專利名稱：可減少電弧石英坩堝內表面質量缺陷的石墨電極結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可減少電弧石英坩堝內表面質量缺陷的石墨電極結構。
背景技術：
電弧石英坩堝用于熔融硅拉制單晶硅，而單晶硅廣泛應用于半導體或太陽能電池等的單晶硅。采用切克勞斯基(Czochralski)法拉制單晶硅時，電弧石英坩堝被用于容納硅熔體。在此方法中，一粒具有預定取向的種晶被浸入熔體，然后緩緩拉出。種晶和熔體以不同方向旋轉。種晶和熔體之間的表面張力使得熔體隨種晶被拉出，所述熔體逐漸凝固，最終固化成一個不斷生長的硅單晶。在石英坩堝的熔制過程中，由于電弧溫度很高，內表面會被部分氣化，產生二氧化硅蒸汽，這些氣體遇到石墨電極相對低溫區域(電極尖端由于接近電弧溫度較高致使二氧化硅蒸汽無法沉積)，會在其上沉積并形成石英沉積物包裹結構。由于該結構較疏松并且與石墨電極不同質，因此附著極為不牢固，在震動、氣流或電弧的影響下，會部分脫落，在坩堝內表面形成固態附著物或類似“白點”的結構。石英坩堝作為熔融硅的容器，內表面直接與硅液接觸，長時間處于高溫低壓的條件下，受到硅液的侵蝕，與硅液反應，不斷的向其中熔解。由于這些從電極脫落的沉積物帶有雜質，在拉制單晶過程中增加了該雜質區域析晶的可能性，同時該區域被硅液侵蝕，會將雜質釋放到硅液，嚴重影響單晶拉制過程以及晶棒質量。目前解決這一問題的方法主要有兩種。一種是采用增加排風的方法，將從電極脫落的二氧化硅碎屑隨氣流排出。這種方法并不能將所有的碎屑排出，一些較大的顆粒還是會落入坩堝。另一種是用高速氣流沖擊沉積區域，將沉積物吹走。這種方法同樣不能去除所有的碎屑，而且可能會將一些不易脫落的沉積物吹落入坩堝。
發明內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種可減少電弧石英坩堝內表面質量缺陷的石墨電極結構，以減少乃至消除二氧化硅沉積物的脫落，從而減少乃至消除“白點”和附著物等缺陷，提高坩堝的質量與合格率，進而提高拉晶率。本實用新型涉及的可減少電弧石英坩堝內表面質量缺陷的石墨電極結構，包括石墨電極，其特殊之處是在石墨電極上沿軸向間隔設有多個橫向孔，在石墨電極上套裝有石英護套且電極尖端裸露在外，通過穿過石英護套和橫向孔的石英銷釘將石英護套固定在石墨電極上。上述的可減少電弧石英坩堝內表面質量缺陷的石墨電極結構，所述的石英護套為管狀。本實用新型通過在石墨電極外加石英護套，結合在坩堝熔制過程中電極在高溫下消耗會逐漸變短的特點，使石英護套下端高度在每生產完一只坩堝后上移，上移距離與電極消耗長度相當，從而保持電極下端始終裸露在外并且不影響電弧對坩堝的熔制。由于采用石英護套，使熔制過程中二氧化硅蒸汽與電極上套有石英護套部位無法接觸，利用二氧化硅沉積物與石英護套同質，沉積物可牢固附著，從而減少乃至消除“白點”和附著物等缺陷，提高坩堝的質量與合格率，進而減少了拉晶缺陷，提高拉晶率。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是圖1中石英護套提升后位置示意圖。
具體實施方式
如圖所示，本實用新型包括石墨電極1，在石墨電極1上沿軸向間隔設有多個橫向孔101，本實施例以11個橫向孔101為例，橫向孔101的數量根據一組電極能熔制的坩堝數量確定(本實施例以能熔制10只坩堝為例，相應橫向孔101為11個)。在石墨電極1上套裝有管狀石英護套2且石墨電極1尖端裸露在外，通過穿過石英護套2和橫向孔101的石英銷釘3將石英護套2固定在石墨電極1上。以熔制18英寸坩堝用三相石墨電極(長度620mm)為例，先統計出生產電弧坩堝時20組電極尖端無二氧化硅沉積物區域的軸向長度平均值為60mm，及一組電極對應的連續生產10只電弧坩堝的分段消耗長度平均值(一組電極共熔制10只坩堝)，分別為8mm， 12mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm ；安裝石英護套 2 后石墨電極 1 尖端裸露的長度等于45_，由下至上橫向孔2的間距分別為8mm，12mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm, 15mm ；然后進行坩堝生產，在生產過程中每生產完一只坩堝將石英護套2 上移至上一橫向孔101位置并通過石英銷釘3將石英護套2再固定在電極1上，從而實現分段提升石英護套2下端的高度并且分段提升量等于對應的該段電極消耗長度；使石墨電極1尖端始終裸露在外，更換石墨電極1后重新裝上石英護套2，重復上述工作過程，并定期清理掉石英護套2表面的二氧化硅沉積物直至石英護套2無法使用時進行更換。起始功率控制在450kw左右，30 kwh后將功率升至550kw左右，直到80kwh熔制結束。使用過程中，石墨電極1上未發現明顯的二氧化硅沉積物，在石英護套2的外側有一層致密二氧化硅沉積層，沒有明顯的脫落現象。石英護套2的下端沒有明顯的熔化和變形等現象。總共熔制了 900只坩堝。檢測結果，合格率為93. 6%，比原來平均提高11. 3%。不合格品中白點占1.7 %，附著物占0 %，分別比原來平均降低4. 2 %，8.7 %。對坩堝的雜質元素含量進行分析，與未用石英護套生產的坩堝相比基本一致，統計結果如下
AlCaFeKLiNa含量(ppm)14. 30. 50. 20. 60. 60. 8
權利要求1.一種可減少電弧石英坩堝內表面質量缺陷的石墨電極結構，包括石墨電極，其特征是在石墨電極上沿軸向間隔設有多個橫向孔，在石墨電極上套裝有石英護套，所述的石英護套通過穿過石英護套和橫向孔的石英銷釘固定在石墨電極上。
2.根據權利要求1所述的可減少電弧石英坩堝內表面質量缺陷的石墨電極結構，其特征是所述的石英護套為管狀。
專利摘要一種可減少電弧石英坩堝內表面質量缺陷的石墨電極結構，包括石墨電極，其特殊之處是在石墨電極上沿軸向間隔設有多個橫向孔，在石墨電極上套裝有石英護套，所述的石英護套通過穿過石英護套和橫向孔的石英銷釘固定在石墨電極上。由于采用石英護套，使熔制過程中二氧化硅蒸汽與電極上套有石英護套部位無法接觸，利用二氧化硅沉積物與石英護套同質，沉積物可牢固附著，從而減少乃至消除“白點”和附著物等缺陷，提高坩堝的質量與合格率，進而減少拉晶缺陷，提高拉晶率。
文檔編號C30B15/16GK201962415SQ20112000551
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月10日 優先權日2011年1月10日
發明者吳立龍, 姚世民, 王璐, 趙亮, 韓東 申請人:圣戈班石英(錦州)有限公司