多晶硅铸锭或提纯用中频炉组合式方形加热器

采用中频炉来进行多晶硅铸锭及提纯是太阳电池硅材料领域的晶体生长及提纯的手段之一。中频炉的特点是所用的石墨加热器是整体形的石墨，不需切缝成条状来提高及调节其电阻率，因而比采用电阻法石墨加热器的使用寿命长且易于加工。一般使用的中频加热式多晶硅铸锭炉是采用园形的加热线圈及园形的加热器，与多晶硅锭所用的方形坩埚形成不了紧密的传热空间，且石墨加热器是由一块整体的石墨来加工完成的，加工中要车去加热体的中心部位，造成很大的浪费因加热器的成本很高，特别当铸锭为几百KG重时，会造成大石墨块不易取得或造价太高。提纯炉是常用中频铸锭炉来进行，当采用真空提纯时，常会产生跳料等现象使得加热器很容易坏，进一步提高了加热器的成本。在多晶硅铸锭及其材料冶炼过程中，常需要研制方形锭，以得到最佳的材料利用率。此时所用的坩埚是方形的，当考虑到整体加热系统的节能，如将中频加热线圈（一般为铜线圈）从常规的园形改为方形。由于硅材料是半导体，中频加热不是直接感应到硅材料上，而是感应到其坩员外部的石墨体上，由石墨体产生的热能传导到坩埚内，因常称此石墨体为石墨加热器。这时要将线圈内的感应加热器，也制成方形，这样与方形坩埚的偶合较好，可以节约能源。此方形加热器，理想的状态是采用整块的大石墨加工成方形筒状的加热器，以保证环形感应电流的产生，以达到加热的目的。特别是对硅材料进行提纯时，由于材料的不纯及使用了高真空、高温度来进行提纯，对加热器的损耗是大的，采用组合式的加热器可大幅度地降低加热

器的成本。常规的加热器是要用整块的石墨车去其内部来进行加工的，制造的材料成本很高。

加热器上的高电流是形成环状流动的，所用加热器要保证电流流动的可靠及顺畅，如有交接处就有可能造成局部的高的接触电阻，会造成打火等破坏了加热器，或造成局部过温会对多晶铸锭坩埚的安全性产生影响，所以要有很可靠方法才能使用组合式的石墨加热器，本发明就是提供了此种方法。

发明内容：

本发明是提供低成本的中频加热式多晶硅铸锭炉或提纯炉的加热器。

此组合加热器由8块石墨片组成，每4块石墨片组成一个方形的石墨圈，石墨片的边缘交接处加工成锯齿状，四片组合后，每两片间用碳纤维螺钉进行固定，上下石墨圈之间的交接是处加工成台相互结合的台阶状，完成加工后，使用石墨浆敷到石墨圈的所有交接面及碳纤维螺钉的交接面上，经过缓慢的升温到1200℃，使石墨圈烧结成整体，上下石墨圈垒合在一起使用，就形成了方形组合加热器，，上下石墨圈交接处为自然交接，不上石墨浆，以利其中一个坏时可单独更换。中频炉具有上加热的设计时，在此组合加热器的上部加一块石墨片，就形成具有上加热板的组合式加热器。石墨片应用高密度的电极石墨或三高石

墨来加工，以保证其使用寿命。

本发明是从降低加热器的成本出发，提供组合式方形加热器的结构设计。因为目前实用化的硅锭的重量都已达到270--450Kg，加热器的边长可达到900mm左右。组合式热器是由四片石墨片组成，会明显地降低了成本，并较容易得到料源。组合式加热器的结构图见图l。减少石墨片交接处的接触电阻使形成良好的环形感应电流是本发明的核心目的所在，设计增加石墨片的接触面积及可靠性，并用石墨浆料涂在接触面处，经过高温烧结以形成更好的接触。

本发明中采用碳纤维螺钉是为了加强组合坩埚的结构强度，使用石墨浆敷在螺钉及螺孔及石墨板的交接处，经过烧结后增加电接触性及结构牢固度。此外因此碳纤维螺钉的接触面不与炉内气氛直接接触，长期使用可防止氧化的机会，防止了因交接处接触不良及因存在大电流而造成的打火现象而造成加热器的损坏。

上下加热石墨圈也可是一体的由四个板来组成，如考虑成本及局部可更换性则分为上下加热石墨圈更合理。

本发明经实际应用中测试，证实组合加热器能正常地提供良好的加热及具有良好的电接触，满足铸锭及提纯中长期稳定性的要求。

附图说明：

图l为本发明在炉内的整体布局

图2为石墨加热片的结构图

图3为上下石墨加热圈的结构图

具体实施方式：

本发明是采用电极石墨制作组合式的成本低的方形加热器，石墨板的结构包括

上阳齿板[9]及其侧视图[13]、上阴齿板[10]及其侧视图[14]，采用其各两片组合成上石墨圈[17]，采用下阳齿板[11]及下阴齿板[12]各两片组合成下石墨圈[18]。在阳齿板上的阳齿上有穿透过板的罗纹孔[15]（垂直于板面），在阴齿板上的阴齿槽处有的罗纹孔[16]（平行于板面），使用了碳纤维螺钉连接此两种板。上下石墨圈组合成加热器[1][2]，有上加热圈时就含顶部加热石墨板[3]。组合加热器的外部紧贴着保温层[4]，保温层的外部为铜管构成的方形感应线圈[5][6]。坩埚[8]放在炉子[7]中心的加热器内进行熔化多晶硅料，然后缓慢下降坩埚以定向凝固的方式来铸成硅锭。本发明已在160-200KG多晶硅锭的铸锭炉及提纯炉内进行了实验，得出良好的铸锭及提纯的结果。此方案正式生产使用时可用在铸450KG以上硅锭的铸锭炉，石墨板的厚度及高度不变，主要是增加加热器的外尺寸及增加加固碳纤维螺钉数量就可。