一種改變載氣流向的引流裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種引流裝置，尤其涉及一種用于多晶鑄錠爐的用以改變載氣流向的引流裝置，屬于晶體生長設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶鑄錠爐10主要由紅外探測儀16、爐體11、引流裝置12、隔熱籠13、加熱器14、石墨平臺15構(gòu)成，如圖1所示。引流裝置12包括石墨管123、配接螺母121和導(dǎo)流管122。導(dǎo)流管122的上端部設(shè)有和配接螺母121內(nèi)螺紋相配合的外螺紋，導(dǎo)流管122的上端部穿過隔熱籠的頂保溫板中部的通孔，和頂保溫板上方的配接螺母121固定，導(dǎo)流管122下端正對坩禍內(nèi)的硅料。石墨管123裝配在配接螺母121和爐頂?shù)挠^察孔之間。紅外探測儀16設(shè)置在引流裝置12的正上方，紅外探測儀16的探頭正對著鑄錠爐內(nèi)的硅料17。引流裝置12主要用于將載氣輸送到爐內(nèi)，觀察爐內(nèi)的狀況，插入測晶棒測量晶體的生長速度，以及紅外探測儀探測爐內(nèi)硅料的狀態(tài)。引流裝置12是察看爐內(nèi)狀況特別硅料狀況的唯一的觀察途徑。紅外探測儀16用于探測硅料的狀態(tài)是固態(tài)還是液態(tài)，在自動長晶工藝過程中，多晶鑄錠爐根據(jù)紅外探測儀16的信號的變化做出化料完成、中部長晶完成等報警處理，以警報操作人員及時通過引流裝置12確認硅料的狀態(tài)及長晶狀況，并做出操作處理，進入下一步工序過程。
[0003]多晶鑄錠爐多采用四側(cè)壁、頂面五面加熱的加熱方式，如圖1所示。坩禍內(nèi)液態(tài)硅的四邊側(cè)的溫度高于中部的溫度，將形成四邊側(cè)的液態(tài)硅上浮、中部的液態(tài)硅下沉的自然對流流場。四邊側(cè)溫度較高的液態(tài)硅中熔解的某些雜質(zhì)(如碳、氮)的熔解度若達到或接近飽和，當其流到中部時，由于溫度降低，雜質(zhì)熔解度過飽和，將導(dǎo)致雜質(zhì)如碳、氮等形核析出；雜質(zhì)核隨著液流下沉溫度下降并逐步生長形成雜質(zhì)夾雜物。如圖1所示，載氣經(jīng)引流裝置12的出口集中垂直地吹向液態(tài)硅料17的中心區(qū)域，該區(qū)域單位面積上接觸的載氣量大，載氣從該區(qū)域液態(tài)硅中帶走的熱量多，將造成該區(qū)域液態(tài)硅溫度進一步下降，過冷度增強，從而促進液態(tài)硅中的雜質(zhì)如碳、氮等雜質(zhì)過飽和形核析出，并促進雜質(zhì)核生長形成宏觀雜質(zhì)，如碳化娃雜質(zhì)、氮化娃雜質(zhì)。碳化娃雜質(zhì)具有電活性，會影響太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。申請?zhí)?01310564191.X及201310564069.2的中國專利申請中均公開了一種改變載氣流向的弓丨流裝置，目的是使坩禍中液態(tài)硅旋轉(zhuǎn)加強雜質(zhì)的揮發(fā)。兩件專利申請中公開的引流裝置均使載氣偏離液態(tài)硅的中心部并傾斜地吹射液態(tài)硅表面，但存在諸多問題:載氣仍集中吹射液態(tài)硅表面的某一區(qū)域，易造成該區(qū)域溫度下降液態(tài)硅過冷，促進液態(tài)硅中雜質(zhì)形核生長;載氣在液態(tài)硅表面沒有形成周向分布的載氣應(yīng)力，液態(tài)硅中難以形成旋轉(zhuǎn)流場；弓I流裝置中通向鑄錠爐內(nèi)的視場均被完全遮擋，通過爐頂?shù)挠^察窗經(jīng)引流裝置無法察看鑄錠爐內(nèi)的狀態(tài)，不方便司爐操作；測晶棒無法穿過引流裝置插到鑄錠爐內(nèi)，晶體生長速度不便測量；以及紅外探測儀無法探測爐內(nèi)硅料的狀態(tài)，自動長晶工藝不能正常進行。因此，亟需開發(fā)一種用于改變載氣流向的用于多晶鑄錠爐的引流裝置，以使載氣分散地吹射液態(tài)硅表面的不同區(qū)域，增加載氣流和液態(tài)硅表面的接觸面積，并在液態(tài)硅表面形成周向分布的載氣應(yīng)力，驅(qū)動液態(tài)硅作周向流動形成旋轉(zhuǎn)流場;同時引流裝置中具有通向鑄錠爐內(nèi)的視場。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種用于多晶鑄錠爐的用以改變載氣流向的引流裝置。以克服現(xiàn)有引流裝置在應(yīng)用中所存在的問題:載氣集中吹射液態(tài)硅表面的某一區(qū)域，載氣從該區(qū)域帶走大量的熱量，造成該區(qū)域液態(tài)硅局域過冷，促進液態(tài)硅中雜質(zhì)形核生長;載氣在液態(tài)娃表面沒有形成周向分布的載氣應(yīng)力，液態(tài)娃中難以形成旋轉(zhuǎn)流場；引流裝置中通向鑄錠爐內(nèi)的視場被完全遮擋，通過觀察窗經(jīng)引流裝置無法察看鑄錠爐內(nèi)的狀態(tài)，不方便司爐操作;測晶棒不能穿過引流裝置插到鑄錠爐內(nèi)，晶體生長速度不便測量;紅外探測儀無法探測爐內(nèi)硅料的狀態(tài)，自動長晶工藝不能正常進行。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種用于多晶鑄錠爐的用以改變載氣流向的引流裝置，其設(shè)計要點在于:包括依次固定連接的進氣部、分流部和引流部，所述進氣部內(nèi)置用于載氣流入的進氣孔，分流部內(nèi)置分流腔，引流部由至少一條用于改變載氣流向的引流氣道構(gòu)成，所述進氣孔和分流腔連通，引流氣道的進氣口和分流腔連通，出氣口沿著周向按同方向的角向分布。
[0006]在具體實施中，本發(fā)明還有如下進一步優(yōu)選的技術(shù)方案。
[0007]作為優(yōu)選地，所述分流部和引流部一體成型，為沿其中心線方向設(shè)置通孔的柱狀體，所述分流部的側(cè)壁內(nèi)設(shè)置沿周向延伸的呈環(huán)狀的分流腔;所述引流部的側(cè)壁內(nèi)設(shè)置自分流腔的下端面向下延伸的引流氣道，引流氣道的出氣口位于引流部的下端。。
[0008]作為優(yōu)選地，所述分流部和引流部為沿其中心線方向設(shè)置通孔的柱狀體，所述分流部包括軸向固定連接的第一分流部和第二分流部，第二分流部和引流部一體成型;所述第一分流部下端部的側(cè)壁內(nèi)設(shè)置沿周向延伸的呈環(huán)形的下端面開口的第一分流腔，所述進氣孔和第一分流腔連通;所述第二分流部上端部的側(cè)壁內(nèi)設(shè)置沿周向延伸的呈環(huán)形的上端面開口的第二分流腔，第二分流腔和第一分流腔相對應(yīng)，所述第一分流腔和第二分流腔構(gòu)成所述分流腔;所述引流部的側(cè)壁內(nèi)設(shè)置自第二分流腔下端面向下延伸的引流氣道，引流氣道的出氣口位于引流部的下端。
[0009]作為優(yōu)選地，所述進氣孔和分流腔之間通過連通氣道連通，所述連通氣道的一端和進氣孔相切連通，另一端和分流腔的側(cè)面相切連通。
[0010]作為優(yōu)選地，所述進氣部為內(nèi)置進氣孔的進氣管，引流部包括內(nèi)置有引流氣道的引流氣管;所述分流部為主要由內(nèi)側(cè)壁、外側(cè)壁、上端壁和下端壁所構(gòu)成的呈環(huán)狀的密閉腔體，所述內(nèi)側(cè)壁、外側(cè)壁、上端壁和下端壁構(gòu)成所述分流腔;進氣管的一端和分流腔連通并固定;所述引流氣管設(shè)置在分流部的下方，引流氣管上端的進氣口和分流腔連通，并和引流部固定，引流氣管下端的出氣口沿著周向按同方向的角向分布。
[0011]作為優(yōu)選地，所述進氣管和分流部的分流腔間通過連通管連通，所述連通管的一端和進氣管相切連通并固定，另一端和分流腔的側(cè)壁相切連通并固定。
[0012]作為優(yōu)選地，所述進氣部設(shè)置在分流部的內(nèi)部，進氣孔的中心線和分流部的中心線平行;或者，
[0013]所述進氣部設(shè)置在分流部的外部，進氣孔的中心線和分流部的中心線平行或垂直。
[0014]作為優(yōu)選地，所述引流氣道沿圓柱狀螺旋線延伸，引流氣道出氣口段的螺旋線的螺距逐漸減小，引流氣道的出氣口位于分流部下端面的正下方;或者，
[0015]所述引流氣道沿圓柱狀螺旋線延伸，引流氣道出氣口段的螺旋線的螺距逐漸減小、半徑逐漸增大，引流氣道的出氣口位于分流部的外側(cè)壁延伸面的下端或位于分流部外側(cè)壁延伸面的外部。
[0016]作為優(yōu)選地，所述引流氣道的數(shù)量為2個、3個或4個。
[0017]作為優(yōu)選地，所述進氣部、分流部、引流部的材質(zhì)為石墨、鉬、鎢或鈦。
[0018]本發(fā)明引流裝置的進氣部可以設(shè)置在分流部的內(nèi)部，也可以設(shè)置在分流部的外部。當進氣部設(shè)置在分流部的內(nèi)部時，可以避免在多晶鑄錠爐的雙層水冷的鋼制爐體上、以及隔熱籠的保溫板上開設(shè)輸氣管貫穿的通孔，也方便輸氣管的布置連通。進氣部對引流裝置中通向鑄錠爐內(nèi)的視場產(chǎn)生了遮擋，但被遮擋的面積不足視場面積的四分之一，引流裝置中具有通向鑄錠爐內(nèi)的視場。通過引流裝置從爐頂?shù)挠^察窗可以察看鑄錠爐內(nèi)硅料的狀態(tài)，可以插入測晶棒測量晶體的生長速度;紅外探測儀通過爐頂部的觀察窗可以探測到爐內(nèi)硅料的狀態(tài)，自動長晶工藝順利進行。引流裝置把載氣分成多束載氣流分別傾斜地吹射液態(tài)硅表面的不同區(qū)域，有效地增加了載氣和液態(tài)硅表面的接觸面積，單位面積所接觸的載氣量較少，載氣從單位面積帶走的熱量較少，載氣導(dǎo)致該區(qū)域液態(tài)硅溫度的降幅減小，過冷度減弱，減少甚至消除了該區(qū)域液態(tài)硅中由載氣所導(dǎo)致的雜質(zhì)過飽和形核以及所促進的雜質(zhì)核生長形成雜質(zhì)夾雜物。引流裝置流出的出射載氣流分散傾斜地吹射液態(tài)硅表面的不同區(qū)域，所吹射區(qū)域圍繞液態(tài)硅的中心周向分布，出射載氣流對液態(tài)硅產(chǎn)生載氣應(yīng)力，載氣應(yīng)力圍繞液態(tài)硅的中心周向分布，載氣應(yīng)力驅(qū)動表層液態(tài)硅流動，并形成作周向流動的旋轉(zhuǎn)流場。旋轉(zhuǎn)流場有利于液態(tài)硅內(nèi)部的雜質(zhì)輸運到表面，促進雜質(zhì)的揮發(fā);旋轉(zhuǎn)流場還有利于液態(tài)硅中質(zhì)雜的輸運和均勻分布，使晶體的徑向電阻率分布更均勻。
[0019]有益效果
[0020]引流裝置中具有通向鑄錠爐內(nèi)的視場，當把進氣部設(shè)置在分流部的外部時，引流裝置中通向鑄錠爐內(nèi)的視場