专利名称：多晶硅铸锭炉的可变热交换装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及多晶硅铸锭炉热场领域，尤其是一种多晶硅铸锭炉的可变热交换装置及其控制方法。
背景技术：
目前常用的多晶硅铸锭炉热场结构如图1所示，由保温碳毡制成的固定式顶部隔热板、可升降式侧面隔热筒和固定式底部隔热板组成隔热笼，热交换台放于隔热笼内的立柱上，装满硅料的陶瓷坩埚的底部及四周用石墨护板保护。在硅料熔化阶段，侧面隔热筒降至零位，隔热笼完全封闭，通过加热器对坩埚内的硅料进行加热直至硅料完全熔化，然后进入晶体生长阶段，通过提升侧隔热筒，使热量从隔热笼底部流出，从而降低热场底部温度， 获得晶体生长所需的从下向上升高的温度梯度。这种热交换方式的不足之处在于热交换台为一实心的石墨体，厚度通常在120mm到160mm之间，其热交换能力很低，而且又是被动的、不可变的，晶体生长时需要散失的热量主要通过四周的坩埚壁和石墨护板向外扩散，这将导致靠近四周坩埚的硅熔体温度降低的速率远大于坩埚底部的硅熔体，使得坩埚内的等温面无法保持水平，晶体无法沿竖直方向由下上结晶，晶体质量差；此外，这种热交换方式在晶体生长后期通常因热交换能力较低，无法提供晶体生长所需的足够的温度梯度，导致晶体生长的速率大幅降低。所以，目前的铸锭炉热场结构存在缺陷，导致晶体质量和生产效率低。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种热交换能力强，可提高生产效率的多晶硅铸锭炉的可变热交换装置及其控制方法。为了达到上述目的，本发明所设计的多晶硅铸锭炉的可变热交换装置，它主要包括由顶部隔热板、侦愐隔热筒和底部隔热板组成的隔热笼，及内部的加热器、石墨护板和陶瓷坩埚，在陶瓷坩埚下部设有是石墨体的热交换台，在热交换台上通过矩阵排列设有若干竖直向下的方形散热孔，在热交换台下部设有支撑板，在热交换台与支撑板之间设有保温塞，保温塞材质是保温碳毡，保温塞为下大上小的金字塔结构，底部最大处恰好与方形散热孔尺寸一致，保温塞的个数与位置排列与方形散热孔对应，支撑板固定在升降杆上，升降杆从外部穿过底部隔热板伸入内部。多晶硅铸锭炉的可变热交换装置的控制方法，在硅料熔化时，让保温塞上移至最高位，充满散热孔，起加强保温作用；晶体生长初期，下移保温塞，散热孔开始散热，陶瓷坩埚底部温度迅速降低，形成足够的过冷度，晶核得以迅速有序形成；在结晶阶段，保温塞持续下移，散热孔的散热作用不断加强，保证上部硅熔体处于热区，下部结晶体处于冷区，这一温度梯度为晶体生长提供强劲的驱动力，并且可以通过调整保温塞下移的速度，实现对温度梯度的有效控制，进而实现晶体生长速度的可控性，通过散热孔的散热作用，使得隔热笼内上腔室热量沿由上而下的竖直方向扩散，保证了固液界面的水平性，这非常有利于硅锭的持续完整生长；当结晶结束进入退火阶段时，保温塞上移至最高位，停止散热孔的散热作用，保证笼内温度均勻，防止应力产生。本发明所得到的多晶硅铸锭炉的可变热交换装置及其控制方法，通过在热场中使用一种可变热交换装置，并通过升降杆带动支撑板和保温塞一起上下移动，调节散热孔的散热能力，能够主动控制晶体下方的散热速率，有效控制晶体生长速率。该装置可用于铸造法生长多晶硅锭，用于控制晶体下方的热量交换速率；该装置也可用于铸造法生长类单晶硅锭，在铸造法生长类单晶硅锭时，进入熔化后期，稍微下移保温塞，散热孔发挥散热功能， 控制坩埚底部处于适当的温度，可以起到保护坩埚底部仔晶不完全熔化的作用。
图1为典型的现有技术的铸锭炉热场的结构示意图；图2为本发明的结构示意图；图3为本发明的热交换台的立体结构示意图；图4为本发明的保温塞和支撑板的立体结构示意图。
具体实施例方式下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。实施例1 如图2所示，本实施例描述的多晶硅铸锭炉的可变热交换装置，它主要包括由顶部隔热板1、侧面隔热筒2和底部隔热板3组成的隔热笼，及内部的加热器4、石墨护板5和陶瓷坩埚6，在陶瓷坩埚6下部设有是石墨体的热交换台7，如图3所示，在热交换台7上通过矩阵排列设有若干竖直向下的方形散热孔11，在热交换台7下部设有支撑板9，在热交换台7与支撑板9之间设有保温塞8，保温塞8材质是保温碳毡，如图4所示，保温塞8为下大上小的金字塔结构，底部最大处恰好与方形散热孔11尺寸一致，保温塞8的个数与位置排列与方形散热孔11对应，支撑板9固定在升降杆10上，升降杆10从外部穿过底部隔热板 3伸入内部。多晶硅铸锭炉的可变热交换装置的控制方法，在硅料熔化时，让保温塞8上移至最高位，充满散热孔11，起加强保温作用；晶体生长初期，下移保温塞8，散热孔11开始散热，陶瓷坩埚6底部温度迅速降低，形成足够的过冷度，晶核得以迅速有序形成；在结晶阶段，保温塞8持续下移，散热孔11的散热作用不断加强，保证上部硅熔体处于热区，下部结晶体处于冷区，这一温度梯度为晶体生长提供强劲的驱动力，并且可以通过调整保温塞8 下移的速度，实现对温度梯度的有效控制，进而实现晶体生长速度的可控性，通过散热孔11 的散热作用，使得隔热笼内上腔室热量沿由上而下的竖直方向扩散，保证了固液界面的水平性，这非常有利于硅锭的持续完整生长；当结晶结束进入退火阶段时，保温塞8上移至最高位，停止散热孔11的散热作用，保证笼内温度均勻，防止应力产生。实施例2:铸造法生长多晶硅锭，硅料熔化时，升降杆10通过支撑板9带动保温塞8上移至最高位，充满散热孔11，起加强保温作用。晶体生长初期，下移保温塞8，散热孔11开始散热，坩埚底部温度迅速降低，形成足够的过冷度，晶核得以迅速有序形成。在结晶阶段，保温塞8持续下移，散热孔11的散热作用不断加强，保证上部硅熔体处于热区，下部结晶体处于冷区，这一温度梯度为晶体生长提供强劲的驱动力。并且可以通过调整保温塞8下移的速度，实现对温度梯度的有效控制，进而实现晶体生长速度的可控性。散热孔11的散热作用， 还可使得隔热笼内上腔室热量沿由上而下的竖直方向扩散，保证了固液界面的水平性，这非常有利于硅锭的持续完整生长。当结晶结束进入退火阶段时，保温塞8上移至最高位，停止散热孔11的散热作用，保证笼内温度均勻，防止应力产生。实施例3:铸造法生长类单晶硅锭，硅料熔化的前期，让保温塞8上移至最高位，充满散热孔 11，起到加强保温作用，进入熔化后期，稍微下移保温塞8，散热孔11发挥散热功能，控制坩埚底部处于适当温度，起到保护仔晶不至完全熔化的作用。进入结晶成核阶段时，继续下移保温塞8，散热孔11散热作用加强，坩埚底部温度迅速降低，形成足够的过冷度，使得硅熔体在未完全熔化的仔晶诱导下向上生长。在结晶阶段，保温塞8持续下移，散热孔11的散热作用不断加强，保证上部硅熔体处于热区，下部结晶体处于冷区，这一温度梯度为晶体生长提供强劲的驱动力。并且可以通过调整保温塞8下移的速度，实现对温度梯度的有效控制，保证晶体生长速率的快速、恒定。散热孔11的散热作用，还可使得隔热笼内上腔室热量沿由上而下的竖直方向扩散，保证了固液界面的水平性，这非常有利于单晶硅锭的持续完整生长。当结晶结束进入退火阶段时，保温塞8上移至最高位，停止散热孔11的散热作用， 保证笼内温度均勻，防止应力产生。
权利要求
1.一种多晶硅铸锭炉的可变热交换装置，它主要包括由顶部隔热板、侧面隔热筒和底部隔热板组成的隔热笼，及内部的加热器、石墨护板和陶瓷坩埚，其特征是在陶瓷坩埚下部设有是石墨体的热交换台，在热交换台上通过矩阵排列设有若干竖直向下的方形散热孔， 在热交换台下部设有支撑板，在热交换台与支撑板之间设有保温塞，保温塞材质是保温碳毡，保温塞为下大上小的金字塔结构，底部最大处恰好与方形散热孔尺寸一致，保温塞的个数与位置排列与方形散热孔对应，支撑板固定在升降杆上，升降杆从外部穿过底部隔热板伸入内部。
2.一种多晶硅铸锭炉的可变热交换装置的控制方法，其特征是在硅料熔化时，让保温塞上移至最高位，充满散热孔，起加强保温作用；晶体生长初期，下移保温塞，散热孔开始散热，陶瓷坩埚底部温度迅速降低，形成足够的过冷度，晶核得以迅速有序形成；在结晶阶段， 保温塞持续下移，散热孔的散热作用不断加强，保证上部硅熔体处于热区，下部结晶体处于冷区，这一温度梯度为晶体生长提供强劲的驱动力；当结晶结束进入退火阶段时，保温塞上移至最高位，停止散热孔的散热作用，保证笼内温度均勻，防止应力产生。
全文摘要
本发明所设计的一种多晶硅铸锭炉的可变热交换装置，在陶瓷坩埚下部设有是石墨体的热交换台，在热交换台上通过矩阵排列设有若干竖直向下的方形散热孔，在热交换台下部设有支撑板，在热交换台与支撑板之间设有保温塞，保温塞材质是保温碳毡，保温塞为下大上小的金字塔结构，底部最大处恰好与方形散热孔尺寸一致，保温塞的个数与位置排列与方形散热孔对应，支撑板固定在升降杆上，升降杆从外部穿过底部隔热板伸入内部。该多晶硅铸锭炉的可变热交换装置及其控制方法，通过在热场中使用一种可变热交换装置，并通过升降杆带动支撑板和保温塞一起上下移动，调节散热孔的散热能力，能够主动控制晶体下方的散热速率，有效控制晶体生长速率。
文档编号C30B28/06GK102400215SQ20111035072
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者杨建松, 甘新武 申请人:嘉兴嘉晶电子有限公司