[发明专利]一种硅材料高效提纯方法及装置

说明书

本发明涉及太阳能级多晶硅制造领域，尤其涉及一种硅材料高效提纯方法及装置。本发明的装置具有熔炼坩埚；熔炼坩埚的浇铸口设有内壁低外壁高的倾角；在炉体上设有旋转观察窗；使用时独立能量模块能量值为占电子束总功率比例10％‑20％，独立能量模块照射硅原料堆积的位置和浇铸口。本发明通过对电子束熔炼多晶硅过程中，电子束扫描模式的控制，提取出单独的能量模块，可对特定区域进行特定照射，提高电子束熔炼效率。

技术领域

本发明涉及太阳能级多晶硅制造领域，尤其涉及一种硅材料高效提纯方法及装置。

背景技术

电子束熔炼制备太阳能级多晶硅，作为冶金法制备太阳能级多晶硅生产流程中的重要工艺组成部分，能够高效去除硅中的挥发性杂质。传统工艺条件下，电子束熔炼过程比较简单，电子束在大功率条件下，照射硅料，对硅料进行熔化及熔炼，整个生产过程中的能耗较高，这也成为限制电子束熔炼多晶硅大规模广发应用的一个重要限制因素。

专利201510252743.2一种电子束区域熔炼多晶硅设备及排除杂质的方法，提到在照射区的左侧由于电子束的移动形成温度逐步变化，使左侧的硅液实现定向凝固，但其在操作过程中无法根据实际需要任意调整电子束的照射位置和照射功率，不够灵活，而且还是存在硅液在熔炼坩埚浇铸口位置凝固而阻塞硅液的风险，需要进一步的研究和优化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术在操作过程中无法根据实际需要任意调整电子束的照射位置和照射功率，不够灵活，而且还是存在硅液在熔炼坩埚浇铸口位置凝固而阻塞硅液的风险，需要进一步的研究和优化。

为解决上述问题，本发明提出一种硅材料高效提纯方法及装置，通过对电子束熔炼多晶硅过程中，电子束扫描模式的控制，提取出单独的能量模块，可对特定区域进行特定照射，提高电子束熔炼效率。

为达到上述目的，本发明由以下技术方案实现：一种硅材料高效提纯的装置，具有熔炼坩埚；熔炼坩埚的浇铸口设有内壁低外壁高的倾角；在炉体上设有旋转观察窗。

进一步的，熔炼坩埚浇铸口的倾角为30-45°。

进一步的，熔炼坩埚下方连接熔炼坩埚翻转轴，通过动密封结构连接，与外置翻转液压系统控制轴相连，通过控制轴的旋转来带动坩埚的翻转。

进一步的，如图4-图6所示，熔炼坩埚的冷却水路分为侧壁水路与底部水路共两路，侧壁水路采用螺旋式水路结构，单路水道，冷却水由底部的进水口进入，由顶部的出水口流出，熔炼坩埚的底板采用循环式水冷结构，采用单路水路，侧壁和底部分别进行降温处理，起到良好的冷却降温效果，同时降低坩埚整体结构的加工难度。

进一步的，如图1所示，所述硅材料高效提纯的装置还包括送料机构、炉体、电子枪、熔炼坩埚、凝固坩埚；送料结构连接在炉体的上端，在炉体上设有旋转观察窗，炉体的一侧与吸真空结构相连，上方为电子枪，向下发射电子束，电子枪与吸真空结构相连；炉体内、电子束照射方为熔炼坩埚，熔炼坩埚的后端位于送料机构的送料口下方，导液口端位于凝固坩埚的开口上方；凝固坩埚设于炉体底部。

进一步的，所述炉体的一侧的吸真空结构为依次连接的机械泵Ⅰ、罗茨泵Ⅰ、扩散泵，扩散泵的端部与炉体相连，将炉室内空气抽走，构建电子束熔炼所需真空环境；电子枪一侧的吸真空结构为依次连接的分子泵、罗茨泵Ⅱ、机械泵Ⅱ，分子泵的端部与电子枪相连，构建发射电子束所需真空环境；炉体的一侧设有充气阀。

一种硅材料高效提纯的方法，采用上述设备，具有独立能量模块，为将电子束部分能量提取出后形成的单独的、可调节的照射区域，独立能量模块能量值为占电子束总功率比例10％-20％。具体包括以下步骤：

第一步：经过清洗、烘干后的洁净硅原料1000kg，硅原料中P含量为10-50ppm，O含量为5-100ppm，将块状的硅原料分别装入电子束熔炼炉的送料机构内；