本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法和裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，太陽(yáng)能作為一種新興的可再生綠色能源已經(jīng)成為了人們開(kāi)發(fā)和研究的熱點(diǎn)。伴隨著太陽(yáng)能電池業(yè)的快速發(fā)展，成本低且適于規(guī)?；a(chǎn)的多晶硅或類(lèi)單晶硅成為行業(yè)內(nèi)最主要的光伏材料之一，并逐步取代傳統(tǒng)的直拉單晶硅在太陽(yáng)能電池材料市場(chǎng)中的主導(dǎo)地位。

多晶硅的晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，其固液界面前沿縱向液相溫度梯度(簡(jiǎn)稱溫度梯度)是一個(gè)很重要的參數(shù)和指標(biāo)，溫度梯度直接影響晶體硅的質(zhì)量，但目前的技術(shù)無(wú)法簡(jiǎn)便地獲得溫度梯度數(shù)值，因此，有必要提供一種測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法和裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提供了一種測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法。該方法可以簡(jiǎn)單、便捷地獲得晶體硅生長(zhǎng)過(guò)程中的溫度梯度。本發(fā)明還提供了一種用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易操作。

本發(fā)明第一方面提供了一種測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法，包括：

(1)提供測(cè)試棒和坩堝，所述坩堝中裝有硅熔體，將所述測(cè)試棒置于所述硅熔體中，然后向上提拉，測(cè)試所述測(cè)試棒在所述硅熔體中的拉力值f1；測(cè)試結(jié)束后，提升所述測(cè)試棒至所述坩堝的頂部；

(2)調(diào)節(jié)溫度進(jìn)入長(zhǎng)晶階段，使所述硅熔體開(kāi)始形核結(jié)晶形成晶體硅，此時(shí)所述坩堝中包括晶體硅、糊狀區(qū)和未結(jié)晶的硅熔體，將所述測(cè)試棒伸入所述坩堝中并下降直至到達(dá)所述晶體硅的位置，然后將所述測(cè)試棒向上提拉，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述測(cè)試棒在提拉過(guò)程中的拉力值f變化，所述提拉的速度與步驟(1)的提拉速度相同；當(dāng)所述拉力值f與所述f1相同或相近時(shí)，停止提拉，測(cè)試此時(shí)所述測(cè)試棒的提升高度，所述提升高度即為糊狀區(qū)的厚度l；

(3)按照公式g＝(tl–ts)/l計(jì)算出溫度梯度g與糊狀區(qū)厚度l的數(shù)量關(guān)系，其中tl–ts代表硅熔體tl與晶體硅ts的溫度差，所述tl–ts為常數(shù)。

其中，步驟(2)中，所述測(cè)試棒向上提拉的速度為0.01mm/s-100mm/s。

其中，步驟(2)中，所述測(cè)試棒向上提拉的速度為10mm/s-100mm/s。

其中，當(dāng)所述晶體硅的高度為1cm時(shí)，將所述測(cè)試棒伸入所述坩堝中測(cè)試所述拉力值f的變化。

其中，當(dāng)所述測(cè)試棒下降過(guò)程中遇到突然增大的阻力時(shí)表示所述測(cè)試棒到達(dá)所述晶體硅的位置，此時(shí)所述測(cè)試棒停止下降，開(kāi)始向上提拉。

其中，在長(zhǎng)晶階段，每隔5min-60min測(cè)定一次所述糊狀區(qū)的厚度。

其中，所述測(cè)試棒為石英棒或氮化硅棒。

本發(fā)明第一方面提供的測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法，通過(guò)測(cè)試鑄錠過(guò)程中糊狀區(qū)的厚度獲得溫度梯度和糊狀區(qū)厚度的數(shù)量關(guān)系，從而獲得溫度梯度變化值，根據(jù)溫度梯度變化值調(diào)整鑄錠加熱器的加熱量及鑄錠爐的散熱量來(lái)獲得穩(wěn)定的晶體生長(zhǎng)，從而獲得縱向上穩(wěn)定的硅片制備成電池的轉(zhuǎn)換效率，提高了晶體硅的質(zhì)量。同時(shí)，該方法簡(jiǎn)單易操作。

本發(fā)明第二方面提供了一種用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置，包括測(cè)試棒、與所述測(cè)試棒的一端相連接的壓力傳感器，以及用于驅(qū)動(dòng)所述測(cè)試棒進(jìn)行上下直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；所述測(cè)試棒的另一端用于伸入鑄錠爐的坩堝中測(cè)試糊狀區(qū)的厚度，所述壓力傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述測(cè)試棒在糊狀區(qū)和硅熔體中上下直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的壓力信號(hào)。

其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)、與所述電機(jī)連接的用于帶動(dòng)所述測(cè)試棒上下直線運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)件以及用于支撐所述移動(dòng)件的支撐件。

其中，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，所述壓力傳感器每隔0.1秒采集一次數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施例第二方面提供的用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置，可方便快捷地測(cè)試得到晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度，同時(shí)該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作。

綜上，本發(fā)明有益效果包括以下幾個(gè)方面：

1、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法，通過(guò)測(cè)試鑄錠過(guò)程中糊狀區(qū)的厚度獲得溫度梯度和糊狀區(qū)厚度的數(shù)量關(guān)系，從而獲得溫度梯度變化值，根據(jù)溫度梯度變化值調(diào)整鑄錠加熱器的加熱量及鑄錠爐的散熱量來(lái)獲得穩(wěn)定的晶體生長(zhǎng)，從而獲得縱向上穩(wěn)定的硅片制備成電池的轉(zhuǎn)換效率，提高了晶體硅的質(zhì)量。同時(shí)，該方法簡(jiǎn)單易操作；

2、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置，可方便快捷地測(cè)試得到晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度，同時(shí)該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式中用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法的過(guò)程圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施方式中測(cè)試棒向上提拉時(shí)拉力變化與糊狀區(qū)厚度關(guān)系曲線；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式中用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施方式中用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置的plc控制原理框圖；

圖5為本發(fā)明效果實(shí)施例1得到的多晶硅錠的少子壽命圖；

圖6為本發(fā)明效果實(shí)施例2得到的類(lèi)單晶硅錠的少子壽命圖。

具體實(shí)施方式

以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

參照?qǐng)D1，圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式中一種測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法的過(guò)程圖；圖1中，1代表測(cè)試棒，2代表坩堝，3代表硅熔體，4代表糊狀區(qū)，5代表晶體硅。本發(fā)明第一方面提供了一種測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法，包括：

(1)提供測(cè)試棒1和坩堝2，所述坩堝中裝有硅熔體，將所述測(cè)試棒置于所述硅熔體中，然后向上提拉，測(cè)試所述測(cè)試棒在所述硅熔體中的拉力值f1；測(cè)試結(jié)束后，提升所述測(cè)試棒至所述坩堝的頂部；

(2)調(diào)節(jié)溫度進(jìn)入長(zhǎng)晶階段，使所述硅熔體開(kāi)始形核結(jié)晶形成晶體硅，此時(shí)所述坩堝中包括晶體硅5、糊狀區(qū)4和未結(jié)晶的硅熔體3，將所述測(cè)試棒1伸入所述坩堝2中并下降直至到達(dá)所述晶體硅5的位置，然后將所述測(cè)試棒1向上提拉，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述測(cè)試棒在提拉過(guò)程中的拉力值f變化，所述提拉的速度與步驟(1)的提拉速度相同；當(dāng)所述拉力值f與所述f1相同或相近時(shí)，停止提拉，測(cè)試此時(shí)所述測(cè)試棒1的提升高度，所述提升高度即為糊狀區(qū)的厚度l；

(3)按照公式g＝(tl–ts)/l計(jì)算出溫度梯度g與糊狀區(qū)厚度l的數(shù)量關(guān)系，其中tl–ts代表硅熔體tl與晶體硅ts的溫度差，所述tl–ts為常數(shù)。

本發(fā)明實(shí)施方式中，坩堝為石英坩堝，可選地，坩堝的內(nèi)壁和底部設(shè)置有氮化硅層，氮化硅層的設(shè)置為常規(guī)選擇，對(duì)其厚度和設(shè)置方式不做特殊限定。

本發(fā)明實(shí)施方式中，坩堝底部可設(shè)置籽晶層，然后在籽晶層上方設(shè)置硅熔體，籽晶層的設(shè)置為常規(guī)選擇，其厚度和設(shè)置方式不做特殊限定。

本發(fā)明實(shí)施方式中，晶體硅為多晶硅錠或類(lèi)單晶硅錠，當(dāng)晶體硅為類(lèi)單晶硅錠時(shí)，坩堝底部設(shè)有籽晶層。

本發(fā)明實(shí)施方式中，坩堝中硅熔體的來(lái)源有：在坩堝中填裝硅料，加熱使硅料熔化形成硅熔體，或者將在另一坩堝中熔化的硅熔體傾倒至該坩堝中。

本發(fā)明實(shí)施方式中，步驟(1)為鑄錠過(guò)程中的熔化階段，此時(shí)硅熔體為熔融狀態(tài)。

本發(fā)明實(shí)施方式中，步驟(2)用于測(cè)定測(cè)試棒在硅熔體中的拉力值f1時(shí)，提拉速度與步驟(1)相同。

本發(fā)明實(shí)施方式中，所述測(cè)試棒為石英棒或氮化硅棒。測(cè)試棒可以重復(fù)使用多次。

本發(fā)明實(shí)施方式中，當(dāng)晶體硅的高度為1cm時(shí)，將測(cè)試棒伸入所述坩堝中測(cè)試所述拉力值f的變化。當(dāng)晶體硅高度太小，測(cè)試棒在下降的過(guò)程中很容易對(duì)晶體硅產(chǎn)生壓力使晶體硅坍塌，當(dāng)晶體硅高度太大時(shí)再進(jìn)行測(cè)試，可能會(huì)得不到完整的溫度梯度數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施方式中，當(dāng)所述測(cè)試棒下降過(guò)程中遇到突然增大的阻力時(shí)表示所述測(cè)試棒到達(dá)所述晶體硅的位置，此時(shí)所述測(cè)試棒停止下降，開(kāi)始向上提拉。具體地，當(dāng)所述測(cè)試棒在下降過(guò)程中遇到超過(guò)35-40n的范圍內(nèi)阻力時(shí)，停止下降，開(kāi)始向上提拉?？蛇x地，測(cè)試棒的下降速度要大于長(zhǎng)晶速度，以防止測(cè)試棒被不斷生長(zhǎng)的晶體硅固定住。進(jìn)一步可選地，測(cè)試棒下降的速度為0.2mm/s-100mm/s。進(jìn)一步可選地，測(cè)試棒下降的速度為0.2mm/s-10mm/s。進(jìn)一步可選地，測(cè)試棒下降的速度為10mm/s-100mm/s。具體地，測(cè)試棒下降的速度為0.2mm/s、1mm/s、5mm/s、10mm/s、15mm/s、20mm/s、25mm/s、30mm/s、35mm/s、40mm/s、45mm/s、50mm/s、55mm/s、60mm/s、65mm/s、70mm/s、75mm/s、80mm/s、85mm/s、90mm/s、95mm/s、100mm/s。

本發(fā)明實(shí)施方式中，在長(zhǎng)晶階段，每隔5min-60min測(cè)定一次糊狀區(qū)的厚度，直至溫度梯度保持不變或者長(zhǎng)晶結(jié)束?？梢愿鶕?jù)實(shí)際工藝的需要調(diào)整測(cè)試的次數(shù)和頻率?？蛇x地，每隔5min-30min測(cè)定一次所述糊狀區(qū)的厚度?？蛇x地，每隔30min-60min測(cè)定一次所述糊狀區(qū)的厚度。進(jìn)一步可選地，每隔5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min測(cè)定一次糊狀區(qū)的厚度。

本發(fā)明實(shí)施方式中，測(cè)試棒向上提拉的速度為0.01mm/s-100mm/s。如果提拉速度小于0.01mm/s，測(cè)試棒的提拉速度小于長(zhǎng)晶速度，測(cè)試棒可能會(huì)長(zhǎng)在晶體硅中。如果提拉速度大于100mm/s，可能會(huì)出現(xiàn)超出壓力傳感器測(cè)試精密度的情況?？蛇x地，測(cè)試棒向上提拉的速度為10mm/s-100mm/s。可選地，測(cè)試棒向上提拉的速度為0.01mm/s-10mm/s。進(jìn)一步可選地，測(cè)試棒向上提拉的速度為0.01mm/s、0.1mm/s、1mm/s、5mm/s、10mm/s、15mm/s、20mm/s、25mm/s、30mm/s、35mm/s、40mm/s、45mm/s、50mm/s、55mm/s、60mm/s、65mm/s、70mm/s、75mm/s、80mm/s、85mm/s、90mm/s、95mm/s、100mm/s。

本發(fā)明實(shí)施方式中，步驟(2)中，當(dāng)所述拉力值f與所述f1相同或相近時(shí)，停止提拉。拉力值f與所述f1相近指的是拉力值f與所述f1的差值小于2n?？蛇x地，當(dāng)所述測(cè)試棒的提升高度測(cè)試結(jié)束，可將所述測(cè)試棒提升至所述坩堝的頂部且不與硅熔體接觸以待用。

在鑄錠過(guò)程中，坩堝中會(huì)形成糊狀區(qū)，在定向凝固過(guò)程中，一個(gè)穩(wěn)定的平面的固液相界面總是以一個(gè)較大溫度梯度為先決條件。因此，一旦一個(gè)定向凝固試樣處于一個(gè)穩(wěn)定的溫度梯度條件下，對(duì)應(yīng)于這個(gè)溫度梯度及晶體的固液相溫度必然存在一個(gè)低于固相線溫度的固相區(qū)、高于液相線溫度的液相區(qū)以及介乎于固相線與液相線之問(wèn)的固液相共存的糊狀區(qū)(mushy-zone)。糊狀區(qū)是一個(gè)不穩(wěn)定的區(qū)域，該區(qū)域?qū)⒂绊懳⒂^組織形態(tài)、凝固缺陷及晶體材料的機(jī)械性能，同時(shí)將影響穩(wěn)定的平面的固液相界面的穩(wěn)定。在多晶硅錠長(zhǎng)晶過(guò)程中，由于糊狀區(qū)的粘滯力與硅熔體不同，通過(guò)測(cè)試糊狀區(qū)對(duì)測(cè)試棒的向上的拉力值及拉力值變化來(lái)衡量硅錠生長(zhǎng)前沿的糊狀區(qū)厚度，從而獲得多晶硅錠長(zhǎng)晶前沿的穩(wěn)定梯度。獲得該縱向溫度梯度變化后，可指導(dǎo)晶體生長(zhǎng)的工藝調(diào)試及衡量定向凝固定向生長(zhǎng)界面的穩(wěn)定性，從而獲得頭尾效率更加均勻的晶體硅。

本發(fā)明方法的運(yùn)用范圍遠(yuǎn)不止g5硅錠，同樣可實(shí)現(xiàn)于g6、g7硅錠、類(lèi)單晶、半熔法、全熔法生產(chǎn)高效多晶。

本發(fā)明實(shí)施例第一方面提供了測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法，通過(guò)在測(cè)試棒上升過(guò)程中，測(cè)試?yán)ψ兓c時(shí)間的關(guān)系，測(cè)試得到糊狀區(qū)的厚度。進(jìn)一步通過(guò)測(cè)試鑄錠過(guò)程中糊狀區(qū)的厚度獲得溫度梯度和糊狀區(qū)厚度的數(shù)量關(guān)系，從而獲得溫度梯度變化值，根據(jù)溫度梯度變化值調(diào)整鑄錠加熱器的加熱量及鑄錠爐的散熱量來(lái)獲得穩(wěn)定的晶體生長(zhǎng)，提高了晶體硅的質(zhì)量，從而獲得縱向上穩(wěn)定的電池的轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，該方法簡(jiǎn)單易操作。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式中用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明一實(shí)施方式中用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置的plc控制原理框圖；參照?qǐng)D3和圖4，本發(fā)明實(shí)施例第二方面提供了一種用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置，包括測(cè)試棒10、與所述測(cè)試棒10的一端相連接的壓力傳感器20，以及用于驅(qū)動(dòng)所述測(cè)試棒10進(jìn)行上下直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置30；所述測(cè)試棒10的另一端用于伸入鑄錠爐40(只顯示部分鑄錠爐結(jié)構(gòu))的坩堝41中測(cè)試糊狀區(qū)的厚度，所述壓力傳感器20用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述測(cè)試棒10在糊狀區(qū)和硅熔體中上下直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的壓力信號(hào)。圖3中的箭頭表示測(cè)試棒的移動(dòng)方向。

本發(fā)明提供的用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)試測(cè)試棒上升過(guò)程中拉力的變化與時(shí)間的關(guān)系，測(cè)試糊狀區(qū)的厚度。

本發(fā)明實(shí)施方式中，測(cè)試棒的上下直線運(yùn)動(dòng)指的是測(cè)試棒在硅熔體中以垂直于坩堝底部的方向做上升或下降運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明實(shí)施方式中，所述壓力傳感器的采樣頻率是10hz。可選地，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，所述壓力傳感器每隔0.1秒采集一次數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施方式中，根據(jù)測(cè)試棒在糊狀區(qū)和硅熔體中上升直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的力信號(hào)確定糊狀區(qū)的厚度。再根據(jù)糊狀區(qū)的厚度按照公式g＝(tl–ts)/l計(jì)算出溫度梯度g和糊狀區(qū)厚度l的數(shù)量關(guān)系。

本發(fā)明實(shí)施方式中，在晶體硅鑄錠過(guò)程中的熔化階段，所述坩堝中裝有硅熔體，將所述測(cè)試棒置于所述硅熔體中，然后向上提拉，測(cè)試所述測(cè)試棒在所述硅熔體中的拉力值f1；測(cè)試結(jié)束后，提升所述測(cè)試棒至所述坩堝的頂部；

在晶體硅鑄錠過(guò)程中的長(zhǎng)晶階段，當(dāng)所述硅熔體開(kāi)始形核結(jié)晶形成晶體硅，此時(shí)所述坩堝中包括晶體硅、糊狀區(qū)和未結(jié)晶的硅熔體，將所述測(cè)試棒伸入所述坩堝中并下降直至到達(dá)所述晶體硅的位置，然后將所述測(cè)試棒向上提拉，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述測(cè)試棒在提拉過(guò)程中的拉力值f變化，當(dāng)所述拉力值f與所述f1相同或相近時(shí)，停止提拉，測(cè)試此時(shí)所述測(cè)試棒的提升高度，所述提升高度即為糊狀區(qū)的厚度l。

本發(fā)明實(shí)施方式中，測(cè)試棒的材質(zhì)包括石英或氮化硅。對(duì)測(cè)試棒的長(zhǎng)度和直徑不做特殊限定?？蛇x地，測(cè)試棒可重復(fù)利用多次?？蛇x地，在測(cè)試之前或測(cè)試結(jié)束后，測(cè)試棒可以設(shè)置在坩堝上部，不與硅熔體接觸，這樣測(cè)試棒不用的時(shí)候可以脫離高溫區(qū)，防止測(cè)試棒高溫變形，提高測(cè)試棒的充分利用的次數(shù)。可選地，鑄錠爐上設(shè)有導(dǎo)氣孔，測(cè)試棒從導(dǎo)氣孔中伸入鑄錠爐中用于測(cè)試糊狀區(qū)的厚度。

本發(fā)明實(shí)施方式中，用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置還包括plc和人機(jī)界面，plc分別與所述壓力傳感器、所述驅(qū)動(dòng)裝置和所述人機(jī)界面電連接，所述plc根據(jù)接收到的所述壓力傳感器的信號(hào)和所述人機(jī)界面輸入的參數(shù)值控制所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述測(cè)試棒進(jìn)行上下直線運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明實(shí)施方式中，所述壓力傳感器包括常用的壓電式傳感器，壓力傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試棒上下直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的力度變化信號(hào)并可將該信號(hào)傳遞給plc?？蛇x地，壓力傳感器可對(duì)測(cè)試棒上下直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的壓力信號(hào)進(jìn)行采集和讀數(shù)，并將讀數(shù)結(jié)果傳遞給plc，并通過(guò)plc傳遞給人機(jī)界面并顯示于人機(jī)界面上?？蛇x地，壓力傳感器通過(guò)夾具與測(cè)試棒連接。

本發(fā)明實(shí)施方式中，所述人機(jī)界面是觸摸屏。

本發(fā)明實(shí)施方式中，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)31、與所述電機(jī)連接的用于帶動(dòng)所述測(cè)試棒上下直線運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)件32以及用于支撐所述移動(dòng)件的支撐件33。可選地，驅(qū)動(dòng)裝置上設(shè)置有位置傳感器以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置的行程。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)裝置包括電缸?？蛇x地，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)和滑動(dòng)絲杠，所述滑動(dòng)絲杠包括導(dǎo)軌和在導(dǎo)軌上滑動(dòng)的滑塊，所述電機(jī)設(shè)置在所述導(dǎo)軌的頂部用于驅(qū)動(dòng)所述滑塊在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，所述滑塊與所述壓力傳感器連接用于帶動(dòng)所述測(cè)試棒進(jìn)行上下直線運(yùn)動(dòng)。具體地，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌上下滑動(dòng)的時(shí)候，帶動(dòng)測(cè)試棒進(jìn)行上下移動(dòng)。根據(jù)滑塊的高度變化，可以得到測(cè)試棒的高度變化，從而獲得糊狀區(qū)的厚度?；瑝K在導(dǎo)軌上作勻速運(yùn)動(dòng)，其速度是可知的，再根據(jù)滑塊滑動(dòng)的時(shí)間可以計(jì)算出滑塊滑動(dòng)的高度。此外，本發(fā)明也可以在測(cè)試棒或滑塊上設(shè)置位置傳感器以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試棒或滑塊的位置。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括滾動(dòng)絲桿、設(shè)置在滾動(dòng)絲桿上的驅(qū)動(dòng)器以及設(shè)置在所述滾動(dòng)絲桿頂部的電機(jī)，所述電機(jī)通過(guò)正反向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾動(dòng)絲桿做正方向旋轉(zhuǎn)，所述驅(qū)動(dòng)器隨著所述滾動(dòng)絲桿的正反向旋轉(zhuǎn)做上下直線運(yùn)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)器與所述壓力傳感器連接用于帶動(dòng)所述測(cè)試棒進(jìn)行上下直線運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括傳動(dòng)齒條、與所述傳動(dòng)齒條嚙合的傳動(dòng)輪組，以及用于驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)輪組在所述傳動(dòng)齒條上下移動(dòng)的電機(jī)；所述傳動(dòng)輪組與所述力度傳感器連接用于帶動(dòng)所述測(cè)試棒進(jìn)行上下直線運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括與所述測(cè)試棒連接的重錘、與所述測(cè)試棒連接用于帶動(dòng)測(cè)試棒上下直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)絲桿、用于驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)絲桿上下直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)電機(jī)和用于監(jiān)測(cè)所述重錘移動(dòng)信息的接近傳感器，所述傳動(dòng)電機(jī)通過(guò)正反向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)絲桿做上下直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)所述測(cè)試棒做上下直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)所述接近傳感器監(jiān)測(cè)到所述重錘位置發(fā)生移動(dòng)時(shí)，所述接近傳感器指示所述傳動(dòng)電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)。可選地，當(dāng)所述測(cè)試棒伸入所述坩堝中并下降直至到達(dá)所述晶體硅的位置時(shí)，重錘會(huì)被頂起發(fā)生移動(dòng)，觸發(fā)接近傳感器發(fā)送信號(hào)至plc，plc控制電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)。

本發(fā)明一實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)裝置可包括氣缸。進(jìn)一步可選地，氣缸的活塞桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)測(cè)試棒上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，測(cè)試棒和活塞桿之間設(shè)有壓力傳感器。可選地，驅(qū)動(dòng)裝置還可以是液壓缸或其它動(dòng)力裝置。

本發(fā)明實(shí)施方式中，所述測(cè)試棒或移動(dòng)件上設(shè)有位置傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè)所述測(cè)試棒的行程并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸至plc?？蛇x地，所述支撐件上設(shè)有外凸的上限位塊和下限位塊。上限位塊的作用是避免驅(qū)動(dòng)裝置中的移動(dòng)件在上升過(guò)程中脫離驅(qū)動(dòng)裝置，下限位塊的作用是避免驅(qū)動(dòng)裝置中的移動(dòng)件在下降過(guò)程中帶動(dòng)測(cè)試棒接觸到坩堝底部使測(cè)試棒斷裂。這里的移動(dòng)件可以為滑塊、傳動(dòng)輪組等。

本發(fā)明實(shí)施方式中，當(dāng)測(cè)試棒在下降過(guò)程中接觸到晶體硅，測(cè)試棒端部受到晶體硅的壓力并將該壓力傳至壓力傳感器，壓力傳感器感應(yīng)該壓力并將該信號(hào)傳遞給plc表示此時(shí)測(cè)試棒的端部已經(jīng)與晶體硅接觸，plc根據(jù)該信號(hào)使驅(qū)動(dòng)裝置停止運(yùn)行，然后plc控制驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行反向運(yùn)行，帶動(dòng)測(cè)試棒向上運(yùn)動(dòng)離開(kāi)晶體硅，當(dāng)壓力傳感器感應(yīng)到測(cè)試棒受到的壓力f與測(cè)試棒在硅熔體中的提拉壓力f1相同或相近時(shí)，plc根據(jù)該信號(hào)后，使驅(qū)動(dòng)裝置停止運(yùn)行，根據(jù)此時(shí)測(cè)試棒提升的高度可以確定糊狀區(qū)的厚度，根據(jù)該糊狀區(qū)的厚度可以計(jì)算出溫度梯度與糊狀區(qū)厚度的數(shù)量關(guān)系。

本發(fā)明實(shí)施方式中，plc內(nèi)可以具有運(yùn)算單元，用于對(duì)接收到的來(lái)自位置傳感器和壓力傳感器的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析，從而得到溫度梯度的數(shù)值并將該數(shù)值顯示于人機(jī)界面上。運(yùn)算單元的設(shè)置使得本發(fā)明提供的溫度梯度自動(dòng)測(cè)量裝置能夠直接由人機(jī)界面輸出多晶爐的溫度梯度的數(shù)值，從而省去了人工計(jì)算分析的步驟，提高了測(cè)量效率。

本發(fā)明實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)裝置可通過(guò)固定裝置固定在鑄錠爐上，具體地，可通過(guò)螺栓、支架等固定在鑄錠爐上。

本發(fā)明實(shí)施例提供的用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置的運(yùn)用范圍遠(yuǎn)不止g5硅錠，同樣可實(shí)現(xiàn)于g6、g7硅錠、類(lèi)單晶、半熔法、全熔法生產(chǎn)高效多晶。

應(yīng)用上述用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置對(duì)溫度梯度進(jìn)行測(cè)量的方法，包括以下步驟：

1)首先通過(guò)人機(jī)界面向plc輸入用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置的測(cè)量周期t及壓力傳感器的感應(yīng)壓力值f1和f2；f2為測(cè)試棒下降過(guò)程中與晶體硅接觸的時(shí)候表面受到的壓力；f1為測(cè)試棒在硅熔體中上升過(guò)程中的受到的拉力值；

2)plc啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)測(cè)試棒從初始位置緩慢下降至測(cè)試棒的下端接近晶體硅的表面；

3)當(dāng)測(cè)試棒的下端接觸到晶體硅的表面，并且在晶體硅表面受到的壓力達(dá)到f2時(shí)，壓力傳感器將感應(yīng)到的信號(hào)傳遞至plc，plc根據(jù)該信號(hào)使驅(qū)動(dòng)裝置停止運(yùn)行，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)裝置的行程h1傳遞給plc，plc對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行記錄并通過(guò)人機(jī)界面顯示；

4)plc控制驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行反向運(yùn)行，帶動(dòng)測(cè)試棒向上運(yùn)動(dòng)離開(kāi)晶體硅，當(dāng)壓力傳感器感應(yīng)到測(cè)試棒受到的拉力f與f1相同或相近時(shí)，plc根據(jù)該信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)裝置停止運(yùn)行，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)裝置的行程h2或者驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行時(shí)間s和速度v傳遞給plc，plc對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行記錄并通過(guò)人機(jī)界面顯示；測(cè)試棒被驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)向遠(yuǎn)離硅錠表面的方向運(yùn)動(dòng)至初始位置以便進(jìn)行下一次測(cè)量；

5)經(jīng)過(guò)一個(gè)測(cè)量周期t的時(shí)間后，根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的移動(dòng)的高度，計(jì)算出第一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)溫度梯度g＝(tl–ts)/l，l＝h2-h1或l＝vs；

6)重復(fù)上述步驟2)至5)，即可計(jì)算出每個(gè)測(cè)量周期內(nèi)的晶體硅鑄錠過(guò)程中的溫度梯度。

本發(fā)明實(shí)施例第二方面提供的用于測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的裝置，可方便快捷地測(cè)試得到晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度，同時(shí)該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作。

實(shí)施例1

一種測(cè)量多晶硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法，包括：

(1)提供測(cè)試棒和坩堝，坩堝中裝有硅熔體，將測(cè)試棒置于硅熔體中，然后向上提拉，測(cè)試測(cè)試棒在硅熔體中的拉力值f1；測(cè)試結(jié)束后，提升測(cè)試棒至坩堝的頂部；

(2)調(diào)節(jié)溫度進(jìn)入長(zhǎng)晶階段，使硅熔體進(jìn)行形核結(jié)晶形成多晶硅，此時(shí)坩堝中包括多晶硅、糊狀區(qū)和未結(jié)晶的硅熔體，將測(cè)試棒伸入坩堝中并下降直至到達(dá)多晶硅的位置，然后將測(cè)試棒向上提拉，提拉的速度與步驟(1)的提拉速度相同，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試棒在提拉過(guò)程中的拉力值f變化；當(dāng)拉力值f與f1相同時(shí)，停止提拉，測(cè)試此時(shí)測(cè)試棒的提升高度，提升高度即為糊狀區(qū)的厚度l；

(3)按照公式g＝(tl–ts)/l計(jì)算出溫度梯度和糊狀區(qū)厚度的數(shù)量關(guān)系，其中g(shù)代表溫度梯度，tl–ts代表為多晶硅與硅熔體的溫度差，tl–ts為常數(shù)，l為糊狀區(qū)的厚度。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中測(cè)試棒向上提拉時(shí)拉力變化與糊狀區(qū)厚度關(guān)系曲線；圖2中實(shí)線代表測(cè)試棒在硅熔體中的拉力值變化(全熔)，虛線代表在長(zhǎng)晶階段測(cè)試棒在糊狀區(qū)和硅熔體中的拉力值變化。從圖2中可以看出，當(dāng)測(cè)試棒下降過(guò)程中遇到突然增大的阻力時(shí)表示測(cè)試棒到達(dá)多晶硅的位置，此時(shí)測(cè)試棒停止下降，開(kāi)始向上提拉。拉力值f也慢慢下降，當(dāng)拉力值f與f1＝20n相同時(shí)，停止提拉，測(cè)試此時(shí)測(cè)試棒的提升高度，提升高度即為糊狀區(qū)的厚度l；從圖2中可以看出，本實(shí)施例測(cè)試得到的糊狀區(qū)的厚度l＝3.1mm，此時(shí)的溫度梯度為：g＝(tl–ts)/l＝(tl–ts)/3.1。

實(shí)施例2

一種測(cè)量多晶硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法，包括：

(1)提供測(cè)試棒和坩堝，坩堝中裝有硅熔體，將測(cè)試棒置于硅熔體中，然后向上提拉，測(cè)試測(cè)試棒在硅熔體中的拉力值f1；測(cè)試結(jié)束后，提升測(cè)試棒至坩堝的頂部；

(2)調(diào)節(jié)溫度進(jìn)入長(zhǎng)晶階段，使硅熔體進(jìn)行形核結(jié)晶形成多晶硅，此時(shí)坩堝中包括多晶硅、糊狀區(qū)和未結(jié)晶的硅熔體，將測(cè)試棒伸入坩堝中并下降直至到達(dá)多晶硅的位置，然后將測(cè)試棒向上提拉，提拉的速度與步驟(1)的提拉速度相同，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試棒在提拉過(guò)程中的拉力值f變化；當(dāng)拉力值f與f1相同時(shí)，停止提拉，測(cè)試此時(shí)測(cè)試棒的提升高度，提升高度即為糊狀區(qū)的厚度l；

(3)按照公式g＝(tl–ts)/l計(jì)算出溫度梯度和糊狀區(qū)厚度的數(shù)量關(guān)系，其中g(shù)代表溫度梯度，tl–ts代表為多晶硅與硅熔體的溫度差，tl–ts為常數(shù)，l為糊狀區(qū)的厚度。

經(jīng)測(cè)定，本實(shí)施例測(cè)試得到的糊狀區(qū)的厚度l＝3.0mm，此時(shí)的溫度梯度為：g＝(tl–ts)/l＝(tl–ts)/3.0。

實(shí)施例3

一種測(cè)量多晶硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法，包括：

(1)提供測(cè)試棒和坩堝，坩堝中裝有硅熔體，將測(cè)試棒置于硅熔體中，然后向上提拉，測(cè)試測(cè)試棒在硅熔體中的拉力值f1；測(cè)試結(jié)束后，提升測(cè)試棒至坩堝的頂部；

(2)調(diào)節(jié)溫度進(jìn)入長(zhǎng)晶階段，使硅熔體進(jìn)行形核結(jié)晶形成多晶硅，此時(shí)坩堝中包括多晶硅、糊狀區(qū)和未結(jié)晶的硅熔體，將測(cè)試棒伸入坩堝中并下降直至到達(dá)多晶硅的位置，然后將測(cè)試棒向上提拉，提拉的速度與步驟(1)的提拉速度相同，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試棒在提拉過(guò)程中的拉力值f變化；當(dāng)拉力值f與f1相同時(shí)，停止提拉，測(cè)試此時(shí)測(cè)試棒的提升高度，提升高度即為糊狀區(qū)的厚度l；

(3)按照公式g＝(tl–ts)/l計(jì)算出溫度梯度和糊狀區(qū)厚度的數(shù)量關(guān)系，其中g(shù)代表溫度梯度，tl–ts代表為多晶硅與硅熔體的溫度差，tl–ts為常數(shù)，l為糊狀區(qū)的厚度。

本實(shí)施例測(cè)試得到的糊狀區(qū)的厚度l＝3.2mm，此時(shí)的溫度梯度為：g＝(tl–ts)/l＝(tl–ts)/3.2。

實(shí)施例4

一種測(cè)量類(lèi)單晶硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法，包括：

(1)提供測(cè)試棒和坩堝，坩堝中裝有硅熔體，將測(cè)試棒置于硅熔體中，然后向上提拉，測(cè)試測(cè)試棒在硅熔體中的拉力值f1；測(cè)試結(jié)束后，提升測(cè)試棒至坩堝的頂部；

(2)調(diào)節(jié)溫度進(jìn)入長(zhǎng)晶階段，使硅熔體進(jìn)行形核結(jié)晶形成晶體硅，此時(shí)坩堝中包括類(lèi)單晶硅、糊狀區(qū)和未結(jié)晶的硅熔體，將測(cè)試棒伸入坩堝中并下降直至到達(dá)類(lèi)單晶硅的位置，然后將測(cè)試棒向上提拉，提拉的速度與步驟(1)的提拉速度相同，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試棒在提拉過(guò)程中的拉力值f變化；當(dāng)拉力值f與f1相同時(shí)，停止提拉，測(cè)試此時(shí)測(cè)試棒的提升高度，提升高度即為糊狀區(qū)的厚度l；

(3)按照公式g＝(tl–ts)/l計(jì)算出溫度梯度和糊狀區(qū)厚度的數(shù)量關(guān)系，其中g(shù)代表溫度梯度，tl–ts代表為類(lèi)單晶硅與硅熔體的溫度差，tl–ts為常數(shù)，l為糊狀區(qū)的厚度。

經(jīng)測(cè)定，本實(shí)施例測(cè)試得到的糊狀區(qū)的厚度l＝2.5mm，此時(shí)的溫度梯度為：g＝(tl–ts)/l＝(tl–ts)/2.5。

效果實(shí)施例1

晶體的溫度梯度決定了定向凝固的定向性，定向凝固的定向性越好，晶體生長(zhǎng)的環(huán)境越穩(wěn)定，雜質(zhì)的分凝、位錯(cuò)的增殖、晶體的長(zhǎng)大就會(huì)受到控制，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶體的一致性，從而提高晶體整體的質(zhì)量。因此，溫度梯度將影響定向凝固生產(chǎn)多晶硅錠或類(lèi)單晶硅錠的質(zhì)量。本實(shí)施例將根據(jù)溫度梯度來(lái)減少多晶硅錠和類(lèi)單晶硅錠的頭尾效率差異及提高整錠的效率：

對(duì)比實(shí)施例1：按照常規(guī)的多晶硅鑄錠的方法進(jìn)行鑄錠，并測(cè)試鑄錠過(guò)程中的溫度梯度變化，制得多晶硅錠。

實(shí)施例5：根據(jù)實(shí)施例1的溫度梯度變化數(shù)值，在實(shí)施例5多晶硅鑄錠過(guò)程中調(diào)整溫度梯度，使坩堝頂部位置的溫度梯度接近于坩堝底部的溫度梯度，最終加熱器的溫度為1435度，隔熱籠的高度為18cm，制得多晶硅錠。

將對(duì)比實(shí)施例1和實(shí)施例5的多晶硅錠進(jìn)行測(cè)試，采用semilab2000檢測(cè)硅塊少子壽命圖，具體結(jié)果如圖5所示，圖5為對(duì)比實(shí)施例1(左圖)和實(shí)施例5(右圖)的多晶硅錠的少子壽命圖。從圖5中可以看出，未進(jìn)行溫度梯度調(diào)整的對(duì)比實(shí)施例1得到的多晶硅錠存在較多缺陷，少子壽命較低。而本發(fā)明實(shí)施例5調(diào)整后得到多晶硅錠的少子壽命較高，缺陷較少。這證明了本發(fā)明通過(guò)測(cè)試糊狀區(qū)厚度得到溫度梯度與糊狀區(qū)厚度的數(shù)量關(guān)系，進(jìn)而調(diào)節(jié)溫度梯度，可使硅塊內(nèi)晶體缺陷及位錯(cuò)減少、純凈度提升，整體硅塊少子壽命提升，從而達(dá)到硅片效率的提升。

效果實(shí)施例2

對(duì)比實(shí)施例2：按照常規(guī)的類(lèi)單晶硅鑄錠的方法進(jìn)行鑄錠，并測(cè)試鑄錠過(guò)程中的溫度梯度變化，制得類(lèi)單晶硅錠。

實(shí)施例6：根據(jù)實(shí)施例4的溫度梯度變化數(shù)值，在實(shí)施例6類(lèi)單晶鑄錠過(guò)程中調(diào)整溫度梯度，使坩堝頂部位置的溫度梯度接近于坩堝底部的溫度梯度，最終加熱器的溫度為1439度，隔熱籠的高度為19cm，制得類(lèi)單晶硅錠。

將對(duì)比實(shí)施例2和實(shí)施例6的類(lèi)單晶硅錠進(jìn)行測(cè)試，采用semilab2000檢測(cè)硅塊少子壽命圖，具體結(jié)果如圖6所示，圖6為對(duì)比實(shí)施例2(左圖)和實(shí)施例6(右圖)的類(lèi)單晶硅錠的少子壽命圖。從圖6中可以看出，未進(jìn)行溫度梯度調(diào)整的對(duì)比實(shí)施例2得到的類(lèi)單晶硅錠存在較多缺陷，少子壽命較低。而本發(fā)明實(shí)施例6調(diào)整后得到類(lèi)單晶硅錠的少子壽命較高，缺陷較少。這證明了本發(fā)明通過(guò)測(cè)試糊狀區(qū)厚度得到溫度梯度與糊狀區(qū)厚度的數(shù)量關(guān)系，進(jìn)而調(diào)節(jié)溫度梯度，可使硅塊內(nèi)晶體缺陷及位錯(cuò)減少、純凈度提升，整體硅塊少子壽命提升，從而達(dá)到硅片效率的提升。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種測(cè)量晶體硅鑄錠過(guò)程中溫度梯度的方法，通過(guò)測(cè)試糊狀區(qū)的厚度，獲得溫度梯度和糊狀區(qū)厚度的數(shù)量關(guān)系，從而可以調(diào)整鑄錠過(guò)程中的溫度梯度，獲得質(zhì)量較高的多晶硅錠。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。