[go: up one dir, main page]

DE3220340A1 - Process for producting polycrystalline silicon rods suitable for subsequent zone melting - Google Patents

Process for producting polycrystalline silicon rods suitable for subsequent zone melting

Info

Publication number
DE3220340A1
DE3220340A1 DE19823220340 DE3220340A DE3220340A1 DE 3220340 A1 DE3220340 A1 DE 3220340A1 DE 19823220340 DE19823220340 DE 19823220340 DE 3220340 A DE3220340 A DE 3220340A DE 3220340 A1 DE3220340 A1 DE 3220340A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hollow cylinder
silicon
melt
graphite
indicated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19823220340
Other languages
German (de)
Inventor
Alfred Prof Dr.-Ing. 3002 Wedemark Mühlbauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to DE19823220340 priority Critical patent/DE3220340A1/en
Publication of DE3220340A1 publication Critical patent/DE3220340A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
    • C30B29/605—Products containing multiple oriented crystallites, e.g. columnar crystallites

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

To improve the efficiency of silicon used in solar energy technology, inexpensive silicon obtained by the arc process is cast into rod form before undergoing a zone drawing process, the silicon melt being introduced, in a well-metered quantity according to the solidification of this melt, into a vertically arranged hollow cylinder while maintaining an additional axial temperature gradient.

Description

Verfahren zum Herstellen polykristalliner, für nach-Process for the production of polycrystalline, for post-

folgendes Zonenschmelzen geeigneter Siliciumstäbe Zur großtechnischen Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie werden bevorzugt Solarzellen aus kristallinem Silicium eingesetzt. Dabei ist es wünschenswert, reines aber kostengünstiges Silicium einzusetzen, aus dem sich Solarzellen mit einem hohen Wirkungsgrad von beispielsweise mehr als 10 96 herstellen lassen.following zone melting of suitable silicon rods for large-scale Solar cells are preferred for converting solar energy into electrical energy made of crystalline silicon. It is desirable to be pure but inexpensive Use silicon, from which solar cells with a high efficiency of for example, more than 10 96 can be produced.

Zur Herstellung von Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad wird heute allgemein hochreines Silicium als Grundmaterial verwendet, das durch thermische Zersetzung von mit Wasserstoff verdünntem, gasförmigen, hochreinen Siliciumverbindungen wie Silicochloroform oder Siliciumtetrachlorid und Abscheidung auf widerstandsbeheizten 0 Siliciumdünnstäben bei einer Temperatur von ca. 1100 C gewonnen wird. Die auf diese Weise hergestellten Siliciumpolystäbe werden durch anschließenden Kristallziehprozeß, z. B. durch tiegelfreies Zonenschmelzen, nachgereinigt, in einen Einkristall übergeführt, in Scheiben zersägt, und zu Solarzellen weiterverarbeitet.For the production of solar cells with high efficiency is used today generally high-purity silicon used as the base material, which by thermal Decomposition of gaseous, highly pure silicon compounds diluted with hydrogen like silicochloroform or silicon tetrachloride and deposition on resistance heated 0 silicon thin rods at a temperature of approx. 1100 C is obtained. The on silicon polystyrene rods produced in this way are then subjected to a crystal pulling process, z. B. by crucible-free zone melting, post-cleaned, converted into a single crystal, Sawed into slices and processed into solar cells.

Dieses Verfahren ist technisch relativ aufwendig und daher für großtechnische Siliciumherstellung zu teuer.This process is technically relatively complex and therefore for large-scale Silicon production too expensive.

Silicium für technische Anwendungen mit einem zwar wesentlich niedrigeren Reinheitsgrad von beispielsweise 98,5 % wird heute großtechnisch durch Reduktion von Quarz mit Kohlenstoff im Lichtbogenofen hergestellt.Silicon for technical applications with a much lower one A degree of purity of, for example, 98.5% is now available on an industrial scale through reduction Made of quartz with carbon in an electric arc furnace.

Dieser Prozeß arbeitet zwar wirtschaftlich, er ist jedoch nur dann zur Herstellung von Solarsilicium geeignet, wenn es gelingt, den bisher erzielten Reinheitsgrad entscheidend zu erhöhen.This process works economically, it is However only suitable for the production of solar silicon if it succeeds in the past to increase the degree of purity achieved.

Zu diesem Zweck wurde in der deutschen Patentanmeldung P 32 10 141.4 (VPA 82 P 1201 DE) bereits vorgeschlagen, das nach dem Lichtbogenverfahren gewonnene Silicium in Stabform überzuführen und durch anschließendes, tiegelfreies Zonenschmelzen von den störenden Verunreinigungen zu befreien.For this purpose, the German patent application P 32 10 141.4 (VPA 82 P 1201 DE) already proposed that obtained by the arc process Conversion of silicon into rod form and subsequent, crucible-free zone melting to get rid of the disturbing impurities.

Die Praxis hat aber gezeigt, daß es nicht so ohne weiteres möglich ist, gegossenes Silicium durch Zonenschmelzen preiswert zu reinigen. Entweder wird im Gegensatz zum durch thermische Zersetzung gewonnenes Silicium dieses mit vielen Rissen, Lunkern, Bläschen, Einschlüssen und sonstigen Kristallstörungen erhalten oder der Zonenschmelzprozeß muß sehr oft, manchmal mehr als 6 bis 7 mRl, wiederholt werden, um ein einigermaßen brauchbares Silicium zu erhalten.Practice has shown, however, that it is not so easily possible is to clean cast silicon inexpensively by zone melting. Either will in contrast to silicon obtained by thermal decomposition, this one with many Cracks, voids, bubbles, inclusions and other crystal defects are preserved or the zone melting process must be repeated very often, sometimes more than 6 to 7 mRl to obtain a reasonably useful silicon.

Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß die technische Qualtität des zonenbezogenen Solarsiliciums wesentlich verbessert werden kann, wenn das dem Zonenschmelzprozeß zu unterwerfende Silicium bereits höhere Kristallqualität besitzt. Bei qualitativ höherwertigem Silicium gelingt es sogar mit wenigen Zonenzügen versetzungsfreies einkristallines Silicium zu gewinnen, das selbst für manche anspruchsvolleren Halbleiterbauelemente geeignet ist. Die Erfindung sieht daher vor, beim Herstellen polykristalliner, für nachfolgendes Zonenschmelzen geeignete Siliciumstäbe durch Gießen flüssigen Siliciums in formgebende Behältnisse mit anschließendem Erstarrenlassen den zonenzuschmelzenden Siliciumstab bereits beim Gießen eine so hohe Kristal)-qualität zu verleihen, daß an die Kristallperfektionierung beim teueren Zonenschmelzen keine zu hohen Anforderungen mehr gestellt werden müssen.The invention is based on the knowledge that the technical Quality of the zoned solar silicon can be improved significantly, if the silicon to be subjected to the zone melting process already has a higher crystal quality owns. In the case of higher-quality silicon, it can even be achieved with a few zones To obtain dislocation-free single-crystal silicon, even for some more demanding ones Semiconductor components is suitable. The invention therefore provides when manufacturing polycrystalline silicon rods suitable for subsequent zone melting Pouring liquid silicon into form-giving containers and then allowing it to solidify the zones to be melted away Silicon rod already when casting one like that high crystal) quality to give that to the crystal perfection with expensive Zone melts no longer have to make too high demands.

Gemäß vorliegender Erfindung geschieht dies dadurch, daß die Siliciumschmelze in wohldosierter Menge nach Maßgabe des Erstarrens dieser Schmelze in einen vertikal angeordneten Hohlzylinder unter Aufrechterhaltung eines zusätzlichen axialen Temperaturgradienten gesteuert gefüllt und zum Erstarren gebracht wird.According to the present invention, this is done in that the silicon melt in a well-dosed amount depending on the solidification of this melt in a vertical arranged hollow cylinder while maintaining an additional axial temperature gradient filled and solidified in a controlled manner.

Am einfachsten wird dabei die Siliciumschmelze entsprechend der Erstarrungsgeschwinciigkeit zonenweise und nicht kontinuierlich nachgefüllt, wobei die Schmelze aus dem Vorratsgefäß vermöge einer Einfüllhilfe eingebracht wird.The simplest way is to use the silicon melt in accordance with the solidification rate topped up in zones and not continuously, the melt from the storage vessel is introduced by means of a filling aid.

Während des Gießverfahrens wird einerseits die Wärme der Schmelze gezielt durch den gekühlten Hohlzylinderboden abgeführt und andererseits der Hohlzylinder längs des Zylinderaußenmantels zusätzlich geheizt, wobei die Zusatzheizeinrichtung längs des Hohlzylinders synchron mit der flüssigen Zone der erstarrenden Schmelze geführt wird. Zweckmäßigerweise ist die Erstarrungsge schwindigkeit der Schmelze auf 2 bis 10 mm pro Minute eingestellt.During the casting process, on the one hand, the heat of the melt purposefully discharged through the cooled hollow cylinder base and on the other hand the hollow cylinder additionally heated along the cylinder outer jacket, the additional heating device along the hollow cylinder synchronously with the liquid zone of the solidifying melt to be led. Expediently, the speed of the melt is Frozen set to 2 to 10 mm per minute.

Durch eine oberhalb des Zylinderbodens eingebrachte Siliciumimpfscheibe kann der erstarrenden Siliciumschmelze entsprechend der Kristallorientierung dieser Scheibe noch eine Kristallvorzugsrichtung aufgeprägt werden.Through a silicon inoculation disk placed above the cylinder base can of the solidifying silicon melt according to the crystal orientation of this A preferred crystal direction can be imprinted on the disc.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die während des Erstarrens der Schmelze auftretende radiale Ausdehnung des Siliciums durch Formgebung des Hohlzylinders aufzunehmen.An advantageous development of the invention provides that during the solidification of the melt occurring radial extension of the Take up silicon by shaping the hollow cylinder.

Der Gießvorgang selbst kann entweder im Vakuum oder im Schutzgas bei reduziertem Druck durchgeführt werden.The casting process itself can take place either in a vacuum or in an inert gas under reduced pressure.

Bei Verwendung von Argon hat sich ein Partialdruck von 10 Torr als besonders günstig erwiesen.When using argon, a partial pressure of 10 Torr has been found to be proved particularly favorable.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen aus einem vertikal -angeordneten Hohlzylinder aus Graphit dessen Innenmantel eine die Siliciumcarbidbildung vermeidende Auskleidung besitzt, und an dessen Unterseite als Boden eine Metallplatte befestigt ist. Außerhalb des Hohlzylinders ist außerdem noch eine in Längsrichtung des Zylinders kontinuierlich bewegbare Zusatzheizeinrichtung angeordnet.The device for carrying out the method according to the invention consists essentially of a vertically arranged hollow cylinder made of graphite whose inner jacket has a lining that avoids the formation of silicon carbide, and a metal plate is attached to its underside as a bottom. Outside of the Hollow cylinder is also one continuous in the longitudinal direction of the cylinder movable additional heater arranged.

Die Metallbodenplatte besteht entweder aus Silber, Eisen oder Kupfer und besitzt Bohrungen bzw. Führungen für das Kühlwasser.The metal base plate is made of either silver, iron or copper and has holes or guides for the cooling water.

Der Hohlzylinder hat bei einer Länge von 50 bis 150 cm, einen Innendurchmesser von 30 bis 100 mm und eine Wandstärke, die zwischen 10 und 30, vorzugsweise bei 20 mm liegt.The hollow cylinder has an inside diameter of 50 to 150 cm in length from 30 to 100 mm and a wall thickness between 10 and 30, preferably at 20 mm.

Die während des Erstarrens der Schmelze auftretende radiale Ausdehnung des Siliciums wird dadurch aufgenommen, daß der Graphithohlzylinder aus zwei elastisch miteinander verschraubten Halbzylindern besteht und/oder daß der Hohlzylinder mit einer Elastikschicht ausgekleidet ist. Im einfachsten Fall besteht die Elastikschicht aus einem Graphitfilz von 1 bis 2 mm Stärke.The radial expansion that occurs during the solidification of the melt The silicon is absorbed by the fact that the graphite hollow cylinder is made of two elastic consists of half-cylinders screwed together and / or that the hollow cylinder with is lined with an elastic layer. In the simplest case, there is an elastic layer made of a graphite felt 1 to 2 mm thick.

Zur Vermeidung einer Siliciumcarbidbildung ist der Innenmantel des Graphithohlzylinders bzw. die eingefügte Elastikschicht mit Quarzsand ausgekleidet oder sie besitzt eine vergütete Graphitoberfläche.To avoid the formation of silicon carbide, the Inner jacket of the graphite hollow cylinder or the inserted elastic layer lined with quartz sand or it has a tempered graphite surface.

Für die gemäß der Erfindung vorgesehene Zusatzheizung eignet sich sowohl eine Induktions- als auch eine Strahlungsheizung.For the additional heating provided according to the invention is suitable both induction and radiant heating.

Das dosierte Einbringen der Siliciumschmelze wird wesentlich erleichtert durch eine in das Innere des Hohlzylinders einführbare Einfüllhilfe, z. B. einem Strahlleitrohr aus Quarz oder verdichtetem Graphit.The metered introduction of the silicon melt is made much easier by an insertable into the interior of the hollow cylinder, z. B. a Jet guide tube made of quartz or compressed graphite.

Die Erfindung wird anhand dreier, als Ausführungsbeispiele zu wertende Figuren näher erläutert.The invention is based on three, to be evaluated as exemplary embodiments Figures explained in more detail.

Kernstück der Gießform ist der aus Graphit bestehende vertikal angeordnete Hohlzylinder 1, der auf seinem Innenmantel eine hochverdichtete Graphitschicht 2 trägt.The core of the casting mold is the one made of graphite, which is arranged vertically Hollow cylinder 1, which has a highly compressed graphite layer 2 on its inner jacket wearing.

Der Hohlzylinder ist auf seiner Unterseite mit einer Kupfer- oder Edelstahlplatte 3 abgeschlossen, die mit Bohrungen bzw. Führungen 4 für das erforderliche Kühlwasser ausgestattet ist. Das in einem Lichtbogenofen erzeugte schmelzflüssige Silicium wird bei einer Temperatur zwischen 1420 und 14700 C vorzugsweise bei 14300 C wie durch den Pfeil 5 angedeutet aus einem in der Zeichnung nicht dargestellten Vorratsgefäß vermöge einer, z. B. aus Quarz bestehenden Einfüllhilfe 6 in das Gefäß 1, 3 «zonenweise eingebracht. Um in Vertikalrichtung ein stückweises Erstarren der Schmelze zu gewährleisten, richtet sich die Menge des jeweils zuzuführenden Siliciums ausschließlich nach der Erstarrungsgeschwindigkeit dieses Siliciums von beispielsweise 5 mm pro Minute. Je dünner die flüssige Siliciumschicht oberhalb des erstarrten Siliciumstabes 7 gemacht wird, desto bessere Kristallqualität kann auch erwartet werden. Wichtig ist die Aufrechterhaltung eines Temperaturgradienten in vertikaler Richtung, um den Kristall in vertikaler Richtung möglichst störungsfrei wachsen zu lassen. Der radiale Temperaturgradient muß definiert und klein gegenüber dem axialen sein. Wird eine Kristallvorzugsrichtung, z. B. eine (11 1)-Wachstumsrichtung angestrebt, so läßt sich dies durch eine oberhalb der Edelstahlplatte 3 eingebrachte, etwa 5 mm dicke einkristalline Siliciumimpfscheibe 11 entsprechender Kristallorientierung erreichen.The hollow cylinder is on its underside with a copper or Stainless steel plate 3 completed with holes or guides 4 for the required Cooling water is equipped. The molten liquid produced in an electric arc furnace Silicon is at a temperature between 1420 and 14700 C preferably at 14300 C as indicated by arrow 5 from a not shown in the drawing Storage vessel by virtue of one such. B. made of quartz filling aid 6 in the vessel 1, 3 "introduced in zones. To a piecewise solidification of the vertical direction To ensure melt, the amount of silicon to be supplied in each case depends solely according to the rate of solidification of this silicon of, for example 5 mm per minute. The thinner the liquid silicon layer above the solidified Silicon rod 7 is made, the better crystal quality can be also to be expected. It is important to maintain a temperature gradient in the vertical direction, around the crystal in the vertical direction as free as possible to let it grow. The radial temperature gradient must be defined and small compared to to be axial. If a preferred crystal direction, e.g. B. a (11 1) growth direction striven for, this can be done by a above the stainless steel plate 3, about 5 mm thick single-crystalline silicon seed disk 11 of corresponding crystal orientation reach.

Die Wärme der Schmelze ist in erster Nährung durch die Bodenplatte 3 abzuführen; der erforderliche Temperaturgradient wird durch die mit Hochfrequenz gespeiste und ebenfalls mit Kühlwasser durchflossene Induktionsspule 8 unterstützt.The heat of the melt is first approximated by the bottom plate 3 to be discharged; the required temperature gradient is determined by the high frequency The induction coil 8 fed and also through which cooling water flows is supported.

Synchron mit der Erstarrungsfront des Siliciumstabes 7 wird die Spule 8 in Pfeilrichtung 9 ebenfalls mit der Geschwindigkeit v bewegt. Auch die Einfüllhilfe 6 wird mit der Geschwindigkeit v - durch den Pfeil 10 angedeutet - aus dem Gefäß 1, 3 entfernt. Durch das Vertikalverfahren der 1'Kühlspule" und des zonenweisen Nachfüllens der Schmelze wird stets nur mit einer kleinen Menge flüssigen Siliciums hantiert.The coil becomes synchronous with the solidification front of the silicon rod 7 8 in the direction of arrow 9 also moves at speed v. Also the filling aid 6 is at the speed v - indicated by the arrow 10 - out of the vessel 1, 3 removed. Thanks to the vertical movement of the 1 'cooling coil "and the zone-wise The melt is always refilled with a small amount of liquid silicon fiddled.

Das Problem der radialen Ausdehnung des Siliciums während des Erstarrens wird durch entsprechende Formgebung des Gießgefäßes gelöst. Eine Möglichkeit besteht, wie in Fig. 2 dargestellt, darin, den Graphithohlzylinder aus den beiden Halbzylindern 12 und 13 zusammenzusetzen und über elastische Verschraubungen, symbolisiert durch die Bohrungen 14 und 15 miteinander zu verbinden.The problem of the radial expansion of silicon during solidification is solved by appropriate shaping of the casting vessel. One possibility is as shown in Fig. 2, therein, the graphite hollow cylinder from the two half cylinders 12 and 13 put together and elastic screw connections, symbolized by to connect the bores 14 and 15 to one another.

Eine andere der sich bietenden Möglichkeiten zeigt Figur 3. Als Gießform 16 ist ein Graphitgefäß gewählt worden mit einer Länge von 100 cm einen Innendurchmesser von 60 mm und einer Wandstärke von 20 mm. Dieses Gefäß ist auf einer mit Kühlwasserbohrungen 17 versehene Kupfer- oder Stahlbodenplatte 18 befestigt. Die Gefäßinnenseite ist mit einem 2 mm starken Graphitfilz 19 ausgekleidet. Da der Filz die radiale Ausdehnung des Siliciums aufzunehmen hat, hängt die Stärke dieser Elastikschicht naturgemäß von dem gewählten Durchmesser des Gefäßes 16 ab. Für größere Durchmesser kann man auch die Gefäßgestaltung nach Figur 2 mit der nach Figur 3 kombinieren.Another of the possible options is shown in FIG. 3. As a casting mold 16 a graphite vessel has been chosen with a length of 100 cm and an internal diameter of 60 mm and a wall thickness of 20 mm. This vessel is on one with cooling water holes 17 provided copper or steel base plate 18 attached. The inside of the vessel is lined with a 2 mm thick graphite felt 19. Because the felt the radial expansion of the silicon, the strength of this elastic layer naturally depends on the selected diameter of the vessel 16. For larger diameters you can also combine the vessel design according to FIG. 2 with that according to FIG.

Zur Vermeidung der Siliciumcarbidbildung besitzt die Gefäßinnenseite,also der Graphitfilz eine Schicht 20 aus Quarzsand.To avoid the formation of silicon carbide, the inside of the vessel has the graphite felt a layer 20 of quartz sand.

Als "KUhlspule" ist in vorliegendem Beispiel eine ortsfeste mit Hochfrequenz gespeiste und Wasser gekühlte Induktionsspule 21 vorgesehen, bei der, falls gewünscht, entsprechend dem Kristallwachstum'nur einzelne Windungen an Spannung gelegt und mit der Geschwindigkeit v weitergeschaltet werden.In the present example, the "cooling coil" is a stationary one with high frequency fed and water-cooled induction coil 21 is provided, in which, if desired, In accordance with the crystal growth, only individual turns are connected to voltage and can be shifted further at the speed v.

Claims (27)

Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen polykristalliner, für nachfolgendes Zonenschmelzen geeigneter Siliciumstäbe durch Gießen flüssigen Siliciums in formgebende Behältnisse mit anschließendem Erstarrenlassen, d ad u r c h gek e n n z e ich ne t, daß die Schmelze in wohldosierter Menge nach Maßgabe des Erstarrens dieser Schmelze in einen vertikal angeordneten Hohlzylinder unter Aufrechterhaltung eines zusätzlichen axialen Temperaturgradienten gesteuert gefüllt und zum Erstarren gebracht wird.Claims 1. A method for producing polycrystalline, for subsequent zone melting of suitable silicon rods by pouring liquid silicon in shaping containers with subsequent solidification, d ad u r c h gek It is important to note that the melt should be dosed in a well-dosed amount according to the degree of solidification this melt in a vertically arranged hollow cylinder while maintaining an additional axial temperature gradient filled and solidified in a controlled manner is brought. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h ne t, daß die Siliciumschmelze zonenweise nachgefüllt wird.2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h Not that the silicon melt is topped up in zones. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schmelze aus dem Vorratsgefäß vermöge eine Einfüllhilfe ein bracht wird.3. The method according to claim 1 and 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the melt from the storage vessel is capable of a filling aid is brought. 4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wärme der Schmelze gezielt nach dem Hohlzylinderboden abgeführt wird.4. The method according to at least one of claims 1 to 3, d a d u It is noted that the heat of the melt is targeted towards the hollow cylinder base is discharged. 5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h -g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hohlzylinderboden gekühlt wird.5. The method according to at least one of claims 1 to 4, d a d u r c h -g e k e k e n n n n e i c h n e t that the hollow cylinder base is cooled. 6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hohlzylinder längs des Zylinderaußenmantels zusätzlich beheizt wird.6. The method according to at least one of claims 1 to 5, d a d u It is noted that the hollow cylinder is along the outer jacket of the cylinder is additionally heated. 7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zusatzheizeinrichtung längs des Hohlzylinders synchron mit der flüssigen Zone der erstarrenden Schmelze geführt wird.7. The method according to at least one of claims 1 to 6, d a d u It is noted that the additional heating device is along the hollow cylinder is performed synchronously with the liquid zone of the solidifying melt. 8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erstarrungsgeschwindigkeit der Siliciumschmelze auf 2 bis 10 mm pro Minute eingestellt'wird.8. The method according to at least one of claims 1 to 7, d a d u It is noted that the solidification rate of the silicon melt is set to 2 to 10 mm per minute. 9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der erstarrenden Schmelze durch eine oberhalb des Zylinderbodens eingebrachte Siliciumimpfscheibe entsprechend der Kristallorientierung dieser Scheibe eine Kristallvorzugsrichtung aufgeprägt wird.9. The method according to at least one of claims 1 to 8, d a d u r c h g e k e n n n z e i n e t that the solidifying melt through an above silicon seeding disk inserted in the cylinder base according to the crystal orientation a preferred crystal direction is imprinted on this disk. 10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die während des Erstarrens der Schmelze auftretende radiale Ausdehnung des Siliciums durch Formgebung des Hohlzylinders aufgenommen wird.10. The method according to at least one of claims 1 to 9, d a d u It is noted that that which occurs during the solidification of the melt added radial expansion of silicon by shaping the hollow cylinder will. 11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Gießvorgang im Vakuum durchgeführt wird.11. The method according to at least one of claims 1 to 10, d a d It is indicated that the casting process was carried out in a vacuum will. 12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Gießvorgang im Schutzgas, z. B. Argon, bei reduziertem Druck durchgeführt wird.12. The method according to at least one of claims 1 to 10, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the casting process in the protective gas, e.g. B. argon, is carried out at reduced pressure. 13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e -k e n n z ei c h n e t, daß der Gießvorgang bei einem Argonpartialdruck von 10 Torr durchgeführt wird.13. The method according to claim 12, d a d u r c h g e -k e n n z ei c It should be noted that the casting process was carried out at an argon partial pressure of 10 Torr will. 14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 13, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß ein vertikal angeordneter aus Graphit bestehender Hohlzylinder Verwendung findet, dessen Innenmantel eine die Siliciumcarbid vermeidende Auskleidung besitzt, an dessen Unterseite als Boden eine Metallplatte befestigt ist und daß außerhalb des Hohlzylinders eine in Längsrichtung des Zylinders kontinuierlich bewegbare Zusatzheizeinrichtung angeordnet ist.14. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 13, characterized in that a vertically arranged graphite existing hollow cylinder is used, the inner jacket of which is a silicon carbide has avoiding lining, on the underside of which a metal plate is used as the bottom is attached and that outside the hollow cylinder one in the longitudinal direction of the cylinder continuously movable auxiliary heater is arranged. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hohlzylinder bei einer Länge von 50 bis 100 cm einen Innendurchmesser von 30 bis 100 mm besitzt.15. The apparatus of claim 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the hollow cylinder has an inner diameter with a length of 50 to 100 cm from 30 to 100 mm. 16. Anordnung nach Anspruch 14 und4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wandstärke des Hohlzylinders zwischen 10 und 30 mm, vorzugsweise bei 20 mm liegt.16. The arrangement according to claim 14 and 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the wall thickness of the hollow cylinder is between 10 and 30 mm, preferably is 20 mm. 17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, daß der Graphithohlzylinder aus zwei elastisch miteinander verschraubten Halbzylindern besteht.17. The device according to at least one of claims 14 to 16, d a it is clear that the graphite hollow cylinder consists of two elastic consists of half-cylinders screwed together. 18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hohlzylinder mit einer Elastikschicht ausgekleidet ist.18. The device according to at least one of claims 14 to 17, d a it is indicated that the hollow cylinder is covered with an elastic layer is lined. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Elastikschicht ein Graphitfilz von 1 bis 2 mm Stärke ist.19. The apparatus of claim 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the elastic layer is a graphite felt 1 to 2 mm thick. 20. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Innenmantel des Graphithohlzylinders bzw. die eingefügte Elastikschicht mit Quarzsand ausgekleidet ist.20. The device according to at least one of claims 14 to 19, d a it is indicated that the inner surface of the graphite hollow cylinder or the inserted elastic layer is lined with quartz sand. 21. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Innenmantel des Graphithohlzylinders bzw. die eingefügte Elastikschicht eine verCiSütete Graphitoberfläche besitzt.21. The device according to at least one of claims 14 to 19, d a it is indicated that the inner surface of the graphite hollow cylinder or the inserted elastic layer has a carbon-coated graphite surface. 22. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallbodenplatte aus Silber, Eisen oder Kupfer besteht.22. The device according to at least one of claims 14 to 21, d a It is indicated that the metal base plate is made of silver, iron or copper. 23. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bodenplatte Kühlwasserführungen aufweist.23. The device according to at least one of claims 14 to 22, d a It is indicated that the base plate has cooling water ducts. 24. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Zusatzheizeinrichtung eine Induktionsheizung vorgesehen ist.24. The device according to at least one of claims 14 to 23, d a D u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t that an induction heating system is used as an additional heating device is provided. 25. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Zusatzheizeinrichtung eine Strahlungsheizung vorgesehen ist.25. The device according to at least one of claims 1 to 23, d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t that a radiant heater is used as an additional heating device is provided. 26. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein in das Innere des HOhlzylinders einführbare Einfüllhilfe für die Siliciumschmelze vorgesehen ist.26. The device according to at least one of claims 1 to 25, d a it is indicated that an insertable into the interior of the hollow cylinder Filling aid for the silicon melt is provided. 27. Vorrichtung nach Anspruch 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Einfüllhilfe ein Strahlleitrohr aus Quarz oder verdichtetem Graphit Verwendung findet.27. The device according to claim 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a jet guide tube made of quartz or compressed graphite can be used as a filling aid Is used.
DE19823220340 1982-05-28 1982-05-28 Process for producting polycrystalline silicon rods suitable for subsequent zone melting Withdrawn DE3220340A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19823220340 DE3220340A1 (en) 1982-05-28 1982-05-28 Process for producting polycrystalline silicon rods suitable for subsequent zone melting

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19823220340 DE3220340A1 (en) 1982-05-28 1982-05-28 Process for producting polycrystalline silicon rods suitable for subsequent zone melting

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3220340A1 true DE3220340A1 (en) 1983-12-01

Family

ID=6164851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19823220340 Withdrawn DE3220340A1 (en) 1982-05-28 1982-05-28 Process for producting polycrystalline silicon rods suitable for subsequent zone melting

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3220340A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0450494A1 (en) * 1990-03-30 1991-10-09 Sumitomo Sitix Corporation Manufacturing method for single-crystal silicon
EP0704559A1 (en) * 1994-09-05 1996-04-03 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for the preparation of a substrate material for solar cells and a solar cell prepared by using the same
DE19743695A1 (en) * 1997-10-02 1999-06-10 Ald Vacuum Techn Gmbh Apparatus and method for melting and remelting of materials into blocks

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0450494A1 (en) * 1990-03-30 1991-10-09 Sumitomo Sitix Corporation Manufacturing method for single-crystal silicon
EP0704559A1 (en) * 1994-09-05 1996-04-03 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for the preparation of a substrate material for solar cells and a solar cell prepared by using the same
DE19743695A1 (en) * 1997-10-02 1999-06-10 Ald Vacuum Techn Gmbh Apparatus and method for melting and remelting of materials into blocks

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69932760T2 (en) Method and apparatus for producing a silicon rod having a structure produced by directional solidification
DE69621348T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING POLYCRISTALLINE SILICON AND METHOD FOR PRODUCING A SILICON SUBSTRATE FOR A SOLAR CELL
DE68913237T2 (en) Silicon casting device.
DE2966164D1 (en) Process and apparatus for producing metallic slurries
DE2242111B2 (en) Device and method for producing castings with a directionally solidified structure
US4307769A (en) Method and an apparatus for manufacturing metallic composite material bars by unidirectional solidification
DE2609949C3 (en) Method and device for producing a casting from a metal alloy solidified in one direction
EP0095707A1 (en) Process for making polycrystalline silicon ingots suitable for subsequent zone melting
DE3220340A1 (en) Process for producting polycrystalline silicon rods suitable for subsequent zone melting
DE1941968C3 (en) Method and device for the production of single crystals
DE2009459A1 (en) Process for the production of Sihciumformkorpern
DE2831816A1 (en) METHOD FOR DEPOSITING SILICON IN FINE CRYSTALLINE FORM
DE3220338A1 (en) Process for producing polycrystalline silicon rods suitable for subsequent zone melting
DE112010004657B4 (en) Single-crystal manufacturing apparatus and a single-crystal production method
EP0095756A1 (en) Process for making polycrystalline silicon ingots
EP0096298A1 (en) Process for producing polycrystalline silicon bars suitable for subsequent zone refining
DE3220341A1 (en) METHOD FOR PRODUCING POLYCRYSTALLINE, SUITABLE FOR SUBSEQUENT ZONE MELTING
DE3220284A1 (en) Process for producing polycrystalline silicon rods suitable for subsequent zone melting
EP0077322A1 (en) Method of producing seamless tubes
DE2722784A1 (en) PROCEDURE FOR CLEANING UP SOLIDS
DE2646299C2 (en) Process for the production of rotationally symmetrical silicon moldings
DE526901C (en) Process for producing completely vitrified blocks from fused quartz
DE3036372A1 (en) Silicon ingot, esp. rod prodn. - by casting melt at rate matching crystallisation rate to save material and operating time (NO 19.4.82)
DE3508999A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR REGENERATING CARBON MOLDED BODIES
DE2334544A1 (en) Controlled solidification of iron- copper- and aluminium castings - by using a vibrator in the mould

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee