本发明涉及一种控制留埚率的方法、系统及单晶硅棒的生产方法。
背景技术：
1、硅单晶作为一种性能优良的半导体材料，广泛的应用于集成电路、太阳能电池等产品中。随着光伏行业的快速发展，硅单晶朝着大尺寸、高品质、低成本的方向发展。
2、通常，硅单晶采用连续拉晶工艺。连续拉晶工艺进行拉晶的过程中可以包括：将硅原料放置在单晶炉的主炉室中，进行加热融化并按照规定计算的留埚率(一般是固定不变的)留埚，进行引晶、放肩、转肩、等径、收尾操作，拉制出一个完整的单晶硅棒。
3、单晶硅棒的长度的决定因素之一是留埚率。留埚率为拉出单晶硅棒后石英坩埚中剩余的硅料与埚中最初投入的硅料的比值。而单晶硅棒的长度还可以依据客户需求的电阻率范围进行调整，电阻率范围若较大，留埚率就可以设置的小一点，以增加成品长度，起到降低成本的作用。
4、目前，实际生产中一般根据客户的电阻率需求计算留埚率，每个炉台的留埚率固定的输入到单元系统中，由于每炉产出的晶棒电阻率存在偏差(受到炉内挥发及加入原料的不确定因素影响，产出单晶的电阻率存在一定偏差)，统一固定的留埚率容易导致成品的长度偏低，造成成本偏高，因此，统一固定的留埚率并不完全适用于此种连续拉晶方法。
5、有文献报道了一种提高单晶硅棒成品率的方法，包括：基于满埚料源制备当段单晶硅棒；测量所述当段单晶硅棒的头部电阻率，并将所述当段单晶硅棒的头部电阻率和预设的目标电阻率进行对比；当所述当段单晶硅棒的头部电阻率小于所述目标电阻率时，调整制备下一段单晶硅棒时的收尾留埚率，以使所述下一段单晶硅棒的尾部电阻率达到目标要求，其中，所述收尾留埚率为制备所述单晶硅棒的剩料量与所述满埚料源的比值。该方法的目的在于提高成品率，而且该方法稍复杂，因为其调整制备下一段单晶硅棒时的收尾留埚率没有明确规定，需要现场人员进行比较判断。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种控制留埚率的方法，可以比较准确地调整留埚率，在满足单晶硅棒电阻率需求的基础上，可以提高单晶硅棒的长度，可以减少降级品的产生，降低成本。本发明的另一个目的在于提供一种根据如上所述的控制留埚率的方法采用的控制留埚率的系统。本发明的再一个目的在于提供一种单晶硅棒的生产方法。
2、本发明通过如下技术方案达到上述目的。
3、一方面，本发明提供一种控制留埚率的方法，包括以下步骤：
4、1)建立以留埚率为因变量，以单晶硅棒的头部电阻率数值为自变量的关系式；并将该关系式输入单晶炉台单元；
5、2)收集所拉制的前一根单晶硅棒的实际头部电阻率；
6、3)将前一根单晶硅棒的实际头部电阻率数值输入所述单晶炉台单元中的关系式，通过计算获得待拉制的当前根单晶硅棒所需的留埚率。这样可以比较准确地调整留埚率，在满足单晶硅棒电阻率需求的基础上，可以提高单晶硅棒的长度，降低成本。
7、在本发明中，只有当实际头部电阻率高于目标头部电阻率时，与现有技术相比，可以增加单晶硅棒的长度。例如，当前一根单晶硅棒(如第一根单晶硅棒)的实际头部电阻率高于目标头部电阻率时，在生产时，可以减小生产当前根的留埚率，从而可以增加相应的当前根单晶硅棒(如第二根单晶硅棒)的长度。当实际头部电阻率低于目标头部电阻率时，单晶硅棒的长度没有增加，但可以防止降级品的产生。
8、在本发明中，以数据单元中的数据为基准，并参考投料量和电阻率范围，建立以留埚率为因变量，以单晶硅棒的头部电阻率数值为自变量的二次函数关系式。
9、例如，以680kg投料量(满埚)，所需单晶硅棒的电阻率范围0.4～1.0ω·cm，可以通过模拟软件模拟拟合留埚率与头部电阻率数值的二次函数关系式。这样的关系式可以比较准确地表示出留埚率与头部电阻率数值的相对应关系。
10、根据本发明所述的控制留埚率的方法，优选地，步骤1)之前还包括以下步骤：
11、提供所需单晶硅棒的电阻率范围、拉制规格；确定硅料的投料量。这里，可以提供需求方对于单晶硅棒的电阻率需求范围、拉制规格和尺寸，包括单晶硅棒的长度。然后，根据单晶硅棒的需求，确定硅料的投料量。
12、根据本发明所述的控制留埚率的方法，优选地：
13、步骤1)中，以数据单元中的数据为基准，并参考投料量和电阻率范围，建立以留埚率为因变量，以单晶硅棒的头部电阻率数值为自变量的二次函数关系式；
14、在步骤1)之后和步骤2)之前，先根据投料量进行投料并进行拉制第一根单晶硅棒，其中，所要拉制的第一根单晶硅棒的留埚率和头部电阻率均为设定值。例如，以680kg投料量(满埚)，所需单晶硅棒的电阻率范围0.4～1.0ω·cm为基准，设定所要拉制的第一根单晶硅棒的留埚率为49％，头部电阻率为0.8ω·cm。
15、在本发明中，建立的二次函数关系式中的留埚率与头部电阻率数值来自于数据单元中一定的投料量范围内所形成的一定的尺寸和规格的单晶硅棒的数据。例如，以680kg投料量，所需单晶硅棒的电阻率范围0.4～1.0ω·cm为基准，所建立的二次函数关系式为：
16、留埚率(％)＝[1.0450919-0.735475*头部电阻率数值+1.0227479*(头部电阻率数值-0.78611)2]*100％。若投料量不是680kg，与680kg相差较大，则该二次函数关系式不再适用，需要建立新的关系式。
17、根据本发明所述的控制留埚率的方法，优选地，还包括以下步骤：
18、根据待拉制的当前根单晶硅棒所需的留埚率拉制当前根单晶硅棒，并利用数据单元收集所得的当前根单晶硅棒的实际头部电阻率；将当前根单晶硅棒的实际头部电阻率输入所述单晶炉台单元中的关系式，通过计算获得待拉制的下一根单晶硅棒所需的留埚率。然后，利用数据单元收集所得的下一根单晶硅棒的实际头部电阻率。以此类推，依次获得相应的后面所需的单晶硅棒的留埚率和电阻率。
19、根据本发明所述的控制留埚率的方法，优选地，包括以下具体步骤：
20、(1)提供所需单晶硅棒的电阻率范围、拉制规格；
21、(2)确定硅料的投料量；
22、(3)建立以留埚率为因变量，以单晶硅棒的头部电阻率数值为自变量的关系式；并将该关系式输入单晶炉台单元；
23、(4)根据投料量进行投料并进行拉制第一根单晶硅棒，其中，所要拉制的第一根单晶硅棒的留埚率和头部电阻率均为设定值；
24、(5)利用数据单元收集所获得的第一根单晶硅棒的实际头部电阻率；
25、(6)将第一根单晶硅棒的实际头部电阻率数值输入所述单晶炉台单元中的关系式，得到待拉制的第二根单晶硅棒所需的留埚率；
26、(7)根据待拉制的第二根单晶硅棒所需的留埚率进行拉制第二根单晶硅棒；
27、(8)利用数据单元收集所获得的第二根单晶硅棒的实际头部电阻率；
28、(9)将第二根的实际头部电阻率输入所述单晶炉台单元中的关系式，得到待拉制的第三根单晶硅棒所需的留埚率；
29、以此类推，控制后面的相应的单晶硅棒所需的留埚率。
30、这里，以此类推指的是以第二根单晶硅棒、第三根单晶硅棒的留埚率的获得类推，以控制后面的第四根单晶硅棒、第五根单晶硅棒等的留埚率。
31、根据本发明所述的控制留埚率的方法，优选地，步骤(2)中，还需要确定拉制热场。这可以根据本领域已知的那些确定，在此不做赘述。
32、根据本发明所述的控制留埚率的方法，优选地，所需单晶硅棒的电阻率范围为0.4～1.0ω·cm。
33、另一方面，本发明还提供一种根据如上所述的控制留埚率的方法采用的控制留埚率的系统，包括单晶炉台单元和数据单元；
34、所述单晶炉台单元设置为存储以留埚率为因变量，以单晶硅棒的头部电阻率数值为自变量的关系式，并根据该关系式和所获得的前一根单晶硅棒的实际头部电阻率数值计算出相应的当前根单晶硅棒所需的留埚率；
35、所述数据单元设置为收集并存储包括每一根单晶硅棒的规格、尺寸、实际头部电阻率以及相应的投料量的数据。
36、再一方面，本发明还提供一种单晶硅棒的生产方法，包括如下步骤：
37、(1)提供所需单晶硅棒的电阻率范围、拉制规格；
38、(2)确定硅料的投料量；
39、(3)建立以留埚率为因变量，以单晶硅棒的头部电阻率数值为自变量的关系式；并将该关系式输入单晶炉台单元；
40、(4)根据投料量进行投料并进行拉制第一根单晶硅棒，其中，所要拉制的第一根单晶硅棒的留埚率和头部电阻率均为设定值；
41、(5)利用数据单元收集所获得的第一根单晶硅棒的实际头部电阻率；
42、(6)将第一根单晶硅棒的实际头部电阻率数值输入所述单晶炉台单元中的关系式，得到待拉制的第二根单晶硅棒所需的留埚率；
43、(7)根据待拉制的第二根单晶硅棒所需的留埚率进行拉制第二根单晶硅棒；
44、(8)利用数据单元收集所获得的第二根单晶硅棒的实际头部电阻率；
45、(9)将第二根的实际头部电阻率数值输入所述单晶炉台单元中的关系式，得到待拉制的第三根单晶硅棒所需的留埚率；
46、以此类推，完成所需的单晶硅棒的生产。
47、根据本发明所述的生产方法，优选地，步骤(4)和步骤(7)中，拉制的具体工序包括：熔化工序、引晶工序、放肩工序、转肩工序、等径工序和收尾工序。拉制的具体工序可以参照本领域已知的那些。
48、本发明的控制留埚率的方法可以比较准确地调整单晶炉的留埚率，在满足单晶硅棒电阻率需求的基础上，可以提高单晶硅棒的长度，可以减少降级品的产生，降低成本。本发明的单晶硅棒的生产方法可以保证单晶硅棒的成品率，降低了成本。
1.一种控制留埚率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)之前还包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，还需要确定拉制热场。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所需单晶硅棒的电阻率范围为0.4～1.0ω·cm。
8.一种根据权利要求1所述的控制留埚率的方法采用的控制留埚率的系统，其特征在于，包括单晶炉台单元和数据单元；
9.一种单晶硅棒的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)和步骤(7)中，拉制的具体工序包括：熔化工序、引晶工序、放肩工序、转肩工序、等径工序和收尾工序。
