一種母合金的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種母合金的制備方法，包括步驟：一、坩堝底部涂層制備，過程如下：101、涂層噴涂液配制；102、涂層噴涂液的噴涂量確定：根據需制備母合金鑄錠中雜質硼的濃度，并結合坩堝的裝料量，對涂層噴涂液的噴涂量進行確定；103、噴涂：采用噴涂設備將涂層噴涂液均勻噴涂至坩堝的內部底面上；104、烘干：采用烘干設備烘干，獲得底部涂層；二、母合金熔鑄：利用帶底部涂層的坩堝，對需制備母合金鑄錠進行熔鑄。本發明方法步驟簡單、設計合理且實現簡便、使用效果好，通過在坩堝底部涂覆一層以氮化硼為主要原料的底部涂層，能有效降低坩堝底部氧含量，并能簡便、快速完成母合金制備過程，提高母合金鑄錠的質量。
【專利說明】
一種母合金的制備方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于母合金制備技術領域，尤其是涉及一種母合金的制備方法。
【背景技術】
[0002]母合金就是雜質元素與硅的合金，常用的母合金有硅磷和硅硼兩種，雜質濃度是10的-2次方和10的-3次方。采用母合金作為摻雜劑能使摻雜量容易控制、更準確，并且母合金摻雜的目的是用來改變硅熔體中施主雜質(如磷)或受主雜質(如硼)的雜質濃度，使其生長出的單晶電阻率達到規定的要求。實際進行母合金生產時，需將硅料與雜質原料裝入石英坩禍后，再經預熱、熔化(也稱熔料)、結晶、退火、冷卻等步驟，既可以采用普通的真空熔煉爐進行加工，也可以采用多晶硅鑄錠爐進行加工。但目前母合金加工所采用坩禍的底部噴涂層以Si3N4材料作為噴涂材料，因Si3N4材料本身的導熱性能差、不穩定性等特點，使鑄錠過程中容易形成硬質點，并且鑄錠成品底部的含氧量較高，對母合金鑄錠產品的質量有很大的影響。另外，Si3N4材料雖然能有效隔離硅液和坩禍反應，但是Si3N4和硅液發生反應后形成紅區，易引入雜質Si3N4并形成硬質點，對母合金鑄錠成品的質量影響很大。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種母合金的制備方法，其方法步驟簡單、設計合理且實現簡便、使用效果好，通過在坩禍底部涂覆一層以氮化硼為主要原料的底部涂層，能有效降低坩禍底部氧含量，并能簡便、快速完成母合金制備過程，提高母合金鑄錠的質量。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種母合金的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0005]步驟一、坩禍底部涂層制備，過程如下:
[0006]步驟101、涂層噴涂液配制:將有機膠結劑、去離子水和氮化硼按1:(2?2.5): (0.8?1.2)的質量比均勻混合，得到涂層噴涂液；
[0007]步驟102、涂層噴涂液的噴涂量確定:根據需制備母合金鑄錠中雜質硼的濃度，并結合坩禍的裝料量，對步驟101中所述涂層噴涂液的噴涂量進行確定；
[0008]步驟103、噴涂:根據步驟102中所確定的噴涂量，采用噴涂設備將步驟101中所述涂層噴涂液均勻噴涂至坩禍的內部底面上；
[0009]所述坩禍為石英坩禍；
[0010]步驟104、烘干:將步驟103中所述坩禍水平放置于烘干設備內，并采用所述烘干設備且在80°C?100°C溫度條件下對噴涂至坩禍內部底面上的所述涂層噴涂液進行烘干，獲得底部涂層；
[0011]步驟二、母合金熔鑄:采用多晶硅鑄錠爐或熔鑄爐，并利用步驟一中帶底部涂層的坩禍對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄。
[0012]上述一種母合金的制備方法，其特征是:步驟101中所述有機粘結劑為酚醛-氯丁橡膠膠粘劑、環氧膠粘劑、瞬間膠粘劑、丙烯酸膠粘劑、聚乙烯醇膠粘劑、聚醋酸乙烯膠粘劑、AE丙烯酸酯膠、聚乙烯醇縮丁醛膠粘劑或玻璃膠；
[0013]所述氮化硼為六方氮化硼。
[0014]上述一種母合金的制備方法，其特征是:步驟二進行母合金熔鑄之前，先將熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的硅料裝入步驟一中帶底部涂層的坩禍內，再將坩禍裝入所述多晶硅鑄錠爐或所述熔鑄爐；
[0015]步驟102中所述坩禍的裝料量為坩禍內裝入硅料的裝料量；
[0016]步驟102中需制備母合金鑄錠中雜質硼的濃度為雜質硼的質量濃度;對所述涂層噴涂液的噴涂量進行確定時，根據需制備母合金鑄錠中雜質硼的濃度，并結合所述需制備母合金鑄錠的質量，對熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的硅料和雜質硼的質量分別進行確定;再根據所確定的熔鑄所述需制備母合金鑄錠用雜質硼的質量，并結合步驟101中所述涂層噴涂液中有機膠結劑、去離子水和氮化硼的質量比，對熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的所述氮化硼的質量進行確定;再根據所確定的熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的所述氮化硼的質量，對所述涂層噴涂液的噴涂量進行確定。
[0017]上述一種母合金的制備方法，其特征是:步驟一所述坩禍為熔鑄爐用坩禍；
[0018]步驟二中進行母合金熔鑄時，采用所述熔鑄爐，并利用步驟一中帶底部涂層的坩禍對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄；
[0019]所述熔鑄爐為真空熔鑄爐，利用步驟一中帶底部涂層的坩禍對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄時，按照常規母合金鑄錠的熔鑄方法進行熔鑄。
[0020]上述一種母合金的制備方法，其特征是:步驟一所述坩禍為多晶硅鑄錠爐用坩禍；
[0021]步驟二中進行母合金熔鑄時，采用所述多晶硅鑄錠爐，并利用步驟一中帶底部涂層的坩禍對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄;對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄時，按照常規的多晶硅鑄錠方法進行熔鑄。
[0022]上述一種母合金的制備方法，其特征是:步驟二中進行母合金熔鑄時，過程如下:
[0023]步驟201、裝料:向步驟一中帶底部涂層的坩禍內裝入硅料；
[0024]步驟202、預熱:采用所述多晶硅鑄錠爐對裝于坩禍內的硅料進行預熱，并將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度逐步提升至Tl ；預熱時間為4h?6h，其中Tl = 1125 °C?1285 °C ;
[0025]步驟203、熔化:采用所述多晶硅鑄錠爐對裝于坩禍內的硅料進行熔化，熔化溫度為 Tl ?T2;其中 T2 = 1540°C ?1560°C;
[0026]待坩禍內的硅料全部熔化后，將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度控制在T2，之后所述多晶娃鑄錠爐的加熱功率開始下降，待所述多晶娃鑄錠爐的加熱功率停止下降且持續時間t后，恪化過程完成;其中t = 20min?40min ；
[0027]步驟204、長晶:將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由T2逐漸降至T3后進行定向凝固，直至完成長晶過程;其中T3為多晶硅結晶溫度且T3 = 14200C?1440°C ；
[0028]步驟205、退火及冷卻:步驟205中長晶過程完成后，進行退火與冷卻，并獲得加工成型的母合金鑄錠。
[0029]上述一種母合金的制備方法，其特征是:步驟202中預熱過程中，將所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率逐步升高至Pl，其中Pl = 50kW?10kW;步驟203中所述坩禍內的硅料全部熔化后，對所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率變化情況進行觀測，待所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率下降至P2，并保持P2不變且持續時間t后，熔料過程完成;其中，P2 = 25kW?45kW。
[OO3O]上述一種母合金的制備方法，其特征是:步驟103中所述噴涂設備為液體噴槍，步驟104中所述烘干設備為烘箱。
[0031 ]上述一種母合金的制備方法，其特征是:步驟102中所述坩禍為立方體坩禍;步驟104中所述坩禍和所述烘箱均呈水平布設；
[0032]所述烘箱包括箱體、布設在坩禍底部的底部加熱器和四個分別布設在坩禍的四個側壁外側的側部加熱器，四個所述側部加熱器均位于底部加熱器上方，所述底部加熱器呈水平布設，四個所述側部加熱器均呈豎直向布設;所述底部加熱器上設置有供坩禍放置的石墨墊塊。
[0033]上述一種母合金的制備方法，其特征是:步驟104中進行烘干時，先采用所述烘干設備將坩禍加熱至80°C?100°C，再進行保溫直至噴涂至坩禍內部底面上的所述涂層噴涂液烘干為止。
[0034]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0035]1、方法步驟簡單、設計合理且實現方便，易于掌握，投入成本較低。
[0036]2、所采用的涂層材料由有機膠結劑、去離子水和氮化硼，成本較低且配制簡便。
[0037]3、所采用的涂層材料以氮化硼作為主要原料，能有效增大坩禍底部導熱效果，并能降低坩禍底部氧含量，同時穩定性好，鑄錠過程中不易形成硬質點，能有效保證母合金鑄錠成品的質量。
[0038]4、所采用的涂層材料能有效降低多晶硅鑄錠的成本，由于硼本身為母合金鑄錠時所用的一種摻雜劑，但單質硼的成本相當高;而采用本發明中公開的涂層材料涂覆后制備多晶硅鑄錠坩禍底部涂層時，能減少單質硼的摻雜量，甚至避免添加單質硼，從而能有效降低母合金鑄錠成本。
[0039]5、所采用的涂覆方法設計合理且實現簡便、使用效果好，能簡便、快速在坩禍底部制作一層底部涂層，并且制作好的底部涂層質量好，涂覆過程易于控制。同時，所采用的烘干結構設計合理且成本較低、使用效果貨，能簡便、快速完成坩禍底部涂層的烘干過程，并且加熱效果好，能有效保證加工成型的坩禍底部涂層厚度均勻且質量好。
[0040]6、母合金鑄錠方法簡單且采用本領域技術人員公知的母合金鑄錠方法即可，易于掌握。
[0041]7、采用多晶硅鑄錠爐進行母合金鑄錠過程中，實際進行熔化時，待坩禍內的硅料全部熔化后，控制鑄錠爐的加熱溫度保持不變，并對鑄錠爐的加熱功率隨時間變化的曲線(即功率曲線)進行觀測；其中，待坩禍內的硅料全部熔化后，鑄錠爐的功率曲線開始下降，待鑄錠爐的功率曲線下降且走平20min?40min后，熔料過程完成，之后進行長晶階段。實際操作過程中，通過觀測功率曲線便能準確確定熔料過程完成的時間點，即由熔化階段切換到長晶階段的切換時間點。實際操作簡便，且實現方便，能準確把握由熔化階段切換到長晶階段的切換時機。也就是說，本發明通過延長熔料時間穩定鑄錠熔料曲線，待功率曲線走平20min?40min后再切入長晶階段，因而能準確熔化到長晶階段的切換時機，同時杜絕了由于熔料時間不足或熔料時間過長造成的母合金鑄錠質量下降、成本上升等問題。并且，采用本發明對母合金鑄錠過程中熔料至長晶的切換時機進行準確把握后，能確保長晶的質量和最終制成電池片的轉換效率；同時，能有效改善長晶質量，降低粘禍率，并能有效提尚成品率。
[0042]8、實用性強，便于批量生產。
[0043]綜上所述，本發明方法步驟簡單、設計合理且實現簡便、使用效果好，通過在坩禍底部涂覆一層以氮化硼為主要原料的底部涂層，能有效降低坩禍底部氧含量，并能簡便、快速完成母合金制備過程，提高母合金鑄錠的質量。
[0044]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0045]圖1為本發明的方法流程框圖。
[0046]圖2為本發明帶底部涂層的坩禍的結構示意圖。
[0047]圖3為本發明烘箱的結構示意圖。
[0048]圖4為本發明坩禍底部涂層的制備方法流程框圖。
[0049]圖5為采用本發明進行熔化時的溫度及功率曲線圖。
[0050]附圖標記說明:
[0051]I 一樹禍；2—底部涂層；3—底部加熱器；
[0052]4 一側部加熱器；5—石墨墊塊。
【具體實施方式】
[0053]實施例1
[0054]如圖1所示的一種母合金的制備方法，包括以下步驟:
[0055]步驟一、坩禍底部涂層制備，過程如下:
[0056]步驟101、涂層噴涂液配制:將有機膠結劑、去離子水和氮化硼按1:2?2.5:0.8?1.2的質量比均勻混合，得到涂層噴涂液；
[0057]步驟102、涂層噴涂液的噴涂量確定:根據需制備母合金鑄錠中雜質硼的濃度，并結合坩禍I的裝料量，對步驟101中所述涂層噴涂液的噴涂量進行確定；
[0058]步驟103、噴涂:根據步驟102中所確定的噴涂量，采用噴涂設備將步驟101中所述涂層噴涂液均勻噴涂至坩禍I的內部底面上；
[0059]所述坩禍I為石英坩禍；
[0060]步驟104、烘干:將步驟103中所述坩禍I水平放置于烘干設備內，并采用所述烘干設備且在80°C?100°C溫度條件下對噴涂至坩禍I內部底面上的所述涂層噴涂液進行烘干，獲得底部涂層2，詳見圖2和圖4;
[0061]步驟二、母合金熔鑄:采用多晶硅鑄錠爐或熔鑄爐，并利用步驟一中帶底部涂層2的坩禍I對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄。
[0062]實際使用時，可根據具體需要，對步驟101中所述涂層噴涂液中有機膠結劑、去離子水和氮化硼的質量比進行相應調整。
[0063]本實施例中，所述有機膠結劑為酚醛-氯丁橡膠膠粘劑。
[0064]其中，酚醛-氯丁橡膠膠粘劑的種類較多，主要包括鐵錨801強力膠、百得膠、JX-15-1膠、FN-303膠、CX-401膠、XY-401膠、CH-406膠等。上述酚醛-氯丁橡膠膠粘劑均為市售的商品，能直接獲得。
[0065]實際使用時，所述有機膠結劑也可以為有機硅膠粘劑、環氧膠粘劑、瞬間膠粘劑、丙烯酸膠粘劑、聚乙烯醇膠粘劑、聚醋酸乙烯膠粘劑、AE丙烯酸酯膠、聚乙烯醇縮丁醛膠粘劑或玻璃膠。
[0066]其中，有機硅膠粘劑(也稱為有機硅膠黏劑)分單組分、雙組分、室溫硫化和加熱硫化等多種，室溫硫化型的主要產品牌號有703、704、FS-203、GD-400等。按照固化溫度，有機硅膠粘劑可分為高溫固化、低溫固化和室溫固化三類。本發明所采用的有機硅膠粘劑為低溫固化類有機硅膠粘劑。
[0067]環氧膠粘劑為過氯乙烯環氧膠粘劑或呋喃改性環氧膠粘劑。
[0068]瞬間膠粘劑也稱為瞬間膠，常用的是α-氰基丙烯酸乙酯，商品牌號為502膠；醫用的氰基丙烯酸丁酯，商品牌號為504膠。
[0069]丙烯酸膠粘劑，市售的品種有SA-200、AB膠、J-39、J-50、SGA-404、丙烯酸酯膠等。
[0070]本實施例中，所述氮化硼為氮化硼粉末。
[0071 ]本實施例中，所述氮化硼為六方氮化硼。
[0072]本實施例中，步驟103中所述噴涂設備為液體噴槍。
[0073]實際使用時，步驟103中所述噴涂設備也可以為其它類型的液體噴涂設備。
[0074]本實施例中，步驟104中所述烘干設備為烘箱。
[0075]如圖3所示，步驟103中所述坩禍I為立方體坩禍;步驟104中所述坩禍I和所述烘箱均呈水平布設；
[0076]所述烘箱包括箱體、布設在坩禍I底部的底部加熱器3和四個分別布設在坩禍I的四個側壁外側的側部加熱器4，四個所述側部加熱器4均位于底部加熱器3上方，所述底部加熱器3呈水平布設，四個所述側部加熱器4均呈豎直向布設;所述底部加熱器3上設置有供坩禍I放置的石墨墊塊5。
[0077]本實施例中，步驟104中進行烘干時，先采用所述烘干設備將坩禍I加熱至90°C，再進行保溫直至噴涂至坩禍I內部底面上的所述涂層噴涂液烘干為止。
[0078]實際進行烘干時，可根據具體需要，對烘干溫度進行相應調整。
[0079]由于所述底部涂層中含有的氮化硼具有導熱性能好、穩定性好、耐高溫性能好等優點，能有效增強坩禍I底部的導熱效果，能有效提高熔化效率，并且坩禍I底部氣體的難以排除，能有效降低坩禍I底部的氧含量，使鑄錠成品底部的含氧量降低。同時，氮化硼和氧在高溫下反應生成B2O3以及二氧化氮氣體(NO2)等，能進一步降低坩禍I底部的氧含量，并且生成的B2O3比Si3N4穩定，鑄錠過程中不易形成硬質點，因而能有效降低鑄錠成品的硬質點，同時能有效提尚鑄徒成品的少子壽命，能有效提尚鑄徒成品的質量。
[0080]本實施例中，步驟一所述坩禍I為熔鑄爐用坩禍；
[0081]本實施例中，步驟二中進行母合金熔鑄時，采用所述熔鑄爐，并利用步驟一中帶底部涂層2的坩禍I對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄；
[0082]所述熔鑄爐為真空熔鑄爐，利用步驟一中帶底部涂層2的坩禍I對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄時，按照常規母合金鑄錠的熔鑄方法進行熔鑄。
[0083]并且，所述真空熔鑄爐為真空感應爐。
[0084]本實施例中，步驟二進行母合金熔鑄之前，先將熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的硅料裝入步驟一中帶底部涂層2的坩禍I內，再將坩禍I裝入所述熔鑄爐。
[0085]本實施例中，步驟102中所述坩禍I的裝料量為坩禍I內裝入硅料的裝料量；
[0086]步驟102中需制備母合金鑄錠中雜質硼的濃度為雜質硼的質量濃度;對所述涂層噴涂液的噴涂量進行確定時，根據需制備母合金鑄錠中雜質硼的濃度，并結合所述需制備母合金鑄錠的質量，對熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的硅料和雜質硼的質量分別進行確定;再根據所確定的熔鑄所述需制備母合金鑄錠用雜質硼的質量，并結合步驟101中所述涂層噴涂液中有機膠結劑、去離子水和氮化硼的質量比，對熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的所述氮化硼的質量進行確定;再根據所確定的熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的所述氮化硼的質量，對所述涂層噴涂液的噴涂量進行確定。其中，
[0087]本實施例中，所述硅料為硅粉。
[0088]本實施例中，與常規坩禍相比，加工成型母合金成品的表面無雜質，無粘禍現象，鑄錠底部含氧量降低60 %以上，少子壽命> 5.5us (微秒)，硬質點比例<0.5 %，成品率為75%。
[0089]實施例2
[0090]本實施例中，與實施例1不同的是:步驟一所述坩禍I為多晶硅鑄錠爐用坩禍；
[0091]步驟二中進行母合金熔鑄時，采用所述多晶硅鑄錠爐，并利用步驟一中帶底部涂層2的坩禍I對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄;對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄時，按照常規的多晶硅鑄錠方法進行熔鑄。
[0092]目前，多晶硅鑄錠方法主要有半熔鑄錠法和全熔鑄錠法兩種，半熔鑄錠法也稱為有籽晶鑄錠多晶硅法，是指采用毫米級硅料作為形核中心進行外延生長，鑄造低缺陷高品質的多晶娃鑄徒;全恪鑄徒法也稱為無軒晶鑄徒多晶娃法或無軒晶尚效多晶娃技術，是指采用非硅材料在坩禍底部制備表面粗糙的異質形核層，通過控制形核層的粗糙度與形核時過冷度來獲得較大形核率，鑄造低缺陷高品質多晶硅鑄錠。目前，多晶硅鑄錠方法以全熔鑄徒法為主。
[0093]因而，步驟二中采用多晶硅鑄錠爐，并利用帶底部涂層2的坩禍I進行鑄錠即可。并且，所采用的多晶硅鑄錠方法為常規的多晶硅鑄錠方法，具體為全熔多晶硅鑄錠法。
[0094]本實施例中，步驟二進行母合金熔鑄之前，先將熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的硅料裝入步驟一中帶底部涂層2的坩禍I內，再將坩禍I裝入所述多晶硅鑄錠爐。
[0095]本實施例中，其余方法步驟和工藝參數均與實施例1相同。
[0096]本實施例中，與常規坩禍相比，加工成型母合金成品的表面無雜質，無粘禍現象，鑄錠底部含氧量降低62 %以上，少子壽命> 5.5us (微秒)，硬質點比例<0.5 %，成品率為78%。
[0097]實施例3
[0098]本實施例中，與實施例2不同的是:步驟二中進行母合金鑄錠時，過程如下:
[0099]步驟201、裝料:向步驟一中帶底部涂層2的坩禍I內裝入硅料；
[0100]步驟202、預熱:采用所述多晶硅鑄錠爐對裝于坩禍I內的硅料進行預熱，并將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度逐步提升至Tl ；預熱時間為5h，其中Tl = 1200°C ;
[0101]步驟203、熔化:采用所述多晶硅鑄錠爐對裝于坩禍I內的硅料進行熔化，熔化溫度為 Tl ?T2;其中 T2 = 1550°C;
[0102]待坩禍I內的硅料全部熔化后，將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度控制在T2，之后所述多晶娃鑄錠爐的加熱功率開始下降，待所述多晶娃鑄錠爐的加熱功率停止下降且持續時間t后，恪化過程完成;其中t = 30min ；
[0103]步驟204、長晶:將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由T2逐漸降至T3后進行定向凝固，直至完成長晶過程;其中T3為多晶硅結晶溫度且T3 = 1430°C;
[0104]步驟205、退火及冷卻:步驟205中長晶過程完成后，進行退火與冷卻，并獲得加工成型的所述母合金鑄錠。
[0105]本實施例中，步驟205中進行退火及冷卻時，按照常規多晶硅鑄錠方法中的退火及冷卻方法進行退火及冷卻。并且，常規多晶硅鑄錠方法為多晶硅全熔鑄錠法。
[0106]本實施例中，所述多晶硅鑄錠爐為G5型鑄錠爐。并且，所述多晶硅鑄錠爐具體為浙江晶盛機電股份有限公司生產的G5型鑄錠爐。所述坩禍為石英坩禍且其為G5坩禍，并且生產出來的多晶硅鑄錠為G5錠。
[0107]實際使用時，所述石英坩禍的裝料量為600kg左右。
[0108]本實施例中，所述石英坩禍的裝料量為560kg。實際使用過程中，可以根據具體需要，對所述石英坩禍的裝料量進行相應調整。
[0109]實際使用時，步驟203中熔化過程中，向所述多晶硅鑄錠爐內充入惰性氣體并將所述多晶硅鑄錠爐內氣壓保持在Q1，其中Ql = 550mbar?650mbar。本實施例中，Ql=600mbar。
[0110]實際進行熔化時，可以根據具體需要，對Q1、T2和t的取值大小進行相應調整。
[0111]同時，步驟202中預熱過程中，將所述鑄錠爐的加熱功率逐步升高至Pl，其中Pl=50kW?10kW;步驟203中所述坩禍內的硅料全部熔化后，對所述鑄錠爐的加熱功率變化情況進行觀測，待所述鑄錠爐的加熱功率下降至P2，并保持P2不變且持續時間t后，熔料過程完成；其中，P2 = 25kW?45kW。
[0112]并且，步驟203中進行熔化時，過程如下:
[0113]第I步、保溫:將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度控制在Tl，并保溫0.4h?0.6h;
[0114]第2步至第5步、升溫及加壓:由先至后分四步將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由Tl逐漸提升至T4，升溫時間為0.4h?0.6h;升溫過程中向所述多晶硅鑄錠爐內充入惰性氣體并將所述多晶硅鑄錠爐的氣壓逐步提升至Ql;其中，T4 = 1190 °C?1325 °C ;
[0115]第6步、第一次升溫及保壓:將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由T2逐漸提升至T5且升溫時間為3.5h?4.5h，升溫過程中所述多晶硅鑄錠爐內氣壓保持在Ql;其中，T5 = 1440 °C?1460。。；
[0116]第7步:第二次升溫及保壓:將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由T3逐漸提升至T6且升溫時間為3.5h?4.5h，升溫過程中所述多晶硅鑄錠爐內氣壓保持在Ql;其中，T6 = 1490 °C?1510。。；
[0117]第8步、第三次升溫及保壓:將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由T4逐漸提升至T2且升溫時間為3.5h?4.5h，升溫過程中所述多晶硅鑄錠爐內氣壓保持在Ql;其中，T2 = 1540 °C?1560。。；
[0118]第9步、保溫:將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度控制在T2，并保溫3.5h?4.5h;保溫過程中，所述多晶硅鑄錠爐內氣壓保持在Ql;
[0119]第10步、持續保溫:將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度控制在T2，并保溫4h?8h，直至坩禍內的硅料全部熔化;保溫過程中，所述多晶硅鑄錠爐內氣壓保持在Ql。
[0120]本實施例中，第6步中進行第一次升溫及保壓過程中、第7步中進行第二次升溫及保壓過程中、第8步中進行第三次升溫及保壓過程中和第9步中進行保溫過程中，均需對所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率變化情況進行觀測，并確保所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率變化平穩。
[0121]同時，第2步至第5步中由先至后分四步將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由Tl逐漸提升至T3時，每一步提升溫度5°C?8°C，且每一步提升均需5min?lOmin。
[0122]并且，步驟202中預熱時間為5h;預熱過程中，將所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率以10kW/h?15kW/hkW/h的增長速率逐步提升至Pl。
[0123]本實施例中，步驟202中預熱過程中，將所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率逐步升高至P1，其中 Pl = 75kW。
[0124]實際進行預熱時，可以根據具體需要，對預熱時間、預熱過程中加熱功率的增長速率以及Tl和Pl的取值大小進行相應調整。
[0125]本實施例中，待坩禍內的硅料全部熔化后，將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度控制在T2，并對所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率隨時間變化的曲線(即功率曲線)進行觀測，詳見圖5。圖5中，細實線為所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率隨時間變化的曲線，需實線為所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度隨時間變化的曲線，豎線為坩禍內的硅料全部熔化時的報警線。由圖5可以看出，待坩禍內的硅料全部熔化后，所述多晶硅鑄錠爐的功率曲線開始下降，待所述多晶硅鑄錠爐的功率曲線下降且走平30min后，熔料過程完成，之后進入長晶階段;即圖5中的A點為熔料過程完成的時間點。
[0126]實際操作過程中，通過觀測功率曲線便能準確確定熔料過程完成的時間點，即由熔化階段切換到長晶階段的切換時間點。實際操作簡便，且實現方便，能準確把握由熔化階段切換到長晶階段的切換時機。
[0127]本實施例中，步驟203中所述坩禍內的硅料全部熔化后，對所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率變化情況進行觀測，待所述多晶娃鑄錠爐的加熱功率下降至P2，并保持P2不變且持續時間t后，熔料過程完成;其中，P2 = 35kW。
[0128]實際進行熔化時，根據所述坩禍內裝料量的不同，P2的大小相應在25kW?45kW范圍內進行調整。
[0129]本實施例中，第I步中保溫0.5h;
[0130]第2步至第5步中由先至后分四步將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由Tl逐漸提升至T4，升溫時間為0.5h(即第2步至第5步的總時間為0.5h);升溫過程中向所述多晶硅鑄錠爐內充入惰性氣體并將所述多晶硅鑄錠爐的氣壓逐步提升至Ql;其中，T4 = 1250°C ;
[0131]第2步至第5步中由先至后分四步將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由Tl逐漸提升至T4時，每一步提升溫度5°C?8°C，且每一步提升均需5min?lOmin;
[0132]第6步中進行第一次升溫及保壓時，升溫時間為4h，T5 = 1450°C;
[0133]第7步中進行第二次升溫及保壓時，升溫時間為4h，T6 = 1500°C。
[0134]第8步中進行第三次升溫及保壓時，升溫時間為4h;
[0135]第9步中進行保溫時，保溫4h;
[0136]第10步中進行持續保溫時，保溫6h，直至坩禍內的硅料全部熔化。
[0137]本實施例中，第6步中進行第一次升溫及保壓過程中、第7步中進行第二次升溫及保壓過程中、第8步中進行第三次升溫及保壓過程中和第9步中進行保溫過程中，均需對所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率變化情況進行觀測，并確保所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率變化平穩。
[0138]也就是說，第6步至第9步中進行熔化時，必須使功率曲線平穩前進，不能出現較為明顯的凹凸點，這樣會帶來硬質點的增多。
[0139]本實施例中，第2步至第5步中進行升溫及加壓時，過程如下:
[0140]第2步、第一步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1200°C提升至1220°C，且升溫時間為7min。
[0141]第3步、第二步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1220°C提升至1235 °C，且升溫時間為8min。
[0142]第4步、第三步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1235°C提升至1242°C，且升溫時間為5min。
[0143]第5步、第四步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1242°C提升至1250°C，且升溫時間為5min。
[0144]本實施例中，第10步中待坩禍內的硅料全部熔化且所述多晶硅鑄錠爐發出“熔化完成報警”后，需人工干預，對功率曲線的下降情況進行觀測，待所述多晶硅鑄錠爐的功率曲線下降且走平30min后，熔料過程完成，之后人工干預將熔化階段切入到長晶階段。
[0145]本實施例中，所述惰性氣體為氬氣。
[0146]本實施例中，其余方法步驟和工藝參數均與實施例2相同。
[0147]本實施例中，與常規坩禍相比，加工成型母合金鑄錠成品的表面無雜質，無粘禍現象，鑄錠底部含氧量降低64%以上，少子壽命>5.5us (微秒)，硬質點比例<0.5 %，成品率為 78%。
[0148]實施例4
[0149]本實施例中，與實施例3不同的是:步驟202中預熱時間為411且1'1 = 1285°(:，？1 =100砂；步驟203中了2 = 1560°(:八=201^11，？2 = 45砂，01=65011*&1;第1步中保溫時間為
0.411;第2步至第5步中了4=1325°(:，升溫時間為0.411;第6步中了5 = 1460°(:且升溫時間為
3.5h;第7步中T6 = 1510 °C且升溫時間為3.5h;第8步中升溫時間為3.5h;第9步中保溫時間為3.5h;第1步中保溫時間為4h。
[0150]本實施例中，第2步至第5步中進行升溫及加壓時，過程如下:
[0151]第2步、第一步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1285°C提升至1290°C，且升溫時間為5min。
[0152]第3步、第二步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1290V提升至1295°C，且升溫時間為5min。
[0153]第4步、第三步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1295°C提升至1315°C，且升溫時間為9min。
[0154]第5步、第四步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1315°C提升至1325 °C，且升溫時間為5min。
[0155]本實施例中，其余方法步驟和工藝參數均與實施例3相同。
[0156]本實施例中，與常規坩禍相比，加工成型母合金鑄錠成品的表面無雜質，無粘禍現象，鑄錠底部含氧量降低60 %以上，少子壽命>5.5us (微秒)，硬質點比例<0.5 %，成品率為 72%。
[0157]實施例5
[0158]本實施例中，與實施例3不同的是:步驟202中預熱時間為6h且T1 = 1125°C，P1 =50kff ；步驟203中T2 = 1540°C，t = 40min，P2 = 25kW，Ql = 550mbar;第I步中保溫時間為0.6h;第2步至第5步中了4=1190°(:，升溫時間為0.611;第6步中了5 = 1440°(:且升溫時間為4.511;第7步中T6 = 1490 0C且升溫時間為4.5h;第8步中升溫時間為4.5h;第9步中保溫時間為4.5h;第1步中保溫時間為8h。
[0159]本實施例中，第2步至第5步中進行升溫及加壓時，過程如下:
[0160]第2步、第一步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1125°C提升至1140 °C，且升溫時間為9min。
[0161]第3步、第二步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1140°C提升至1155 °C，且升溫時間為8min。
[0162]第4步、第三步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1155°C提升至1175°C，且升溫時間為1min。
[0163]第5步、第四步提升:將多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由1175°C提升至1190 °C，且升溫時間為9min。
[0164]本實施例中，其余方法步驟和工藝參數均與實施例3相同。
[0165]本實施例中，與常規坩禍相比，加工成型母合金鑄錠成品的表面無雜質，無粘禍現象，鑄錠底部含氧量降低65 %以上，少子壽命>5.5us (微秒)，硬質點比例<0.5 %，成品率為 70%。
[0166]實施例6
[0167]本實施例中，與實施例3不同的是:步驟101中將有機膠結劑、去離子水和氮化硼按1:2:0.8的質量比均勻混合，得到涂層噴涂液;所述有機膠結劑為有機硅膠粘劑;步驟102中進行噴涂時，所述坩禍I內部底面上Im2區域內噴涂的所述涂層噴涂液中所含氮化硼的質量為10g;步驟103中進行烘干時，采用所述烘干設備且在80°C溫度條件下對噴涂至坩禍I內部底面上的所述涂層噴涂液進行烘干，并且先采用所述烘干設備將坩禍I加熱至80°C，再進行保溫直至噴涂至坩禍I內部底面上的所述涂層噴涂液烘干為止。
[0168]本實施例中，其余方法步驟和工藝參數均與實施例3相同。
[0169]本實施例中，與常規坩禍相比，加工成型母合金鑄錠成品的表面無雜質，無粘禍現象，鑄錠底部含氧量降低64%以上，少子壽命>5.5us (微秒)，硬質點比例<0.5 %，成品率為 72%。
[0170]實施例7
[0171]本實施例中，與實施例3不同的是:步驟101中將有機膠結劑、去離子水和氮化硼按1:2.5:0.8的質量比均勻混合，得到涂層噴涂液;所述有機膠結劑為環氧膠粘劑;步驟102中進行噴涂時，所述坩禍I內部底面上Im2區域內噴涂的所述涂層噴涂液中所含氮化硼的質量為130g;步驟103中進行烘干時，采用所述烘干設備且在100°C溫度條件下對噴涂至坩禍I內部底面上的所述涂層噴涂液進行烘干，并且先采用所述烘干設備將坩禍I加熱至100°C，再進行保溫直至噴涂至坩禍I內部底面上的所述涂層噴涂液烘干為止。
[0172]本實施例中，其余方法步驟和工藝參數均與實施例3相同。
[0173]本實施例中，與常規坩禍相比，加工成型母合金鑄錠成品的表面無雜質，無粘禍現象，鑄錠底部含氧量降低72 %以上，少子壽命>5.5us (微秒)，硬質點比例<0.5 %，成品率為 75%。
[0174]實施例8
[0175]本實施例中，與實施例2不同的是:步驟101中將有機膠結劑、去離子水和氮化硼按1:2.5:1.2的質量比均勻混合，得到涂層噴涂液;所述有機膠結劑為瞬間膠粘劑;步驟102中進行噴涂時，所述坩禍I內部底面上Im2區域內噴涂的所述涂層噴涂液中所含氮化硼的質量為 180g。
[0176]本實施例中，其余方法步驟和工藝參數均與實施例2相同。
[0177]本實施例中，與常規坩禍相比，加工成型母合金鑄錠成品的表面無雜質，無粘禍現象，鑄錠底部含氧量降低65 %以上，少子壽命>5.5us (微秒)，硬質點比例<0.5 %，成品率為 68 %。
[0178]實施例9
[0179]本實施例中，與實施例1不同的是:步驟101中將有機膠結劑、去離子水和氮化硼按1:2:1.2的質量比均勻混合，得到涂層噴涂液;所述有機膠結劑為丙烯酸膠粘劑;步驟102中進行噴涂時，所述坩禍I內部底面上Im2區域內噴涂的所述涂層噴涂液中所含氮化硼的質量為200g。
[0180]本實施例中，其余方法步驟和工藝參數均與實施例1相同。
[0181]本實施例中，與常規坩禍相比，加工成型母合金鑄錠成品的表面無雜質，無粘禍現象，鑄錠底部含氧量降低60 %以上，少子壽命>5.5us (微秒)，硬質點比例<0.5 %，成品率為 65%。
[0182]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種母合金的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、坩禍底部涂層制備，過程如下: 步驟101、涂層噴涂液配制:將有機膠結劑、去離子水和氮化硼按1: (2?2.5):(0.8?1.2)的質量比均勻混合，得到涂層噴涂液； 步驟102、涂層噴涂液的噴涂量確定:根據需制備母合金鑄錠中雜質硼的濃度，并結合坩禍(I)的裝料量，對步驟101中所述涂層噴涂液的噴涂量進行確定； 步驟103、噴涂:根據步驟102中所確定的噴涂量，采用噴涂設備將步驟101中所述涂層噴涂液均勻噴涂至坩禍(I)的內部底面上； 所述坩禍(I)為石英坩禍； 步驟104、烘干:將步驟103中所述坩禍(I)水平放置于烘干設備內，并采用所述烘干設備且在80°C?100°C溫度條件下對噴涂至坩禍(I)內部底面上的所述涂層噴涂液進行烘干，獲得底部涂層(2); 步驟二、母合金熔鑄:采用多晶硅鑄錠爐或熔鑄爐，并利用步驟一中帶底部涂層(2)的坩禍(I)對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄。2.按照權利要求1所述的一種母合金的制備方法，其特征在于:步驟101中所述有機粘結劑為酚醛-氯丁橡膠膠粘劑、環氧膠粘劑、瞬間膠粘劑、丙烯酸膠粘劑、聚乙烯醇膠粘劑、聚醋酸乙烯膠粘劑、AE丙烯酸酯膠、聚乙烯醇縮丁醛膠粘劑或玻璃膠； 所述氮化硼為六方氮化硼。3.按照權利要求1或2所述的一種母合金的制備方法，其特征在于:步驟二進行母合金熔鑄之前，先將熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的硅料裝入步驟一中帶底部涂層(2)的坩禍(I)內，再將坩禍(I)裝入所述多晶硅鑄錠爐或所述熔鑄爐； 步驟102中所述坩禍(I)的裝料量為坩禍(I)內裝入硅料的裝料量； 步驟102中需制備母合金鑄錠中雜質硼的濃度為雜質硼的質量濃度;對所述涂層噴涂液的噴涂量進行確定時，根據需制備母合金鑄錠中雜質硼的濃度，并結合所述需制備母合金鑄錠的質量，對熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的硅料和雜質硼的質量分別進行確定;再根據所確定的熔鑄所述需制備母合金鑄錠用雜質硼的質量，并結合步驟101中所述涂層噴涂液中有機膠結劑、去離子水和氮化硼的質量比，對熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的所述氮化硼的質量進行確定;再根據所確定的熔鑄所述需制備母合金鑄錠用的所述氮化硼的質量，對所述涂層噴涂液的噴涂量進行確定。4.按照權利要求1或2所述的一種母合金的制備方法，其特征在于:步驟一所述坩禍(I)為熔鑄爐用坩禍； 步驟二中進行母合金熔鑄時，采用所述熔鑄爐，并利用步驟一中帶底部涂層(2)的坩禍(I)對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄； 所述熔鑄爐為真空熔鑄爐，利用步驟一中帶底部涂層(2)的坩禍(I)對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄時，按照常規母合金鑄錠的熔鑄方法進行熔鑄。5.按照權利要求1或2所述的一種母合金的制備方法，其特征在于:步驟一所述坩禍(I)為多晶硅鑄錠爐用坩禍； 步驟二中進行母合金熔鑄時，采用所述多晶硅鑄錠爐，并利用步驟一中帶底部涂層(2)的坩禍(I)對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄;對所述需制備母合金鑄錠進行熔鑄時，按照常規的多晶硅鑄錠方法進行熔鑄。6.按照權利要求5所述的一種母合金的制備方法，其特征在于:步驟二中進行母合金熔鑄時，過程如下: 步驟201、裝料:向步驟一中帶底部涂層(2)的坩禍(I)內裝入硅料； 步驟202、預熱:采用所述多晶硅鑄錠爐對裝于坩禍(I)內的硅料進行預熱，并將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度逐步提升至Tl ；預熱時間為4h?6h，其中Tl = 1125 °C?1285 °C ; 步驟203、熔化:采用所述多晶硅鑄錠爐對裝于坩禍(I)內的硅料進行熔化，熔化溫度為Tl ?T2;其中 T2 = 1540°C ?1560°C; 待坩禍(I)內的硅料全部熔化后，將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度控制在T2，之后所述多晶娃鑄錠爐的加熱功率開始下降，待所述多晶娃鑄錠爐的加熱功率停止下降且持續時間t后，恪化過程完成;其中t = 20min?40min ； 步驟204、長晶:將所述多晶硅鑄錠爐的加熱溫度由T2逐漸降至T3后進行定向凝固，直至完成長晶過程;其中T3為多晶硅結晶溫度且T3 = 14200C?1440°C ； 步驟205、退火及冷卻:步驟205中長晶過程完成后，進行退火與冷卻，并獲得加工成型的母合金鑄錠。7.按照權利要求6所述的一種母合金的制備方法，其特征在于:步驟202中預熱過程中，將所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率逐步升高至Pl，其中Pl =50kW?10kW;步驟203中所述坩禍(I)內的硅料全部熔化后，對所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率變化情況進行觀測，待所述多晶硅鑄錠爐的加熱功率下降至P2，并保持P2不變且持續時間t后，熔料過程完成;其中，P2 =25kW ?45kW。8.按照權利要求1或2所述的一種母合金的制備方法，其特征在于:步驟103中所述噴涂設備為液體噴槍，步驟104中所述烘干設備為烘箱。9.按照權利要求8所述的一種母合金的制備方法，其特征在于:步驟102中所述坩禍(I)為立方體坩禍;步驟104中所述坩禍(I)和所述烘箱均呈水平布設； 所述烘箱包括箱體、布設在坩禍(I)底部的底部加熱器(3)和四個分別布設在坩禍(I)的四個側壁外側的側部加熱器(4)，四個所述側部加熱器(4)均位于底部加熱器(3)上方，所述底部加熱器(3)呈水平布設，四個所述側部加熱器(4)均呈豎直向布設;所述底部加熱器(3)上設置有供坩禍(I)放置的石墨墊塊(5)。10.按照權利要求1或2所述的一種母合金的制備方法，其特征在于:步驟104中進行烘干時，先采用所述烘干設備將坩禍(I)加熱至80°C?100°C，再進行保溫直至噴涂至坩禍(I)內部底面上的所述涂層噴涂液烘干為止。
【文檔編號】C30B28/06GK106087047SQ201610694945
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月19日 公開號201610694945.7, CN 106087047 A, CN 106087047A, CN 201610694945, CN-A-106087047, CN106087047 A, CN106087047A, CN201610694945, CN201610694945.7
【發明人】吳增偉, 劉波波, 藺文, 虢虎平
【申請人】西安華晶電子技術股份有限公司