[发明专利]一种单晶硅坩埚

说明书

本发明公开了一种单晶硅坩埚，包括坩埚部本体，配置为盛放石英坩埚；所述坩埚部包括第一坩埚单元，配置为坩埚部的底部,包括至少两部分的瓣体围成，第一坩埚单元的中心设置有通孔；第二坩埚单元，与第一坩埚单元连接，形成坩埚部的侧壁；孔单元，设置于第二坩埚单元，连通坩埚部的内外空间；孔单元在第二坩埚单元圆周方向上所占的比例，自坩埚部底部一侧向另一侧逐渐增大。本发明将坩埚本体设置为两段式结构，并在底部中心设置有通孔，避免了当坩埚受热时，内部石英坩埚膨胀带来的应力集中，同时底部由瓣体结构围成，拆卸便捷；坩埚侧壁减少了侧壁厚度，增大了坩埚的容积，有效控制单晶硅氧含量以及单晶硅产量等优点。

技术领域

本发明属于半导体及太阳能晶体生长设备技术领域，具体地说，涉及一种单晶硅坩埚。

背景技术

单晶硅为一种半导体材料，一股用于制造集成电路和其它电子元件，进入21世纪后，为应对日益严重的环境问题，对清洁能源的需求促进了光伏市场的发展，晶体硅太阳能电池是光伏行业的主导产品，占市场份额的90％。在中国市场的拉动下，我国太阳能光伏发电产业发展迅速，我国太阳能电池年产量由原来占世界份额的1％发展到世界份额的70％以上。与其它晶体硅太阳能电池相比，单晶硅太阳能电池的转化率较高，但其生产成本也高。随着世界各国对太阳能光伏产业的进一步重视，特别是中国等用电大国制定了一系列的扶持政策，鼓励开发利用太阳能，另外，随着硅太阳能电池应用面的不断扩大，太阳能电池的需求量越来越大，硅单晶材料的需求量也就同比扩大。

单晶硅生长技术有两种：区熔法和直拉法，其中直拉法是目前普遍采用的方法。在直拉法生长单晶硅的方法中，主要运用的是熔体的冷凝结晶驱动原理，在固液界面处，藉由熔体温度下降，将产生由液体转换成固态的相变化。为了生长质量合格(硅单晶电阻率、氧含量及氧浓度分布、碳含量、金属杂质含量、缺陷等)的单晶硅棒，在采用直拉法生长时，必须考虑以下问题。首先是根据技术要求，选择使用合适的单晶生长设备，其次是要掌握一整套单晶硅的制备工艺、技术，包括：单晶硅系统内的热场设计，确保晶体生长有合理稳定的温度梯度；单晶硅生长系统内的氩气气体系统设计；单晶硅挟持技术系统的设计；为了提高生产效率的连续加料系统的设计；单晶硅制备工艺的过程控制。

热的传输靠三种主要模式，亦即辐射、对流及热传导。由于晶体的生长是在高温下进行，所以这三种模式都存在于系统中。在直拉法里，熔体是藉由石墨加热器的辐射热而被加热，而熔体内部的热传导则是主要靠着对流，晶棒内部的热传输主要靠着传导。另外，从液面及晶棒表面散失到外围的热则是藉由辐射作用。系统内的温度分布对晶体生长的速度(即产量，进而成本)有很大的影响，其对单晶质量也有很大的影响，包括单晶内部缺陷的大小、密度与分布，氧的含量及氧的析出物生成等。

申请号为CN201510369177.3的中国专利公开了一种单晶炉用炭素材料组合坩埚，包括由炭-炭复合材料或石墨材料制成的组合坩埚埚体，所述组合坩埚埚体包括埚筒、埚碗、埚托，所述埚筒为圆筒状，所述埚碗底部设有圆孔，埚碗由至少2瓣埚碗构件组成；所述埚托中间设有与埚碗底部圆孔相适配的凸台，凸台上设有与石英坩埚相适配的凹圆弧，埚碗装配在埚托上，埚筒装配在埚碗上沿，埚筒的底端与埚碗上部搭接。

虽然上述现有技术提供了一种使用炭素材料组合的坩埚，但由于炭素材料由纯碳元素组成的炭纤维增强炭基体复合材料，其成型由炭纤维网胎和炭布经叠层复合成预制件，其径向导热性能较差，存在着能源消耗过大、且得到的单晶硅氧含量高，进而影响其电性能的问题。

因此，有必要对现有技术的不足和缺陷进行改进，提供一种单晶硅坩埚，坩埚本体设置为两段式结构，并在底部中心设置有通孔，避免了当坩埚受热时，内部石英坩埚膨胀带来的应力集中，同时底部由瓣体结构围成，拆卸便捷；由于采用碳-碳复合材料的坩埚侧壁可以减少了侧壁厚度，相对增大了坩埚的容积，提高单晶硅的产量；侧壁孔单元的设置，提高了加热器发热体对石英坩埚及硅熔体的热量传递，在使用时节省能源，通过在侧壁上设置不同尺寸、不同形状或者分布密度不同的孔单元，可以有效控制硅熔体内部温度梯度的分布，控制硅熔体的对流，从而降低单晶硅的氧含量等优点。