针对上述问题，实验通过工艺改进和热场改造，控制坩埚底部的温度，使其始终保持在硅的熔点以下，即使有硅液流到底部也会快速冷却，从而避免了籽晶的上浮。同时，通过工艺改进及热场改造还能够得到比较垂直的温度梯度，使硅料熔化时是自上而下的顺序熔化，而不是从四周往中心熔化，最终实现籽晶的部分熔化。

　　实验在石墨坩埚壁上加保温绝热环（如图2）。绝热环的相对位置处于籽晶上方2cm左右的位置，它阻止石墨加热器直接辐射到石墨护板底部，减小边缘与中心的温度差，使得籽晶熔化的界面更趋于水平，最终实现底部籽晶部分熔化、降低籽晶高度的目的。

图2 经改造后的多晶炉示意图
Fig 2 Schematic illustration of improved multicrystal casting furnace

　　另外，在实验过程中，探讨了如何降低坩埚壁涂层的粗糙度，减少在坩埚壁上的形核；并通过工艺调整，使得坩埚边缘附近的生长界面呈水平或微凸型，从而抑制坩埚壁生长出的晶粒进一步的生长，提升了整个铸锭中单晶的比例。并在实践中提出了可以通过对硅料熔化过程中籽晶高度的测量，经过大量数据的统计、分析，找到从熔化阶段转变到长晶阶段时TC2的温度梯度值，然后根据此值来判断从熔化阶段转变到长晶阶段的时间。

　　结果与讨论

　　单晶比例的提升

　　由TRB-50红外扫描仪的各区红外扫描图可以看出，位于硅锭中心的C、D区（如图3a）基本全部为一个晶粒，而位于硅锭四周和角落的B、A区（如图3b、c）则随硅锭高度的增加，多晶比例明显增多，A区单晶比例约为28.2%，B区单晶比例约为41.9%。

　　经分析，由于冷壁的作用，靠近坩埚壁的位置其生长界面呈凹状，如图4。且坩埚壁上有极为粗糙的氮化硅涂层，极大的降低了非均匀形核的过冷度，导致在坩埚壁处大量形核，形成多晶，而晶体生长的方向与生长界面相垂直，多晶就会继续向内部延伸，使得多晶比例继续增大。

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　　图3 硅锭不同区域的单晶比例扫描图

　　Fig 2 Scan imagery of monocrystalline silicon in different regions of the multicrystal silicon ingot