专利名称：在晶体生长装置中配置加热组件的系统和方法
技术领域：
本发明是关于用于晶体生长和方向性固化(directional solidification)的熔 炉，尤其关于用来在晶体生长装置中配置至少一个加热组件的系统和方法。
背景技术：
方向性固化系统(directional solidification system，DSS)是用来产生例如用 于光伏工业(photovoltaic industry)的多晶硅锭。DSS熔炉用于譬如硅的起始材料的晶 体生长和方向性固化。于DSS制程中，硅原料(silicon feedstock)能够于同一熔炉中熔 化和方向性固化。现有的方式是，将含有硅的进料(charge)的坩埚放置在熔炉中，加热组 件配置在坩埚的附近。用于DSS熔炉的加热组件能够是电阻性或电感性的。于电阻加热的情况中，电流 流经电阻器并且加热加热组件，而能够将加热组件设计成具有特定的材料、电阻性、形状、 厚度、和电流路径以符合操作温度和电力需求。于感应型加热中，典型地将水冷式加热线圈 环绕硅进料，而流经线圈的电流通过该进料耦接以达成进料的适当加热。DSS熔炉尤其适合用于在光伏(PV)应用中所使用的硅锭的晶体生长和方向性固 化。此种熔炉亦能够用来生长用于半导体应用的硅锭。对于任一类型的应用，期望产生大 的硅锭以降低平均生产成本。然而，当生产较大锭块时，会变得愈来愈难以控制流经DSS熔 炉的热，以求于生产锭块期间达成实质受控的加热和排热。若热流没有全面性地受到实质 控制热流，则产品的品质可能受到损害。在受到方向性固化的硅锭产品中，一般使用电阻型加热组件。加热组件可以是圆 柱形，以便围绕含有硅进料的坩埚，向坩埚供热以便熔化该进料。对于PV应用而言，期望使 用矩形/方形剖面的锭块，而加热组件能够是圆柱形或矩形/方形。在进料熔化之后，以受 控的方式从该进料排热，以便提升方向性固化。于实践中，在锭块的剖面积变得较大时，熔炉设计成具有多个加热组件以尽力控 制热流。举例而言，于某些应用中，已使用多个加热组件来控制于不同区域的温度梯度。然 而，使用多个加热组件会增加系统的复杂性，并且使得很难精确地控制热流，尤其是在生产 环境中。期望提供一种设备，其中加热组件设置在熔炉中，以便精确地控制通过熔炉的热 流。亦期望以一种简化加热组件的控制的方式配置加热组件。本发明的晶体生长和方向性 固化系统及相关方法将克服目前可使用的方法和系统的缺点。
发明内容
本发明提供在晶体生长装置中配置加热组件的系统和方法，该晶体生长装置能够 是熔炉，用来提升进料(例如，用来形成锭块的硅进料)的晶体生长和方向性固化。加热组 件是配置于装置中，其中加热组件较佳至少包含第一加热构件和第二加热构件，该第一加 热构件和第二加热构件为电性并且热耦接，并且能够经由同一电路连接。能够设有至少一个连接组件以将该第一加热构件和第二加热构件的至少其中之一连接至晶体生长装置，而 且所述至少一个连接组件用以互连该第一加热构件和/或第二加热构件。再者，可以设有 额外的连接组件以连接第一加热构件和第二加热构件的诸段(section)。连接组件能够是 用来形成机械互连的加热夹(heating clip)。加热夹能够具有适当的尺寸，使得该加热组 件的第一加热构件和/或第二加热构件与晶体生长装置中含有进料的坩埚以预定距离隔 开。通过设置多个加热构件，能够通过将各构件设计成具有期望的电阻值，而改变各 构件间的功率比率(power ratio)。依照本发明的晶体生长装置能够包含容置于坩埚中的原料材料，该坩埚配置于 装置中；以及配置于该装置中的加热组件，该加热组件至少包含可以操作地连接至第二加 热构件的第一加热构件，该第一加热构件和第二加热构件构造为加热并熔化该原料材料。本发明的其它形式和实施例讨论如下。
为了能够较完全了解本发明的性质和期望的目的，配合附图而参照上列的实施方 式，其中相同的附图标记表示各图中对应的部分，以及其中图1为依照本发明的结合有加热组件的晶体生长装置的剖面前视图；图2为图1中所示的加热组件的立体图；图3为图2的加热组件的放大立体图，显示多个加热器夹用来互连加热组件的多 个构件，并且将加热组件接附于晶体生长装置；图4为图3的加热组件的顶部平面视图；图5描绘出依照第一较佳实施例而适合使用图3的加热组件的加热器夹的各种视 图；以及图6描绘出依照第二较佳实施例而适合使用图3的加热组件的加热器夹的各种视 图。
具体实施例方式参考下列定义而能够很清楚地了解本发明如说明书和权利要求书中所使用者，除非上下文中清楚地表示了其它的意义，否 则单数形式的“a (—个)”、“an (—个)”和“the (该)”包含多个参考关系。如本文中所说明的“熔炉”或“晶体生长装置”指的是用来提升晶体生长和/或方 向性固化的任何设备或装置，包含但不限于晶体生长熔炉和方向性固化(DSS)熔炉，而此 种熔炉对于光伏(PV)和/或半导体应用的硅锭生长特别有用。用于在晶体生长装置(例如，用来提升晶体生长和/或方向性固化的熔炉)中配 置加热组件的系统较佳包含配置在熔炉中的方向性固化块上的坩埚，该坩埚组构成容置譬 如硅的原料材料。加热组件配置在装置中，该加热组件包含至少一个构件，较佳情况是至少 第一加热构件和第二加热构件，第一加热构件与第二加热构件电性并且热耦接，并且能够 经由同一电路连接。通过设置多个加热构件，能够通过将各构件设计成具有期望的电阻值， 而改变各构件间的功率比率。
能够设置至少一个连接组件以连接所述至少第一加热构件和第二加热构件，其中 能够提供所述至少一个连接组件用以连接该第一加热构件和/或第二加热构件至晶体生 长装置，并且用以互连该第一加热构件和第二加热构件。再者，该连接组件可以是例如通过 紧固件(fastener)而以机械方式互相连接和/或连接至晶体生长装置的加热夹。加热夹 能够具有适当的尺寸，使得该加热组件的第一加热构件和/或第二加热构件与坩埚以预定 距离隔开。本发明所涵盖的是在晶体生长装置中配置加热组件的系统和相关方法。晶体生长装置2绘示于图1中，该晶体生长装置2能够是用来使碇块从譬如硅的 原料材料生长的熔炉。较佳情况是该装置2为方向性固化的熔炉，该熔炉使用方向性固化 制程以提升晶体生长和方向性固化。方向性固化块8支撑于装置2内部，并且构造为容置 坩埚9，该坩埚9含有例如硅进料的进料。加热组件10较佳为配置在晶体生长装置2中，其中该加热组件10能够由多个支 撑组件4所支撑，所述多个支撑组件4附接于连接至该加热组件10的电极6。支撑组件4 较佳为结合有导电线，用来经由电路而电性连接加热组件10，以便向加热组件10输送电力 并且控制该加热组件10的操作。参照图2，加热组件10较佳包含多个加热构件，其中所述多个构件较佳为在单一 电路中可操作地连接。如图2中所示，加热组件10较佳至少包含第一加热构件12和第二 加热构件14，其中所述多个加热构件被热和电性连接，而使得所述多个加热构件本质上作 用为单一加热器。举例而言，第一加热构件12能够是顶部加热器而第二加热构件14能够 是侧部加热器，各顶部和侧部加热器包含多个线圈。尤其在生长大锭块的应用中，期望设置多个加热组件和/或构件，以便达成包含 在坩埚中的整个原料实质平均的加热，并且适当地控制流经坩埚的热流。依照本发明，多个 加热构件能够连接在一起，以便提供加热构件的整合控制。虽然是参考第一加热构件和第 二加热构件来说明加热组件，但是于加热组件中仅设置单一加热构件、或者额外的例如三 个或更多的加热构件，亦在本发明的范围内。换言之，加热组件10较佳包含一个或多个加 热构件，而这些构件较佳连接在一起使得加热组件10通过单一电路而被驱动。依照本发明，能够使用一个或多个连接组件以将第一加热构件和第二加热构件的 至少其中一个连接至晶体生长装置，该连接组件亦用来互连该第一加热构件和第二加热构 件。本文中所说明的一个或多个连接组件能够是夹子，用来以机械方式连接各种的加热构 件和/或晶体生长装置。参照图2至图4，设置多个夹子20、22、和24，用来将至少该第二加热构件14连接 至晶体生长装置2。于此例中，显示了三个此种夹子，但能够使用任何数目的夹子。例如，用 于特定应用的适当数目的夹子可以是在大约2至15个夹子之间，但本发明可以包含更多或 更少数目的夹子。于实践中，可以适合使用大约3至6个夹子。各夹子包含多个孔，用来容 装譬如螺栓、螺钉等的紧固件。参照图2，夹子20、22、和24各被构造为容装电极6，该电极 6能够附接于支撑组件4，用来支撑和电性连接于晶体生长装置2中的加热组件10。虽然 图2中绘示了三个夹子，但是依据该加热组件10如何被组构以支撑于装置2而定，可以使 用任何数目的夹子。此外，一个或多个夹子能够电性连接于用来控制加热组件10的电路， 而其它的夹子可以电性不起作用。如图2中所示，夹子20、22、和24彼此平均地隔开，以此适当地支撑加热组件10。虽然所示的夹子连接至第二加热构件14，但是于使用时，夹子较佳是同时接附至第一加热 构件12和第二加热构件14。或者，夹子可以仅附接至其中一个加热构件，而加热构件可以 通过其它的连接组件而互连。又或者，可以使用其中一些夹子将第一加热构件和第二加热 构件二者与晶体生长装置予以互连，而其它的夹子可以仅将第一加热构件和第二加热构件 其中一者与晶体生长装置互连。较佳为设置一个或多个额外的连接组件用来分别互连该第一加热构件12和第二 加热构件14的一段或多段。参照图3和图4，设置多个连接组件或夹子32、34、36、和38用 来连接第二加热构件14的多段，其中夹子32、34、36、和38设置于角落处连接不同段的第二 加热构件14或侧部加热器。能够设置相似的连接组件或夹子以互连第一加热构件的多段。为求清楚，加热夹20、22、和24显示出未与图2至4中的晶体生长装置2和第一加 热构件12连接。然而，于实践中，各夹子构造为通过电极6、支撑组件4、与装置2之间的互 连而将该第一加热构件12和第二加热构件14的至少其中之一与该晶体生长装置2予以连 接。各夹子还构造为互连该第一加热构件12和第二加热构件14。例如，如图3中所示，各 夹子的底面构造为与第一加热构件12的一段连接，而使得第一加热构件12和第二加热构 件14以机械方式连接在一起，并且于使用期间较佳地以热和电方式连接。图5和6描绘有用于本发明的加热器夹的替代较佳实施例。可以例如根据加热组 件相对于晶体生长装置中的坩埚而将被配置的期望距离来选择适当的加热器夹。例如，对 于给定尺寸的晶体生长装置，譬如图6中所示的较长的加热器夹，会将加热组件设置于较 接近相对于含有例如硅进料的生长材料的坩埚的附近。经由比较，可知譬如图5中所示的 较短的加热器夹会具有加热组件与坩埚之间较长的距离。换言之，能够根据加热组件(或 该加热组件的一个或多个加热构件)与坩埚之间的预定距离而选择特定的加热器夹组构。 如本文中所提供的，能够使用不同尺寸和组构的加热器夹以控制在方向性固化期间的热 流。亦能够根据所使用的加热构件的数目而选择特定的加热器夹。例如，若仅使用第 二加热构件(侧部加热器)，则可以使用较短的加热器夹，于此情况以图5的加热器夹为较佳。虽然已经使用特定用语来叙述本发明的较佳实施例，但是此等叙述仅是例示的目 的，应了解到在不偏离下列权利要求书的精神和范围下可以作改变和变化。在此引用的所有的专利、公告的专利申请案和其它参考资料的整个内容以此特地 将其内容全部并入本文中作为参考。
权利要求
一种晶体生长装置，包括容置于坩埚中的原料材料，该坩埚配置于该装置中；以及配置于该装置中的加热组件，该加热组件至少包含可以操作地连接于第二加热构件的第一加热构件，该第一加热构件和第二加热构件构造为加热并熔化该原料材料。
2.如权利要求1所述的晶体生长装置，其中，该第一加热构件和第二加热构件经由相 同的电路而连接。
3.如权利要求1所述的晶体生长装置，其中，该第一加热构件和第二加热构件彼此电 性耦接。
4.如权利要求1所述的晶体生长装置，其中，该第一加热构件和第二加热构件彼此热華禹接。
5.如权利要求1所述的晶体生长装置，还包括至少一个夹子，该夹子构造为将该第一 加热构件和该第二加热构件的至少其中一个连接至该装置。
6.如权利要求5所述的晶体生长装置，其中，所述至少一个夹子构造为互连该第一加 热构件和第二加热构件。
7.如权利要求5所述的晶体生长装置，其中，所述至少一个夹子的尺寸被设计成使得 该第一加热构件和第二加热构件的至少其中一个配置成与该坩埚相距预定的距离。
8.如权利要求1所述的晶体生长装置，还包括多个夹子，所述多个夹子配置在该加热 组件上，用以将该加热组件连接至该装置。
9.如权利要求8所述的晶体生长装置，还包括多个紧固件，用以被容置在所述多个夹 子中。
10.如权利要求1所述的晶体生长装置，其中，该第一加热构件和第二加热构件分别沿 着该坩埚的顶部和侧部配置。
11.一种晶体生长装置，包括容置于坩埚中的原料材料，该坩埚配置于该装置中；以及配置于该装置中的加热组件，该加热组件至少包含第一加热构件，该第一加热构件通 过至少一个夹子连接至第二加热构件，该第一加热构件和第二加热构件构造为加热并熔化 该原料材料。
12.如权利要求11所述的晶体生长装置，其中，所述至少一个夹子的尺寸被设计成使 得该加热组件配置成与该坩埚相距预定的距离。
13.如权利要求11所述的晶体生长装置，其中，所述至少一个夹子构造为将该加热组 件连接至该装置。
14.如权利要求11所述的晶体生长装置，其中，该第一加热构件和第二加热构件经由 相同的电路而连接。
15.一种用于在晶体生长装置中配置加热组件的方法，包括下列步骤将原料材料容置于坩埚中，该坩埚配置于该装置中；以及相对于该坩埚而定位加热组件，该加热组件至少包含可以操作地连接至第二加热构件 的第一加热构件，该第一加热构件和第二加热构件构造为加热并熔化该原料材料。
全文摘要
一种在晶体生长装置中配置加热组件的系统和方法，包含连接譬如加热器夹的连接组件，该加热器夹用来互连该加热组件的一个或多个加热构件，并且用来将至少其中一个加热构件与晶体生长装置连接。该加热构件能够被电性和热耦接，以及能够经由相同的电路连接，以便简化加热组件的控制。
文档编号C30B35/00GK101978103SQ200980109702
公开日2011年2月16日 申请日期2009年3月19日 优先权日2008年3月19日
发明者卡尔·查捷, 圣塔纳·润格哈文·帕萨萨拉梯, 宁·端木, 迪恩·斯凯尔顿, 钱德拉·P·卡塔克 申请人:Gt太阳能公司