所吹射区域的液态硅中所带走的热量少，载气所吹射区域的液态硅的局域温度降幅大大减少，过冷度减小，液态硅中载气导致的杂质的形核机率减少，降低甚至消除了液态硅中由载气所促进的杂质的形成；当载气的温度高于所吹射区域的液态硅的温度时，载气对所吹射区域的液态硅补给热量，使该区域液态硅的温度升高，减少液态硅中径向的温度差，抑制该区域液态硅中的杂质形核，消除了载气所促进的杂质的形成，提高晶体的质量。
[0013]本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种带有载气加热装置及其导流装置的多晶铸锭炉。以克服现有技术中所存在的问题:冷载气集中吹射液态硅表面的某一区域，载气对液态硅产生载气应力，而没有形成沿液态硅中心作周向分布的载气应力，液态硅中难以形成旋转流场，不利于杂质的挥发，以及不利于杂质的输运和均匀分布，导致晶体的径向电阻率差异大；另一方面，冷载气从该区域带走大量的热量，造成该区域降温，导致液态娃组份过冷，促进液态娃中杂质形核及杂质核生长形成杂质夹杂物。
[0014]本发明的一种技术方案是提供一种带有载气加热装置及导流装置的多晶铸锭炉，包括隔热笼和导流装置，所述隔热笼为主要由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其设计要点在于:还包括用于加热载气的加热装置;所述导流装置至少由配接筒和导流筒构成，所述配接筒包括固定连接的配接筒部和进气台部，配接筒部为沿其中心线方向设置通孔的柱体，进气台部设置在配接筒部的外部，进气台部内设置用于载气流入的进气孔，配接筒部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的下端开口的第一分流腔，所述进气孔和第一分流腔间通过连通气道连通;所述导流筒为沿其中心线方向设置通孔的柱体，导流筒上端部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的上端面开口的第二分流腔，第二分流腔和第一分流腔相对应;所述导流筒的筒壁内设置至少一条自第二分流腔下端面沿着非等螺距的圆柱状螺旋线向下延伸的导流气道，导流气道的出口位于导流筒的下端;所述导流筒的上端部穿过顶隔热板中部的通孔，和设置在顶隔热板上方的配接筒轴向固定连接;所述加热装置的输出端和导流装置的进气孔通过配接管道连通，输入端和载气的输送管连通。
[0015]在应用中，本发明多晶铸锭炉还有如下进一步优选的技术方案。
[0016]优选地，所述连通气道的一端部和进气孔相切连通，另一端部和第一分流腔的侧面相切连通。
[0017]优选地，所述加热装置为空气加热器，空气加热器的壳体内设置隔热层，空气加热器的输出端和导流装置的进气孔通过配接管道连通，输入端和载气的输送管连通;所述配接管道的外部包覆隔热层。
[0018]优选地，所述空气加热器为肋管式空气加热器。
[0019]优选地，所述加热装置为加热管，所述加热管设置于铸锭炉的隔热笼内，加热管的输出端和导流装置的进气孔通过配接管道连通，输入端和载气的输气管连通。
[0020]优选地，所述加热管呈迂回分布，设置于铸锭炉的加热器和隔热笼之间。
[0021]优选地，所述加热管为翅片管，设置于加热器的顶加热器和隔热笼的顶隔热板之间。
[0022 ]优选地，所述肋管、加热管的材质为钼、妈或钛。
[0023]优选地，所述导流气道出口段的螺旋线的螺距逐渐减小，导流气道的出口位于导流筒的下端面;或者，
[0024]所述导流气道出口段的螺旋线的螺距逐渐减小、半径逐渐增大，导流气道的出口位于导流筒外侧面的下端或位于导流筒的外侧面和下端面的交处。
[0025]优选地，所述导流气道的数量为2个、3个或4个，围绕着导流筒的中心线均匀分布。
[0026]本发明多晶铸锭炉的导流装置内置多条用以改变载气流向的导流气道，导流气道的出口围绕着导流装置的中心线沿相同的角向均匀分布，载气经导流装置被分成多条载气流，多条载气流分散倾斜地吹射液态娃表面的不同区域，产生围绕液态娃中心分布的载气应力，载气应力驱动表面层液态硅流动，在液态硅中形成作周向流动的旋转流场。旋转流场有利于将液态硅内部的杂质输送到表面，促进杂质的挥发;有利于液态硅中质杂的输运和均匀分布，晶体的径向电阻率更均匀。所述导流装置中通向铸锭炉内的视场无遮挡，通过炉顶的观察窗可以看到炉内硅料的状态、插入测晶棒测量晶体的生长速度;红外探测仪可以探测到炉内硅料的状态。冷载气先经加热装置加热后形成温度较高的热载气，而后将该热载气经引流装置吹射坩祸内的硅料。当载气的温度低于液态硅的温度时，载气从所吹射区域的液态硅中所带走的热量少，该区域的液态硅的温度降幅大大减少，液态硅中载气导致的杂质形核机率减少，降低甚至消除了载气所促进的杂质的形成；当载气的温度高于所吹射区域的液态硅的温度时，载气对所吹射区域的液态硅补给热量，使该区域液态硅的温度升高，减少液态硅中径向的温度差，抑制该区域液态硅中的杂质形核及杂质核生长。
[0027]本发明的另一种技术方案是提供一种带有载气加热装置及导流装置的多晶铸锭炉，包括隔热笼和导流管，所述隔热笼为主要由侧隔热板、顶隔热板和底隔热板所构成的腔体，其设计要点在于:还包括导流装置和用于加热载气的加热装置，所述导流装置包括固定连接的导流筒部和进气台部，导流筒部为沿其中心线方向设置通孔的柱体，进气台部设置在导流筒部的外部;所述导流筒部上端部的筒壁内设置与其共中心线的呈环状的分流腔；进气台部内置用于载气流入的进气孔，进气孔和分流腔间通过连通气道连通;所述导流筒部的筒壁内设置至少一条自分流腔的下端面沿着非等螺距的圆柱状螺旋线向下延伸的导流气道，导流气道的出口位于导流筒部的下端;所述导流管装配在顶隔热板上，其下端穿过顶隔热板中部的通孔，并从顶隔热板的下端面伸出；所述导流装置和导流管下端部轴向固定连接;所述加热装置的输出端和导流装置的进气孔通过配接管道连通，输入端和载气的输送管连通。
[0028]在应用中，本发明多晶铸锭炉还有如下进一步优选的技术方案。
[0029]优选地，所述连通气道的一端部和进气孔相切连通，另一端部和分流腔的侧面相切连通。
[0030]优选地，所述加热装置为空气加热器，空气加热器的壳体内设置隔热层，空气加热器的输出端和导流装置的进气孔通过配接管道连通，输出端用于和载气的输气管连通;所述配接管道的外部包覆隔热层。
[0031]优选地，所述空气加热器为肋管式空气加热器。
[0032]优选地，所述加热装置为加热管，所述加热管设置于铸锭炉的隔热笼内，加热管的输出端和导流装置的进气孔通过配接管道连通，输出端和载气的输气管连通。
[0033]优选地，所述加热管呈迂回分布，设置于铸锭炉的加热器和隔热笼之间。
[0034]优