本發(fā)明屬于單晶硅材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器，還涉及利用上述直拉單晶用加熱器的直拉單晶方法。

背景技術(shù)：

直拉法又稱(chēng)為切克勞斯基法，簡(jiǎn)稱(chēng)CZ法。CZ法的特點(diǎn)是將裝在坩堝中的多晶硅化料以形成熔體，然后將籽晶插入熔體表面進(jìn)行熔接，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)并提升籽晶，依次經(jīng)過(guò)引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑生長(zhǎng)及收尾過(guò)程，提拉生長(zhǎng)硅單晶。

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，降低直拉單晶成本顯得尤為重要。一種有效的成本降低方法是提高拉晶速率。理論上，拉晶速率V_crys取決于晶體和熔體熱流量的差值：

其中，ρ_crys為晶體密度，ΔH為潛熱，λ_crys、λ_melt分別為晶體和熔體的導(dǎo)熱系數(shù)，分別為結(jié)晶前沿晶體和熔體的縱向溫度梯度。為增大拉晶速率V_crys，應(yīng)增大結(jié)晶前沿晶體的溫度梯度或降低熔體的縱向溫度梯度也就是說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)拉晶速度的提高，需要優(yōu)化熱場(chǎng)溫度梯度及相應(yīng)的工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器，其通過(guò)加熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改造，實(shí)現(xiàn)拉晶速度的提高。

本發(fā)明的目的還在于提供一種利用前述提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器的直拉單晶方法。

本發(fā)明所采用的一種技術(shù)方案是：提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器，包括加熱器主體，其特征在于，還包括多個(gè)連接板和多個(gè)加熱環(huán)，多個(gè)連接板均沿加熱器主體的軸向設(shè)置，多個(gè)加熱環(huán)沿加熱器主體的軸線方向依次設(shè)置，每個(gè)加熱環(huán)均連接于多個(gè)連接板之間。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

連接板為兩個(gè)或兩個(gè)以上，加熱環(huán)為兩個(gè)或兩個(gè)以上。

加熱環(huán)數(shù)量為三個(gè)或三個(gè)以上，相鄰兩個(gè)加熱環(huán)之間存在間隙，間隙的距離相同或不同。

加熱環(huán)的電阻值不同，加熱環(huán)為方波形狀。

本發(fā)明所采用的另一種技術(shù)方案為：直拉單晶方法，包括以下步驟：

裝料；

利用前述提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器化料以形成熔體；

調(diào)節(jié)提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器的功率，控制熔體的縱向溫度梯度，將籽晶插入熔體表面進(jìn)行熔接，并依次進(jìn)行引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑生長(zhǎng)及收尾后即得單晶硅。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

等徑生長(zhǎng)過(guò)程中，控制爐壓為10-20Torr、惰性氣體流量50-90slpm、坩堝轉(zhuǎn)速為4-10轉(zhuǎn)/分鐘，籽晶的轉(zhuǎn)速為8-14轉(zhuǎn)/分鐘。

提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器，包括加熱器主體、多個(gè)連接板和多個(gè)加熱環(huán)，多個(gè)連接板均沿加熱器主體的軸向設(shè)置，多個(gè)加熱環(huán)沿加熱器主體的軸線方向依次設(shè)置，每個(gè)加熱環(huán)均連接于多個(gè)連接板之間。

連接板為兩個(gè)或兩個(gè)以上，加熱環(huán)為兩個(gè)或兩個(gè)以上。

加熱環(huán)數(shù)量為三個(gè)或三個(gè)以上，相鄰兩個(gè)加熱環(huán)之間存在間隙，間隙的距離相同或不同。

加熱環(huán)的電阻值不同，加熱環(huán)為方波形狀。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器具有沿加熱器軸向間隔設(shè)置的多個(gè)加熱環(huán)，能夠調(diào)節(jié)加熱區(qū)縱向溫度梯度趨向均勻，并且減輕了加熱器重量，從而使得搬運(yùn)及安裝方便。本發(fā)明的直拉單晶方法使用前述提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器，可以改善熔體對(duì)流；并且，各個(gè)加熱環(huán)的長(zhǎng)度與截面可根據(jù)實(shí)際情況做出調(diào)整，利用加熱器的各個(gè)加熱環(huán)發(fā)熱量的不同，可以在不同投料量的熱場(chǎng)中減小熔體的縱向溫度梯度從而獲得提高直拉單晶硅拉晶速度的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.上加熱環(huán)，2.空隙，3.下加熱環(huán)，4.連接板，5.第一加熱環(huán)，6.第一間隙，7.第二加熱環(huán)，8.第二間隙，9.第三加熱環(huán)，10.連接件。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供的提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器包括加熱器主體，還包括多個(gè)連接板和多個(gè)加熱環(huán)，多個(gè)連接板均沿加熱器主體的軸向設(shè)置，多個(gè) 加熱環(huán)沿加熱器主體的軸線方向依次設(shè)置，每個(gè)加熱環(huán)均連接于多個(gè)連接板之間。

連接板為兩個(gè)或兩個(gè)以上，加熱環(huán)為兩個(gè)或兩個(gè)以上。

加熱環(huán)數(shù)量為三個(gè)或三個(gè)以上，相鄰兩個(gè)加熱環(huán)之間存在間隙，間隙的距離相同或不同。

加熱環(huán)的電阻值不同。

加熱環(huán)為方波形狀。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括沿加熱器主體軸向設(shè)置的兩個(gè)連接板4以及垂直于加熱器主體軸線方向依次設(shè)置的上加熱環(huán)1與下加熱環(huán)3，上加熱環(huán)1與下加熱環(huán)3之間具有空隙2，且均連接于該兩個(gè)連接板4之間。

連接板4的下端部可具有與電極連接的連接腳。上加熱環(huán)1與下加熱環(huán)3均為方波形狀。本實(shí)施例中，上加熱環(huán)1與下加熱環(huán)3相同。即，上加熱環(huán)1與下加熱環(huán)3的結(jié)構(gòu)、形狀與尺寸均相同。當(dāng)然，上加熱環(huán)1與下加熱環(huán)3也可以不同，改變上加熱環(huán)1與下加熱環(huán)3的形狀、長(zhǎng)度、截面積等可以調(diào)節(jié)上加熱環(huán)1與下加熱環(huán)3的電阻，使上加熱環(huán)1與下加熱環(huán)3的加熱功率不同，從而產(chǎn)生不同的溫度梯度。同時(shí)，配合改變上下加熱環(huán)之間的間隙大小，也能發(fā)揮溫度梯度調(diào)節(jié)作用。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器結(jié)構(gòu)如圖2所示，其與實(shí) 施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于，本實(shí)施例的直拉單晶用加熱器包括兩個(gè)連接件10以及三個(gè)加熱環(huán)。三個(gè)加熱環(huán)分別為第一加熱環(huán)5、第二加熱環(huán)7與第三加熱環(huán)9。第一加熱環(huán)5與第二加熱環(huán)7之間具有第一間隙6，第二加熱環(huán)7與第三加熱環(huán)9之間具有第二間隙8。

本實(shí)施例相較于實(shí)施例1的方案，增加了一個(gè)加熱環(huán)和一個(gè)環(huán)間間隙，能使加熱溫度梯度控制得更加精細(xì)。

當(dāng)然，本發(fā)明的提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器的加熱環(huán)的數(shù)量并不限于為兩個(gè)或三個(gè)，還可以為四個(gè)或者更多個(gè)，相應(yīng)的環(huán)間間隙數(shù)量也隨之調(diào)整，使用時(shí)也間隙的大小可以改變。連接板的數(shù)量并不限于為兩個(gè)，還可以為三個(gè)或四個(gè)以上。

本發(fā)明提供的直拉單晶方法，該方法可用于制造各種尺寸的直拉單晶，本處以8吋為例，說(shuō)明該直拉單晶方法。具體地，該方法包括以下步驟：

第一步，裝料，按常規(guī)方法將單晶爐清爐處理，安裝熱場(chǎng)，確認(rèn)無(wú)故障后，開(kāi)始加入多晶硅原料，投料量200kg，合爐后進(jìn)行抽真空、檢漏、壓力化；

第二步，化料以形成熔體，提升前述直拉單晶用加熱器的功率至85kw左右，保持氬氣流量為50-90slpm，爐壓為10-20Torr，堝轉(zhuǎn)為4-9轉(zhuǎn)/分鐘，多晶硅熔融后形成熔體；

第三步，使用常規(guī)工藝，調(diào)節(jié)提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器的功率，依次進(jìn)行引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩與等徑生長(zhǎng)，最后進(jìn)行收尾即得單晶硅；其中，引晶長(zhǎng)度達(dá)到150mm后，進(jìn)行放肩與轉(zhuǎn)肩；等徑生長(zhǎng)時(shí)，保持晶轉(zhuǎn)8-14轉(zhuǎn)/分鐘，堝轉(zhuǎn)4-10轉(zhuǎn)/分鐘，氬氣流量為50-90slpm，爐壓為10-20Torr，可實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)平均拉速為1.2mm/min。收尾后，冷卻完成即可拆爐。

本發(fā)明的直拉單晶方法使用該提高拉晶速度的直拉單晶用加熱器，其加熱區(qū)域的縱向溫度易于調(diào)整，可改善熔體對(duì)流；利用加熱器各個(gè)加熱環(huán)發(fā)熱量不同，可以形成優(yōu)化的縱向溫度梯度從而提高直拉單晶硅的拉晶速度。