直接成形制备带硅的方法及硅片直接成形装置

摘要

本发明公开了一种直接成形制备带硅的方法，在硅片和硅熔体的固液界面区域施加交变磁场，在固液界面前沿处的硅熔体中形成感生电流，通过交变磁场和感生电流的共同作用，在固液界面处形成垂直固液界面并指向硅熔体内部的电磁挤压力，调整电磁挤压力的大小，使电磁挤压力完全抵消硅片窄边固液界面处向内的表面张力，从而使柔性的电磁力约束并稳定固液界面的形状，使柔性的电磁力约束的硅熔体成形并持续凝固，然后将凝固的带状硅铸坯持续拉出，直接制备带硅。本发明还公开了一种硅片直接成形装置，包括硅料熔化保温装置、加料装置、直拉引锭装置和带硅软接触成形装置，直接制备带硅，实现洁净生产，减少硅片缺陷，实现大规模直接生产带硅的工业应用。

主权项

一种直接成形制备带硅的方法，其特征在于，采用硅片直接成形装置实施，所述硅片直接成形装置包括硅料熔化保温装置、加料装置、直拉引锭装置（11）和带硅软接触成形装置，具体为：所述硅料熔化保温装置为真空炉，由石英坩埚（5）、保温石墨筒（6）、加热装置（7）、保温石墨毡（8）、热电偶（9）、温控仪（10）和炉壳（12）构成，所述加热装置（7）采用感应加热或者电阻加热的方式进行加热，所述加热装置（7）与真空炉外的外部电源连接，所述热电偶（9）与所述温控仪（10）信号连接，通过所述热电偶（9）实时检测所述石英坩埚（5）的温度，对外部电源形成信号反馈，通过所述温控仪（10）控制所述加热装置（7）的加热输出功率，进而控制在所述坩埚（8）内的硅熔体（3）的温度，将所述坩埚（5）置于所述保温石墨筒（6）中，所述保温石墨筒（6）的外围周边设置加热装置（7），将所述石英坩埚（5）、保温石墨筒（6）和加热装置（7）一起整套置入由保温石墨毡（8）形成的杯形筒中，一并安装在所述真空炉的内腔中；所述加料装置为安装在炉壳（12）上的加料传动夹持装置（16），在所述真空炉的内腔中，所述加料传动夹持装置（16）夹持硅料（17）的顶端，持续将所述硅料（17）的底端浸入所述坩埚（8）内的硅熔体（3）中，使所述硅料（17）自下而上逐渐熔化，同时保持硅熔体（3）的液位相对恒定；围绕硅熔体（3）的初始凝固的固液界面区域（13）还设置冷却装置，通过所述冷却装置控制硅片和硅熔体（3）的固液界面区域（13）的冷却温度梯度，使当硅熔体（3）凝固形成铸坯时，所述直拉引锭装置（11）的夹持机构夹持籽晶硅片（1），进而通过籽晶硅片（1）直接牵引凝固的硅片从硅熔体（3）中持续拉出；所述带硅软接触成形装置为感应线圈（2），在硅熔体（3）初始凝固的固液界面区域（13），所述感应线圈（2）围绕硅片进行非接触设置，所述感应线圈（2）靠近固液界面区域（13）设置的冷却装置进行安装，所述感应线圈（2）向硅熔体（3）初始凝固的固液界面区域（13）施加交变磁场，而交变磁场又在固液界面前沿处的硅熔体（3）中形成感生电流（14），所述感生电流（14）与所述感应线圈（2）中的电流方向相反，通过感生电流（14）与交变磁场的共同作用，在硅片和硅熔体（3）的固液界面区域（13），形成垂直固液界面并指向硅熔体（3）内部的电磁挤压力（15），通过调整交变磁场强度来调整电磁挤压力（15）的大小，使电磁挤压力（15）完全抵消硅片窄边固液界面处向内的表面张力（18），从而使柔性的电磁挤压力（15）约束并稳定硅片和硅熔体（3）的固液界面的形状，将感应线圈（2）接入调压调频交流电源（4）中，通过调节通入感应线圈（2）的电流强度和频率，对固液界面区域（13）的硅熔体（3）固液界面的形状进行约束；在固体的硅片和硅熔体的固液界面区域施加交变磁场，而交变磁场又在固液界面前沿处的硅熔体中形成感生电流，通过交变磁场和感生电流的共同作用，在硅片和硅熔体的固液界面处，形成垂直固液界面并指向硅熔体内部的电磁挤压力，通过调整交变磁场强度来调整电磁挤压力的大小，使电磁挤压力完全抵消硅片窄边固液界面处向内的表面张力，从而使柔性的电磁力约束并稳定硅片和硅熔体的固液界面的形状，保持硅熔体的温度恒定，特别同时在硅片和硅熔体的固液界面区域设置冷却温度梯度，使柔性的电磁力约束的硅熔体成形并持续凝固，然后将凝固的带状硅铸坯持续拉出，直接制备带硅。