[发明专利]顶部间歇性掺杂的单晶炉及其掺杂方法

说明书

本发明的实施例提供了一种顶部间歇性掺杂的单晶炉及其掺杂方法，涉及单晶硅棒生产技术领域。顶部间歇性掺杂的单晶炉包括炉体和间隙性掺杂器，间隙性掺杂器安装在炉体的喉口位置，间隙性掺杂器包括相互连接、且可相对转动的上盘和下盘，上盘上开设有多个第一通孔，第一通孔内用于装载掺杂剂，下盘上开设有第二通孔，控制下盘相对上盘转动，以使第二通孔移动至第一通孔的下方、释放第一通孔内的掺杂剂。通过间隙性掺杂器实现在炉体内顶投间歇式加入掺杂剂，能够对硅液中杂质浓度得到有效精准把控，降低了杂质对硅晶体缺陷的负面影响，提高了单晶硅棒的成晶率和晶棒品质。

技术领域

本发明涉及单晶硅棒生产技术领域，具体而言，涉及一种顶部间歇性掺杂的单晶炉及其掺杂方法。

背景技术

在太阳能光伏领域中，使用RCZ法拉制单晶硅棒时，因为要控制硅棒的电阻率、少数载流子寿命等电性能处于合适范围内，所以硅棒生产厂商通过在硅料熔化前放置掺杂剂（包括施主杂质和受主杂质），来实现电阻率的调控，技术方案有两种：

第一种技术方案：在坩埚内放置掺杂剂，具体的，单晶炉拉制单晶硅棒前，需要将硅料盛放在坩埚内，此时掺杂剂会随同硅料一起放入坩埚。

第二种技术方案：在加料器内放置掺杂剂，具体的，随着坩埚内硅料熔化为硅液，坩埚内有效空间变大，此时会通过加料器继续向坩埚内加入硅料，目的是增加投料量、提高产量；RCZ法拉晶中，当一根单晶硅棒拉制完成后，晶棒取出，使用加料器将硅料和掺杂剂同时投入单晶炉内的坩埚中，达到控制单晶硅棒的电性能的目标。

因为现有技术只能在投料阶段掺入杂质，来控制单晶硅棒的电性能参数，所以掺入杂质的重量、在硅液中的浓度以及所要拉制的单晶硅棒的电性能范围都需要提前模拟计算，最终以模拟计算中电性能参数范围为导向，得到以炉次为单位的掺杂剂重量。以上为现有技术掺杂流程，缺点为：

1.掺杂重量提前固定，因此要拉制符合电性能要求的单晶硅棒，长度、重量受到限制，也就是产量受限，成本上升；

2.因为首次投料掺杂较多（即坩埚内掺杂剂+首次加料器内掺杂剂），硅液中杂质浓度高，单炉次拉制首根单晶硅棒时，杂质可以造成晶体缺陷，对成晶率有负面影响；

3.上述掺杂流程所拉制出的单晶棒，电阻率范围较宽，电阻率分散不集中，产品良率受到负面影响。

发明内容

本发明的目的包括提供了一种顶部间歇性掺杂的单晶炉及其掺杂方法，其能够通过顶投间歇式加入掺杂剂，提高掺杂剂的均匀性和利用率。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种顶部间歇性掺杂的单晶炉，单晶炉包括：

炉体；

间隙性掺杂器，安装在炉体的喉口位置，间隙性掺杂器包括相互连接、且可相对转动的上盘和下盘，上盘上开设有多个第一通孔，第一通孔内用于装载掺杂剂，下盘上开设有第二通孔，控制下盘相对上盘转动，以使第二通孔移动至第一通孔的下方、释放第一通孔内的掺杂剂。

在可选的实施方式中，上盘与下盘同轴设置，下盘可相对上盘自转，多个第一通孔围绕上盘的中心间隔均匀设置，第二通孔的数量为一个，第二通孔与下盘的中心的距离等于第一通孔与上盘的中心的距离。

在可选的实施方式中，下盘相对于上盘自转的转速范围为：0.4转/min~0.6转/min。

在可选的实施方式中，单晶炉还包括：

进气管，进气管位于上盘的上方，在第一通孔与第二通孔连通时，进气管用于将第一通孔内的掺杂剂向下吹落。

这样，在第一通孔与第二通孔连通时，即第一通孔与第二通孔存在交叉时，连通的第一通孔与第二通孔形成气体引导通道，通过气体引导通道将掺杂剂不断定向送至熔液进行掺杂，提高掺杂效率，可使晶棒电阻率集中在最优范围内，产品质量得到大幅提升；由于电阻率范围小，可以将单晶硅棒拉制长度更长，使得产量显著提升。