Resumen
Apparatus and method for the production of silicon ingots by directional solidification. Apparatus for the production of silicon ingots through directional solidification technology that allows the directional solidification system and the heat exchange method to be used simultaneously. This apparatus allows to optimize the control over the temperature gradient during the crystallization stage and thus increase the quality of the final product. The apparatus has a chamber (5) inside which is arranged at least a central assembly (1) and a lower assembly (4) that are attached to a system of upper movement (6.1) and a system of movement lower (6.2) that allow the necessary displacements. The process for growing polycrystalline silicon ingots from molten silicon is carried out in the described apparatus by combining movements of the elements of the apparatus during the growth phase of the silicon. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
Reivindicaciones
1. 1Aparato para la producción de lingotes de silicio por solidificación direccional que comprende una cámara (5) en el interior de la que se disponen un conjunto central (1) y un conjunto inferior 5 (4) y el aparato está caracterizado porque: 2. -el conjunto central (1) comprende un crisol (1.1) destinado a alojar el silicio y cuatro susceptores laterales (1.2), una tapa (1.3) y un susceptor base (1.4) 3. -el aparato comprende un elemento resistivo calefactor (2.1) que rodea al conjunto central (1) y que es alimentado mediante unos electrodos (2.2) y que está destinado a 10 calentar las paredes del crisol (1.1), 4. -el conjunto inferior (4) comprende unas tiras de grafito aislante (4.1) y una placa de grafito conductor (4.2) que quedan situados bajo el susceptor base (1.4), además de un bloque conductor (4.3) de grafito y una placa intercambiadora de calor (4.4) bajo el bloque conductor (4.3), y un eje de sujeción (4.5) que atraviesa la placa intercambiadora de calor 15 (4.4) y tiene uno de sus extremos queda encajado en el bloque conductor (4.3) y el otro 5. extremo está unido a un sistema de movimiento inferior (6.2), 6. -comprende un sistema de movimiento inferior (6.2) que está unido al conjunto inferior mediante unas placas de transmisión de movimiento (6.2.7) a las que está acoplado el eje de sujeción (4.5) y está destinado a desplazar verticalmente al conjunto de crisol (1.1), 20 susceptores laterales (1.2), susceptor base (1.4), tapa (1.3), tiras de grafito aislante (4.1), placa de grafito conductor (4.2) y bloque conductor (4.3), 7. -comprende un disco aislante superior (3.1), un cilindro aislante móvil (3.2), un disco aislante inferior (3.3) y un cilindro lateral fijo (3.4), y el cilindro aislante móvil (3.2) rodea al crisol (1.1), los susceptores laterales (1.2), la tapa (1.3), el susceptor base (1.4), las tiras de 25 grafito (4.1), la placa de grafito (4.2), el bloque conductor (4.3) y la placa intercambiadora de calor (4.4), 8. -comprende un sistema de movimiento superior (6.1) destinado a mover el cilindro aislante móvil (3.2) mediante una estructura para la trasmisión del movimiento (6.1.3). 9. 2.- Aparato para la producción de lingotes de silicio por solidificación direccional según la 10. reivindicación 1 caracterizado por que la tapa (1.3) comprende una abertura destinada al paso de una sonda (5.1.9) que conduce a un gas desde el exterior de la cámara (5) al interior del crisol (1.1). 11. 3.- Aparato para la producción de lingotes de silicio por solidificación direccional según la reivindicación 1 caracterizado por que el sistema de movimiento inferior (6.2) comprende un bastidor auxiliar (6.2.1), con unas vigas de apoyo y unos puntos de amarre a la sección inferior de la cámara (5.3), unos servomotores (6.2.2) asociados a unos actuadores lineales 12. (6.2.4); unos husillos (6.2.5) situados sobre las vigas de apoyo y destinados al desplazamiento de la sección inferior de la cámara (5.3), unas guías (6.2.6), una pluralidad de fuelles metálicos soldados, casquillos, varillas de molibdeno y unas placas de transmisión (6.2.7). 13. 4.- Aparato para la producción de lingotes de silicio por solidificación direccional según la reivindicación 1 caracterizado por que el sistema de movimiento superior (6.1) comprende unos servomotores colocados de forma simétrica (6.1.1) y acoplados correspondientemente a unos actuadores lineales (6.1.2), una estructura para la trasmisión del movimiento (6.1.3), una pluralidad de fuelles metálicos soldados, casquillos y guías (6.1.4) y unos vástagos de molibdeno con terminación en grafito conductor (6.1.5). 14. 5.- Aparato para la producción de lingotes de silicio por solidificación direccional según la reivindicación 1 caracterizado por que tres de los susceptores laterales (1.2) comprenden unos orificios destinados a la introducción de unos terceros termopares (5.1.7). 15. 6.- Aparato para la producción de lingotes de silicio por solidificación direccional según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende un primer termopar (5.2.4) destinado a sondar la temperatura del elemento resistivo calefactor (2.1). 16. 7.- Aparato para la producción de lingotes de silicio por solidificación direccional según la reivindicación 1 caracterizado por que el elemento eje de sujeción (4.5) está unido a un segundo termopar (4.6). 17. 8.- Procedimiento para la producción de lingotes de silicio por solidificación direccional en el aparato de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que comprende las siguientes etapas: 18. -fundición del silicio en el interior del crisol (1.1) en atmósfera controlada de gas argón, introducido a través de la sonda (5.1.9) hasta alcanzar una presión de 600 mbar en el interior de la cámara (5), 19. -homogeneización del silicio manteniendo una temperatura superior a la de fusión del silicio durante un tiempo determinado, 20. -enfriamiento del silicio contenido en el crisol (1.1) mediante izado del cilindro aislante móvil (3.2) y de la base aislante inferior (3.3), mediante descenso de la placa 5 intercambiadora de calor (4.4) o mediante una combinación de dichos movimientos hasta que el bloque conductor de grafito (4.3) sobre el que reposa el crisol (1.1) que se enfría en parte por convección y fundamentalmente por radiación del bloque conductor (4.3) hacia las paredes frías del interior de la sección inferior (5.3) al quedar expuesto a ellas, hasta que se solidifica el silicio, 21. -enfriamiento del silicio hasta temperatura ambiente mediante rampas de 22. temperatura, 23. -retirada del crisol (1.1) y retirada del lingote de silicio del interior del crisol (1.1). 24. 9.- Procedimiento para la producción de lingotes de silicio por solidificación direccional según la 15 reivindicación 8 caracterizado por que comprende una etapa complementaria de desplazamiento vertical de un conjunto que comprende el conjunto central (1), las tiras de grafito aislante (4.1), una placa de grafito conductora (4.2) y un bloque conductor de grafito (4.3). 25. 10.- Procedimiento para la producción de lingotes de silicio por solidificación direccional según 26. la reivindicación 8 caracterizado por que la etapa de retirada del crisol (1.1) del aparato se realiza mediante la activación del sistema de movimiento inferior (6.2), haciendo descender la sección inferior de la cámara (5.3) y haciendo descender el crisol (1.1) y la retirada del crisol (1.1) se realiza sacando las tiras de grafito aislantes (4.1) e introduciendo en ese 25 espacio una carretilla con horquillas.
