专利名称：用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂层的坩埚的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种坩埚，特别是涉及一种用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂 层的坩埚。
背景技术：
由于西门子法多晶硅提纯技术生产成本高，近年来，采用冶金法提纯制备太阳能 级多晶硅的技术获得了广泛的重视。冶金法提纯技术需经过硅材料的精炼和铸锭，采用的 装料容器通常为石英坩埚。由于硅的熔点较高，精炼与铸锭耗时较长，在高温下硅液与坩埚 之间长时间接触易发生化学反应。反应一方面导致氧元素及其它杂质元素溶入硅液中，使 硅液受到污染，影响多晶硅的电学性能。另一方面，反应可导致硅锭与坩埚发生粘连，给脱 模造成困难，并且由于多晶硅与坩埚材料的热膨胀系数不同，粘连的硅锭与坩埚之间产生 应力，可导致晶体缺陷的产生及坩埚的开裂。因此，为防止铸锭与坩埚的反应与粘连，以便 于脱模，并获得纯净、理想的硅晶体，需在石英坩埚内壁喷涂一层保护涂层。该保护层需与 坩埚之间具有很好的附着性，并且耐高温，不对硅熔体造成污染。通常采用的多晶硅铸锭用坩埚涂层材料的主要成分为氮化硅。坩埚涂上一层氮 化硅涂层以后，即可阻止硅液与坩埚之间的化学反应，有利于脱模，实现石英坩埚的重复使 用，从而降低生产成本。然而，普通的氮化硅涂层的强度不高，在使用过程中易发生剥落。专 利申请号为200910115095. 0的发明专利公开了一种采用包膜技术保障氮化硅层的稳定性 的方法，通过化学包覆手段来实现氮化硅颗粒之间以及氮化硅颗粒与坩埚之间形成有效的 化学键合，该包覆手段可增加氮化硅涂层的附着力、硬度及致密度。但是，该涂层对硅中杂 质的去除没有帮助。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂 层的坩埚。该坩埚可成功用于太阳能级多晶硅的熔炼、提纯和铸锭，有效阻止硅熔体与坩埚 材料之间的反应，避免坩埚材料对硅熔体的污染及铸锭与坩埚之间的粘连。同时利用涂层 成分与硅熔体及其中杂质之间的化学反应，对杂质的去除做出一定贡献。为解决上述技术问题，本实用新型的用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂层的坩 埚，包括石英材质的坩埚本体，其中，坩埚本体的内壁涂覆了一层由二氧化硅、氢氧化钡和 水为原料制成的坩埚涂层。其中，坩埚涂层的厚度为30 300微米。所述坩埚涂层是由下述制备方法制得将选定的原料(二氧化硅、氢氧化钡和 水)，按照一定比例混合调勻后，喷涂于坩埚本体内壁，烘干后，烧结，即得。有益效果1)本实用新型的坩埚涂层，与简单的氮化硅涂层相比，由于氢氧化钡的加入提高 了涂层的强度，防止涂层在使用前及使用过程中发生剥落的现象。
3[0010]2)采用本实用新型的坩埚提纯铸锭多晶硅，由于坩埚涂层可有效阻止硅熔体与石 英坩埚之间的反应与粘连，脱模容易。因此，该坩埚可重复使用，从而降低生产成本。3)将硅锭取样分析其晶粒生长情况，发现其晶粒生长良好，在理想的温度梯度控 制下，晶粒呈柱状生长，无明显晶体缺陷、细晶和裂纹现象出现。4)由于在硅液熔化状态下，涂层中的二氧化硅、氢氧化钡成分与硅液及其中的硼 杂质发生复杂的化学反应，形成气态硼化物，如Β0Η，随一氧化硅逸出熔体，减少了多晶硅锭 中硼的含量。利用ICP-MS(等离子体质谱仪)进行硼含量分析发现，采用本实用新型的坩 埚铸锭得到的多晶硅，与普通的氮化硅涂层坩埚制备的多晶硅锭相比，硼含量可降低20 30%。5)反应生成的含钡化合物比重较大，因此沉于坩埚底部，铸锭完成后，直接切除底 部即可将其去除，不至于给硅锭造成二次污染。
以下结合附图
与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明附图是本实用新型的坩埚结构示意图，1为坩埚涂层，2为坩埚本体。
具体实施方式
以下实施例中的二氧化硅和氢氧化钡粉末是市售产品，其中，二氧化硅的纯度为 99. 999%，且其中硼、磷含量小于0. lppm。氢氧化钡纯度为99. 9%。另外，以下实施例中得到的多晶硅铸锭是按常规方法进行操作。实施例1本实用新型的用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂层的坩埚，其结构示意图如说 明书附图所示，包括石英材质的坩埚本体2，其中，坩埚本体2的内壁涂覆了一层由二氧化 硅、氢氧化钡和水为原料制成的坩埚涂层1。该坩埚涂层1的厚度为30 300微米。其中，坩埚涂层1的制备方法如下(1)将二氧化硅和氢氧化钡粉末按质量比20 1的比例混合，其中，二氧化硅与氢 氧化钡粉末的粒度为1500 2000目。(2)将混合后的粉末加入去离水调勻，其中，混合后的粉末与去离水的重量比为 1 2，去离子水的电阻率为10兆欧。(3)将调勻后的化合物粉末悬浮液喷涂于石英坩埚本体2内壁，于80°C烘干6小 时。(4)烘干后的坩埚本体2进入加热炉，于950°C烧结6小时，最后在坩埚本体2内 壁得到一层致密均勻的涂层。在同样的提纯铸锭方法下，对采用本实施例的坩埚得到的多晶硅铸锭与采用普通 氮化硅涂层坩埚得到的多晶硅铸锭中的硼含量，利用ICP-MS(等离子体质谱仪)分析发现， 前者硼含量比后者低观％。实施例2本实施例中的用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂层的坩埚，如同实施例1，但其 中，坩埚涂层1的制备方法如下[0028](1)将二氧化硅和氢氧化钡粉末按质量比20 1的比例混合，其中，二氧化硅与氢 氧化钡粉末的粒度为1000 1500目。(2)将混合后的粉末加入去离水调勻，其中，混合后的粉末与去离水的重量比为 1 2. 5，去离子水的电阻率在15兆欧。(3)将调勻后的化合物粉末悬浮液喷涂于石英坩埚本体2内壁，于80°C烘干6小 时。(4)烘干后的坩埚本体2进入加热炉，于950°C烧结6小时，最后在坩埚本体2内 壁得到一层致密均勻的涂层。在同样的提纯铸锭方法下，对采用本实施例的坩埚得到的多晶硅铸锭与采用普通 氮化硅涂层坩埚得到的多晶硅铸锭中的硼含量，利用ICP-MS分析发现，前者硼含量比后者 低 25%。实施例3本实施例中的用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂层的坩埚，如同实施例1，但其 中，坩埚涂层1的制备方法如下(1)将二氧化硅和氢氧化钡粉末按质量比为30 1的比例混合，其中，二氧化硅与 氢氧化钡粉末的粒度为1000 2000目。(2)将混合后的粉末加入去离水调勻，其中，混合后的粉末与去离水的重量比为 1 2. 5，去离子水的电阻率在20兆欧。(3)将调勻后的化合物粉末悬浮液喷涂于石英坩埚本体2内壁，于80°C烘干6小 时。(4)烘干后的坩埚本体2进入加热炉，于950°C烧结6小时，最后在坩埚本体2内 壁得到一层致密均勻的涂层。在同样的提纯铸锭方法下，对采用本实施例的坩埚得到的多晶硅铸锭与采用普通 氮化硅涂层坩埚得到的多晶硅铸锭中的硼含量，利用ICP-MS分析发现，前者硼含量比后者 低 23%。实施例4本实施例中的用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂层的坩埚，如同实施例1，但其 中，坩埚涂层1的制备方法如下(1)将二氧化硅和氢氧化钡粉末按质量比为10 1的比例混合，其中，二氧化硅与 氢氧化钡粉末的粒度为1000 1250目。(2)将混合后的粉末加入去离水调勻，其中，混合后的粉末与去离水的重量比为 1 3，去离子水的电阻率在12兆欧。(3)将调勻后的化合物粉末悬浮液喷涂于石英坩埚本体2内壁，于60°C烘干8小 时。(4)烘干后的坩埚本体2进入加热炉，于900°C烧结8小时，最后在坩埚本体2内 壁得到一层致密均勻的涂层。在同样的提纯铸锭方法下，对采用本实施例的坩埚得到的多晶硅铸锭与采用普通 氮化硅涂层坩埚得到的多晶硅铸锭中的硼含量，利用ICP-MS分析发现，前者硼含量比后者 低 22%。[0047]实施例5本实施例中的用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂层的坩埚，如同实施例1，但其 中，坩埚涂层1的制备方法如下(1)将二氧化硅和氢氧化钡粉末按质量比为50 1的比例混合，其中，二氧化硅与 氢氧化钡粉末的粒度为1250 1500目。(2)将混合后的粉末加入去离水调勻，其中，混合后的粉末与去离水的重量比为 1 2. 8，去离子水的电阻率在18兆欧。(3)将调勻后的化合物粉末悬浮液喷涂于石英坩埚内壁2，于100°C烘干1小时。(4)烘干后的坩埚本体2进入加热炉，于1000°C烧结1小时，最后在坩埚本体2内 壁得到一层致密均勻的涂层。在同样的提纯铸锭方法下，对采用本实施例制备的涂层坩埚得到的多晶硅铸锭与 采用普通氮化硅涂层坩埚得到的多晶硅铸锭中的硼含量，利用ICP-MS分析发现，前者硼含 量比后者低21%。
权利要求1.一种用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂层的坩埚，包括石英材质的坩埚本体，其 特征在于所述坩埚本体的内壁涂覆了一层坩埚涂层。
2.如权利要求1所述的用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂层的坩埚，其特征在于 所述坩埚涂层的厚度为30 300微米。
专利摘要本实用新型公开了一种用于太阳能级多晶硅制备中的具有涂层的坩埚，包括石英材质的坩埚本体，其中，该坩埚本体的内壁涂覆了一层由二氧化硅、氢氧化钡和水为原料制成的坩埚涂层。该坩埚可成功用于太阳能级多晶硅的熔炼、提纯和铸锭，有效阻止硅熔体与坩埚材料之间的反应，避免坩埚材料对硅熔体的污染及铸锭与坩埚之间的粘连。同时利用涂层成分与硅熔体及其中杂质之间的化学反应，对杂质的去除做出一定贡献。
文档编号C01B33/021GK201842768SQ20102058118
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者史珺, 宗卫峰, 程素玲 申请人:上海普罗新能源有限公司