[发明专利]一种电子束浅熔池熔炼提纯多晶硅的方法及设备

权利要求书

1.一种电子束浅熔池熔炼提纯多晶硅的方法，其特征是：先将需提纯的大块高磷、高金属多晶硅锭置于水冷升降托盘之上，后通过电子束熔化硅锭的顶部，熔化的硅熔液在由硅锭顶部、水冷铜套以及石墨套环形成的空间内形成浅熔池，熔炼一定时间后，去除杂质磷，此后升高水冷升降托盘，低磷硅熔液液面升高后通过导流口流入石英坩埚中，在保温作用下向下拉锭，进行定向凝固生长，金属杂质向硅锭顶部富集，凝固后切除硅锭顶部，去除金属杂质，最后得到低磷、低金属多晶硅锭。

2.根据权利要求1所述的一种电子束浅熔池熔炼提纯多晶硅的方法，其特征是：具体步骤如下：

第一步备料：将水冷升降托盘降低，将需提纯的大块高磷、高金属硅锭置于水冷升降托盘之上，高磷、高金属硅锭顶部以与其周边的套环上表面水平为宜，关闭真空盖；

第二步预处理：采用抽真空装置对设备抽取真空，将真空室抽到高真空0.002Pa以下；向套环、水冷升降托盘及拉锭机构中通入冷却水，使其温度维持在30-45℃；给电子枪预热，设置高压为30-32kV，高压稳定5-10分钟后，关闭高压，设置电子枪束流为100-200mA进行预热，预热10-15分钟后，关闭电子枪束流；

第三步提纯：同时打开电子枪的高压和束流，稳定后，通过电子枪以100-200mA的束流轰击水冷升降托盘上的需提纯的大块高磷、高金属硅锭顶部，高磷、高金属硅锭顶部不断熔化后形成硅熔液，硅熔液填充于石墨套环、水冷铜套和高磷、高金属硅锭顶部形成的空间之中，形成稳定硅溶液浅熔池后，调节电子枪束流大小，使束流维持在200-500mA，硅溶液在电子束作用下开始熔炼，电子束产生的高温使得饱和蒸汽压较大的杂质磷得到去除；同时预热石英坩埚，以0.5-5mm/min的速度向上升高水冷升降托盘，使得高磷、高金属硅锭上升，硅溶液液面升高，杂质磷被去除的低磷硅液通过导流口流入下方的石英坩埚中，使石英坩埚中的低磷硅液保持液态；待低磷硅液不再从导流口流出后，停止升高水冷升降托盘，关闭电子枪，通过水冷拉锭杆向下拉锭，进行定向凝固生长，金属杂质开始向上富集，最后聚集在硅锭的顶部；继续抽真空15-20分钟，打开放气阀放气，最后取出硅锭，切去硅锭顶部含金属杂质较高的部分，即可去除金属杂质，得到低磷、低金属的多晶硅锭。

3.一种电子束浅熔池熔炼提纯多晶硅的设备，其特征是：设备由真空盖（18）及真空炉壁（2）构成真空设备，真空设备的内腔即为真空室（3）；真空室底部固定安装熔炼支撑底座，熔炼支撑底座上安装有套环，熔炼支撑底座内安装有水冷升降托盘，周围套环一侧开有导流口，导流口下方安装有拉锭机构，在真空室（3）的上部安装电子枪（1），电子枪束流对准水冷升降托盘上方。

4.根据权利要求3所述的一种电子束浅熔池熔炼提纯多晶硅的设备，其特征是：所述套环由水冷铜套和石墨套环构成，水冷铜套（16）安装在熔炼支撑底座上，石墨套环（4）置于水冷铜套（16）上。

5.根据权利要求3所述的一种电子束浅熔池熔炼提纯多晶硅的设备，其特征是：所述拉锭机构采用拉锭支撑底座（10）和水冷拉锭杆（12）安装在真空炉壁（2）的底部，保温护套（9）和石墨发热体（8）由外至里安装在拉锭支撑底座上，石墨块（11）安装在水冷拉锭杆（12）上，石英坩埚（7）安装在石墨块（11）上。

6.根据权利要求3所述的一种电子束浅熔池熔炼提纯多晶硅的设备，其特征是：所述真空室上安装有抽真空装置，抽真空装置采用机械泵（20）、罗茨泵（21）和扩散泵（22）分别安装在真空炉壁（2）上。