消除太陽能p型單晶氧施主效應的退火裝置及方法
【專利摘要】一種消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置及方法，裝置包括爐體，加熱器安裝在爐體的爐膛內；加熱器外圍設有保溫筒；保溫筒周圍裹有保溫墊；保溫蓋板通過卡槽定位在保溫筒上；反射板置于加熱器的下方；在保溫筒下部設有抽氣孔。本發明可處理存在有氧施主現象，電阻率虛高，即電阻率超過太陽能單晶電阻率要求（＞6歐姆.厘米）P型單晶，通過本發明退火后的電性能參數達到太陽能硅片要求的1-6歐姆.厘米，本發明結構簡單、操作方便，得到的產品品質，具有較高的推廣意義和廣泛的應用價值。
【專利說明】消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種直拉硅單晶生長的裝置，具體涉及一種消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置。
【背景技術】 [0002]國內外對氧在硅中作用有很多報道，如闕端麟的《硅材料科學與技術》對氧在硅中的作用作了一系列的分析，包括氧沉淀、氧吸雜、氧施主、氧擴散等作用和機理。早在50年代末，FULL等人就發現在了硅中的氧施主效應，經過40多年的研究，人們發現在了許多與熱施主相關的事實，并提出了熱施主模型，可以通過低溫熱處理時載流子濃度變化研究熱施主的生成，也可以通過紅外光譜直接測量到熱施主的存在，一般認為450°C是熱施主形成的最有效溫度，但經過650°C溫度退火30分鐘后，低溫熱處理生成的熱施主會完全消失。
[0003]直拉單晶硅棒頭部經過從1420°C到收尾400°C左右的熱歷史。由于氧的分凝系數大于I，導致頭部氧含量很高，加上單晶生長的熱歷史，在頭部易生成大量的熱施主，最終表現在太陽能P型單晶頭部電阻率虛高，不符合太陽能硅片電性能參數。
[0004]目前由于太陽能單晶要求越來越高，單晶直徑越來越大，熱場和投料量也越來越大，導致電阻率虛高的情況越來越嚴重，大量的硅片(普遍超過60%比例)需要退火處理，大多數太陽能廠為了消除熱施主，達到還原硅片真實電阻率的目的，購買各種各樣的專業的工業退火設備，價格昂貴，比如馬弗爐、工業退火爐等一系列設備，將硅棒切成成品硅片放到設備中去進行退火，存在操作復雜，破片率高，二次污染，清洗困難，成本高等缺點。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種操作簡單、破片率低，無二次污染，生產成本低的消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置及方法。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:一種消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置，包括爐體，加熱器安裝在爐體的爐膛內；加熱器外圍設有保溫筒；保溫筒周圍裹有保溫墊；保溫蓋板通過卡槽定位在保溫筒上；反射板置于加熱器的下方；在保溫筒下部設有抽氣孔。
[0007]所述的加熱器為石墨材料制作的圓桶形電阻式加熱器。
[0008]所述的石墨保溫筒為圓桶狀，采用石墨制成，與加熱器之間留有間隙。
[0009]所述的保溫墊有多層，保溫墊采用石墨軟碳氈制成。
[0010]所述的反射板為一平板狀石墨件。
[0011 ] 所述抽氣孔位于保溫筒下部，與爐體的抽氣孔位置相對應。
[0012]利用本發明提供的裝置對P型單晶進行退火的方法，包括以下步驟:
O按常規清掃熱場，重點將排氣孔清理干凈；
2)裝爐時從下到上，先放反射板，再安裝加熱器，揮緊加熱器螺絲，調整好反射板與加熱器的距離，將保溫筒套在加熱器外圍，均勻調整好加熱器與保溫筒的距離，保溫筒高出加熱器上沿，把保溫蓋板通過卡槽定位在保溫筒上；
3)將廢硅塊擦干凈均勻分布，放在保溫蓋上，再將待退火的單晶棒擦干凈對應擺放在每一片廢娃塊上，單晶棒頭部向下；
4)合爐后按常規對爐臺進行抽空檢漏；
5)爐內進氬氣，調整氬氣流量，控制爐壓到400pa，開啟加熱器加熱，加熱功率30分鐘均勻升到65kw ；
6)控制加熱器溫區溫度在800- 1000°C之間，蓋板以上溫度640 — 660°C，保持150分
鐘；
7)關閉加熱器，將功率歸零，氬氣流量不變；
8)4小時后打開爐蓋進行常溫自然冷卻；
9)待晶棒冷卻到100°C以下即可以取出，完成P型單晶氧施主效應的退火。
[0013]8、根據權利要求7所述的方法，其特征在于:反射板與加熱器的距離為23 -27mm。
[0014]9、根據權利要求7所述的方法，其特征在于:保溫筒套在加熱器外圍，加熱器與保溫筒的距離為18 - 20mm，保溫筒高出加熱器上沿19_21mm。
[0015]本發明提供的消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置及方法，一方面根據氧在硅中的基本性質，合理的設計溫場，讓晶棒重新經受一定的熱歷史，改變氧在硅中的存在方式，其中一部分熱量靠加熱 器自身發熱作為熱源散發，另一部份通過反射板將熱量通過保溫蓋孔輻射到保溫蓋上的單晶棒，此溫場有梯度較大的特點，加熱器溫區溫度達800 -1000 V，蓋板以上僅650 V左右，通過氬氣自上而下的吹掃保護，在負壓的環境中，還可以將晶體中部分擴散出來的氧通過排氣帶走，停加熱后，熱量能很快的通過氣流帶走，實現快冷，避開熱施主生成的溫度區間450°C，另一方面本發明型改變的這種結構，可以發揮爐型大的優勢，在保溫蓋上，可以均勻的擺放6.5寸晶棒12個位置，8寸可以擺放10個位置，平均每爐可加工150kg — 200kg晶棒,耗時10小時左右一爐，晶棒下面墊了 IOmm的廢娃塊，有效的防止硅棒直接與石墨蓋板接觸，防止退火中碳雜質擴散到晶棒中影響品質。
[0016]退火后晶棒的品質明顯優于片子退火的品質；先退火再切片，減少了二次污染，同時退火時晶棒有保護氣氛，且保護氣流不斷通過排氣孔抽走，雜質或氧都能及時帶走不在晶棒表面停留；由于是硅棒，搬運操作也方便，一次性投爐退火量也大，也充分發揮了現有設備及資源作用，本發明可處理存在有氧施主現象，電阻率虛高，即電阻率超過太陽能單晶電阻率要求(> 6歐姆.厘米)P型單晶，通過本發明退火后的電性能參數達到太陽能硅片要求的1-6歐姆.厘米，本發明結構簡單、操作方便，得到的產品品質，具有較高的推廣意義和廣泛的應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0018]圖1是本發明的結構示意圖。
[0019]圖2是本發明中晶棒放置示意圖。
[0020]圖3是本發明加熱器結構示意圖。
[0021]圖4是本發明反射板結構示意圖。【具體實施方式】
[0022]本發明的結構如圖1 一 4所示:一種消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置，包括爐體1，加熱器5安裝在爐體I的爐膛內；加熱器5外圍設有保溫筒9 ;保溫筒9周圍裹有保溫墊10 ;保溫蓋板4通過卡槽定位在保溫筒9上；反射板6置于加熱器5的下方；在保溫筒9下部設有抽氣孔7。
[0023]所述的加熱器5為石墨材料制作的圓桶形電阻式加熱器。
[0024]所述的石墨保溫筒9為圓桶狀，采用石墨制成，與加熱器5之間留有間隙。
[0025]所述的保溫墊10有多層，保溫墊10采用石墨軟碳氈制成。
[0026]所述的反射板6為一平板狀石墨件。
[0027]所述抽氣孔7位于保溫筒9下部，與爐體I的抽氣孔位置相對應。
[0028]利用本發明完成消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火作業過程如下:
包括以下步驟:
1)按常規清掃熱場，重點將排氣孔清理干凈；
2)裝爐時從下到上，先放反射板6，再安裝加熱器5，擰緊加熱器螺絲，調整好反射板6與加熱器5之間的距離，一般控制在23 - 27mm,將保溫筒9套在加熱器5外圍，均勻調整好加熱器與保溫筒的距離，一般控制在18 - 20臟，保溫筒9高出加熱器5上沿20臟，把保溫蓋板4通過固定卡槽定位在保溫筒9上；
3)將廢硅塊3擦干凈均勻分布，放在保溫蓋板4上，再將待退火的單晶棒2擦干凈對應擺放在每一片廢硅塊上，單晶棒2頭部向下；
4)合爐后按常規對爐體I進行抽空檢漏；
5)爐體I內進氬氣，調整氬氣流量，控制爐壓到400pa，開啟加熱器加熱，加熱功率30分鐘均勻升到65kw ；
6)控制加熱器溫區溫度在800- 1000°C之間，保溫蓋板4以上溫度640 — 660°C，保持150分鐘；
7)關閉加熱器，將功率歸零，氬氣流量不變；
8)4小時后打開爐蓋進行常溫自然冷卻；
9)待單晶棒2冷卻到100°C以下即可以取出，完成P型單晶氧施主效應的退火。
【權利要求】
1.一種消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置，包括爐體(1)，其特征在于:加熱器(5)安裝在爐體(1)的爐膛內；加熱器(5)外圍設有保溫筒(9);保溫筒(9)周圍裹有保溫墊(10);保溫蓋板(4)通過卡槽定位在保溫筒(9)上；反射板(6)置于加熱器(5)的下方；在保溫筒(9)下部設有抽氣孔(7)。
2.根據權利要求1所述的消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置，其特征在于:所述的加熱器(5)為石墨材料制作的圓桶形電阻式加熱器。
3.根據權利要求1所述的消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置，其特征在于:所述的石墨保溫筒(9)為圓桶狀，采用石墨制成，與加熱器(5)之間留有間隙。
4.根據權利要求1所述的消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置，其特征在于:所述的保溫墊(10)有多層，保溫墊(10)采用石墨軟碳氈制成。
5.根據權利要求1所述的消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置，其特征在于:所述的反射板(6)為一平板狀石墨件。
6.根據權利要求1所述的消除太陽能P型單晶氧施主效應的退火裝置，其特征在于:所述抽氣孔(7)位于保溫筒(9)下部，與爐體(1)的抽氣孔位置相對應。
7.利用權利要求1一 6中任一權利要求所述的裝置對P型單晶進行退火的方法，其特征在于:包括以下步驟: O按常規清掃熱場，重點將排氣孔清理干凈； 2)裝爐時從下到上，先放反射板，再安裝加熱器，揮緊加熱器螺絲，調整好反射板與加熱器的距離，將保溫筒套在加熱器外圍，均勻調整好加熱器與保溫筒的距離，保溫筒高出加熱器上沿，把保溫蓋通過固有的卡槽定位在保溫筒上； 3)將廢硅塊擦干凈均勻分布，放 在保溫蓋上，再將待退火的單晶棒擦干凈對應擺放在每一片廢娃塊上，單晶棒頭部向下； 4)合爐后按常規對爐臺進行抽空檢漏； 5)爐內進氬氣，調整氬氣流量，控制爐壓到400pa，開啟加熱器加熱，加熱功率30分鐘均勻升到65kw ； 6)控制加熱器溫區溫度在800- 1000°C之間，保溫蓋板以上溫度640 — 660°C，保持150分鐘； 7)關閉加熱器，將功率歸零，氬氣流量不變； 8)4小時后打開爐蓋進行常溫自然冷卻； 9)待晶棒冷卻到100°C以下即可以取出，完成P型單晶氧施主效應的退火。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于:反射板與加熱器的距離為23- 27mm。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于:保溫筒套在加熱器外圍，加熱器與保溫筒的距離為18 - 20mm，保溫筒高出加熱器上沿19_21mm。
【文檔編號】C30B33/02GK103484941SQ201310442304
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】李圳達, 梁學勤, 朱偉光 申請人:宜昌南玻硅材料有限公司, 中國南玻集團股份有限公司