一种直拉法单晶炉及其熔体温度梯度控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112176400A(43)申请公布日2021.01.05(21)申请号202011063763.2(22)申请日2020.09.30(71)申请人刘博旸地址310013浙江省杭州市西湖区山水人家美林泉1-3-201#(72)发明人刘博旸(74)专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224代理人颜果(51)Int.Cl.C30B15/00(2006.01)C30B15/20(2006.01)C30B29/06(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种直拉法单晶炉及其熔体温度梯度控制方法(57)摘要本发明涉及一种直拉法单晶炉及其熔体温度梯度控制方法，属于单晶硅生产技术领域。直拉法单晶炉包括炉体，炉体内设置有坩埚和加热器，坩埚包括用于盛装熔体的石英坩埚和包裹在石英坩埚外的石墨坩埚，加热器设置在石墨坩埚的外侧，石墨坩埚的底部设有坩埚轴和测温装置，测温装置穿过所述坩埚轴中心并插入石墨坩埚的底部，测温装置的底部引出有与数据处理器连接的信号数据线。通过在石墨坩埚的底部设置测温装置，用于测量石英坩埚底部的温度，实时获得在拉晶过程中石英坩埚底部的温度变化，从而调整加热器的功率。CN112176400ACN112176400A权利要求书1/1页1.一种直拉法单晶炉，包括炉体，所述炉体内设置有坩埚和加热器，所述坩埚包括用于盛装熔体的石英坩埚和包裹在所述石英坩埚外的石墨坩埚，加热器设置在石墨坩埚的外侧，其特征在于：所述石墨坩埚的底部设有坩埚轴和测温装置，所述测温装置穿过所述坩埚轴中心并插入所述石墨坩埚的底部，测温装置的底部引出有与数据处理器连接的信号数据线。2.根据权利要求1所述的直拉法单晶炉，其特征在于，所述的坩埚轴的中心设有用于安装所述测温装置的空腔。3.根据权利要求2所述的直拉法单晶炉，其特征在于，所述的坩埚轴的空腔内设有用于安装所述测温装置的轴承。4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的直拉法单晶炉，其特征在于，所述的测温装置为热电偶。5.根据权利要求1所述的直拉法单晶炉，其特征在于，所述的加热器的底部设有电极脚，加热器外设置有保温层。6.根据权利要求1所述的直拉法单晶炉，其特征在于，所述的坩埚轴的内部设有冷却水回流腔，坩埚轴的底部设有冷却水进水口和冷却水回水口。7.根据权利要求1所述的直拉法单晶炉，其特征在于，所述的测温装置的温度探头距离所述石英坩埚的底部5～10mm。8.一种直拉法单晶炉的熔体温度梯度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)实时测量和记录坩埚底的温度，并将相关数据储存于数据库中；2)进行坩埚底温度最佳控制线评估；3)根据评估打分结果，挑选出3～5炉评分最高的单晶生长数据，统计出从稳温、熔接、引晶、放肩、等径生长、到收尾全过程的坩埚底温度曲线数据，求出均值后得到拉晶过程的坩埚底的温度最佳控制曲线；4)以步骤3)得到的坩埚底的温度最佳控制曲线上拉晶各阶段坩埚底的最佳温度为后续拉晶坩埚底温度的设定值SP；5)实时测得的坩埚底温度为实际值T，并调整加热器功率，以保证坩埚底温度围绕设定值运行，直至拉晶过程结束。9.根据权利要求8所述的直拉法单晶炉的熔体温度梯度控制方法，其特征在于，步骤2)中，评估方法包括：a.经济运行，包括引放次数、生长速度、单产；b.单晶棒外形质量，包括单晶轴向直径差异、单晶径向直径差异、成晶合格率；c.单晶品质数据，包括间隙氧含量、头尾氧含量、整棒氧含量均值。10.根据权利要求8所述的直拉法单晶炉的熔体温度梯度控制方法，其特征在于，步骤5)中，调整加热器功率的方法为：当坩埚底温度的实际值高于设定值，并且持续升温时，降低加热功率；当坩埚底温度的实际值低于设定值，并且持续降温时，增加加热功率；其它条件下保持功率不变。2CN112176400A说明书1/6页一种直拉法单晶炉及其熔体温度梯度控制方法技术领域[0001]本发明涉及单晶硅生产技术领域，具体地说，涉及一种直拉法单晶炉及其熔体温度梯度控制方法。背景技术[0002]近年来硅单晶的生长技术发展迅速，更低成本更高品质的单晶硅推动了晶硅电池走向平价发电时代。[0003]单晶硅电池的转换效率与单晶硅的少数载流子寿命密切相关，它不仅要求原生单晶硅的少子寿命高，而且要保证在电池制作过程中，特别是电池制作的热过程中少子寿命不会大幅降低。单晶硅在拉制过程中从石英坩埚中引入了氧，这些硅中过饱和的氧在单晶炉内冷却过程中就已经聚集，并且在电池制作过程的热退火时，间隙氧进一步聚集成团，并引起少子寿命的大幅降低，因此，硅中氧含量越高，电池的转换效率越低，氧含量大到一定程度甚至引起电池的黑心低效，对电池产生严重危害。[0004]硅中氧来源于石英坩埚，高温下液态硅料腐蚀石英坩埚内