CN201485535U - 双加热系统硅单晶生长装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及双加热系统硅单晶生长装置，包括有保温炉，保温炉内有保温筒，保温炉底部有炉底护板及炉底压片，还包括有石墨坩埚及坩埚轴，坩埚轴外套有坩埚轴护套，其位于保温炉内的端部连接有托盘，石墨坩埚放置于托盘上，保温炉底部安装有电极柱，电极柱顶部有加热器，保温炉炉口处从上到下依次设置有保温上盖及保温下盖，保温上盖端部连接有内导流筒，保温下盖端部连接有外导流筒，内导流筒及外导流筒分别倾斜伸入所述石墨坩埚中，内导流筒及外导流筒端部相连，内、外导流筒之间的空隙中填充有填充物，保温上盖与保温下盖之间空隙中填充有填充物，电极柱顶端还连接有辅加热器，辅加热器位于托盘下方，保温筒底部侧面还连通有排气筒。
Description
技术领域
本实用新型涉及到硅多晶体熔融、结晶生长成单晶体的热系统，；即切克劳斯基法CZ直拉单晶法的热系统，尤其是一种应用于硅晶体生长设备的双加热系统硅单晶生长装置。
背景技术
切克劳斯基法CZ直拉单晶法，通过石墨电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，在惰性气体的保护下，经过引晶，放肩，转肩，等径，收尾，晶体取出等步骤，完成晶体生长。生长单晶体的尺寸越大，对石墨热系统的要求也越高。
硅的熔点是1420°，如果是22寸开放式热场装置投料量85kg，要维持这个温度每小时需要耗费120kw.h左右的电能。目前世界能源紧张，能源成本日愈最高，如何降低生产能耗，降低生产成本，直接关系企业生存大计。
当前应用于硅单晶生长所用的石墨热系统的加工技术及生产规模在我国处于世界领先地位，然而在一些生长大尺寸单晶体的石墨热系统的设计中，往往出现单晶生长过程中温度波动大，温补跟不上，出现断棱等诸多情况，致使在大尺寸硅单晶生长技术不成熟，生产成本过高，给企业和国内大直径硅单晶的行业发展带来很大的负面影响，无法使得大直径的硅单晶体得到市场认可和普及；目前整个国内行业仍然处在8英寸以下硅单晶生长，然而国外市场对8寸及8寸以上硅单晶的需求量与日俱增，如何设计生长8寸以上大直径硅单晶的热系统，已经迫在眉睫。
因此人们在CZ直拉单晶法的加热装置，也就是石墨热场上面做了诸多改进。效果最明显的就是增加热屏装置，但晶体在后续的生长过程温度无法得到持续的维持，晶体产生组分过冷而无序生长。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种双加热系统硅单晶生长装置，采用双加热系统维持晶体的后续生长的温度补偿，同时缩短硅多晶的熔融时间，增加热场中的热辐射功能，减少热量损失，达到节能降耗的目的。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
双加热系统硅单晶生长装置，包括有一端开口的保温炉，所述保温炉内设置有紧贴保温炉内壁的保温筒，所述保温炉底部从上到下依次设有炉底护板及炉底压片，所述炉底压片与保温炉底紧密结合，还包括有石墨坩埚及坩埚轴，所述坩埚轴依次穿过保温炉底部、炉底压片及炉底护板伸入保温炉内，所述坩埚轴外套有坩埚轴护套，其位于保温炉内的端部连接有托盘，所述石墨坩埚放置于托盘上，所述保温炉底部安装有同外部电源连接的电极柱，所述电极柱穿过炉底压片及炉底护板，位于保温炉内部，所述电极柱顶部通过电极螺丝螺合有加热器，所述加热器位于所述石墨坩埚周围，其特征在于：所述保温炉炉口处从上到下依次设置有保温上盖及保温下盖，所述保温上盖端部连接有内导流筒，保温下盖端部连接有外导流筒，所述内导流筒及外导流筒分别倾斜伸入所述石墨坩埚中，其中外导流筒的斜度大于内导流筒，所述内导流筒及外导流筒端部相连，内、外导流筒之间的空隙中填充有填充物，所述保温上盖与保温下盖之间空隙中填充有填充物，所述电极柱顶端还连接有辅加热器，所述辅加热器位于所述托盘下方，所述炉底护板与炉底压片之间填充有填充物，所述保温筒底部侧面还连通有排气筒，所述排气筒伸出保温炉与外部真空管道连通。
所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述电极柱上还套有多层保温板以隔开加热器与所述炉底护板，多层保温板之间设置有支撑环以支撑保温板。
3所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述保温筒分为保温上筒、保温中筒及保温下筒。
所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述电极柱外依次套有石英护套及电极护套。
所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述坩埚轴通过螺丝与所述托盘螺合连接。
所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述电极螺丝外套有螺丝护套。
所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述填充物为石墨碳毡。
本实用新型的设计原理，就是增加保温系统的保温效果，降低热辐射散热，改变熔体内温度梯度，降低横向温度梯度变化，使得熔体液面温度相对稳定，利于硅单晶生长；改善气流导向装置，避免出现气体紊流。本实用新型通过以下部件来达到以上目的：
1.保温盖板采用双层结构，中间空隙部分填充碳毡，加强炉体的上部保温系统；炉底保温采用石墨碳毡隔离的措施，在炉底护板及炉底压片之间填充碳毡，增加炉体下部保温；在内、外导流筒和之间填充碳毡，且改变外导流筒的斜面角度，增加导流筒的热辐射反射效果，降低散热；同时，隔热效果不同，改变了硅单晶晶体生长时，纵向温度梯度变化，增加晶体生长的极限拉速6％左右。
2.气向导流装置，采用双层结构，外导流筒的斜度更大，降低了硅单晶生长时，惰性气体与导流装置的摩擦，减少在拉制时形成气流紊流，影响晶体生长。排气筒的使用，使得气流从炉筒直接导流至于真空泵管道内，避免气流与炉体内石墨碳毡接触，避免炉体内挥发的杂质在炉体内残留，影响晶体生长。
本实用新型在结构上具有以下特点：1.采用辅加热器分时段加热，增强热场内部的热辐射；2.保温盖板采用双层结构，中间空隙填充石墨碳毡，加强上部保温；3.增加下部炉底护板及炉底压片之间的空隙，填充石墨碳毡，加强保温；4.导流装置外层斜面角度改变，减少对气流的阻力，避免出现紊流；5.增加炉体与真空管道之间的排气筒，避免出现炉体内挥发物残留在排气管口位置，影响炉体气流。
本实用新型在熔体液面温度的稳定性能，及气流的稳定性方面，都相对传统热系统有很大的提高；适合投料120kg以上，8寸及以上尺寸的硅单晶生长。同现有技术相比，本实用新型还具有以下优点：
(1)在热场温度的稳定性能，及气体流畅性能上有很大的提高，增加了8寸及8寸以上大直径硅单晶生长的成品率。投料120kg，拉制8寸太阳能硅单晶棒的成品率为96％。
(2)对硅单晶品质也有很大的提高，投料120kg，拉制的8寸太阳能硅单晶棒间隙氧含量为27ppma(1.35×1018atom/s)，C含量＜0.1ppma(5×1015om/s)，符合目前行业标准。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
如图1所示。双加热系统硅单晶生长装置，包括有一端开口的保温炉25，保温炉25内设置有紧贴保温炉内壁的保温筒，保温筒分为保温上筒13、保温中筒14及保温下筒15。保温炉25底部从上到下依次设有炉底护板16及炉底压片17，炉底压片17与保温炉25底紧密结合，还包括有石墨坩埚3及坩埚轴5，坩埚轴5依次穿过保温炉25底部、炉底压片17及炉底护板16伸入保温炉内，坩埚轴5外套有坩埚轴护套6，其位于保温炉25内的端部连接有托盘4，坩埚轴5通过螺丝24与所述托盘4螺合连接。石墨坩埚3放置于托盘4上，保温炉25底部安装有同外部电源连接的电极柱10，电极柱10外依次套有石英护套22及电极护套21。电极柱10穿过炉底压片17及炉底护板16，位于保温炉25内部，电极柱10顶部通过电极螺丝8螺合有加热器7，电极螺丝8外套有螺丝护套9。电极柱10上还套有多层保温板19以隔开加热器7与炉底护板16，多层保温板19之间设置有支撑环20以支撑保温板19。加热器7位于石墨坩埚3周围，保温炉炉口处从上到下依次设置有保温上盖11及保温下盖12，保温上盖11端部连接有内导流筒1，保温下盖12端部连接有外导流筒2，内导流筒1及外导流筒2分别倾斜伸入石墨坩埚3中，其中外导流筒2的斜度大于内导流筒1，内导流筒1及外导流筒2端部相连，内、外导流筒之间的空隙中填充有石墨碳毡，保温上盖11与保温下盖12之间空隙中填充有石墨碳毡，电极柱顶端还连接有辅加热器23，辅加热器23位于托盘4下方，炉底护板16与炉底压片17之间填充有石墨碳毡，保温筒底部侧面还连通有排气筒18，排气筒18伸出保温炉与外部真空管道连通。
Claims (7)
1.双加热系统硅单晶生长装置，包括有敞口的保温炉，所述保温炉内设置有紧贴保温炉内壁的保温筒，所述保温炉底部从上到下依次设有炉底护板及炉底压片，所述炉底压片与保温炉底紧密结合，还包括有石墨坩埚及坩埚轴，所述坩埚轴依次穿过保温炉底部、炉底压片及炉底护板伸入保温炉内，所述坩埚轴外套有坩埚轴护套，其位于保温炉内的端部连接有托盘，所述石墨坩埚放置于托盘上，所述保温炉底部安装有同外部电源连接的电极柱，所述电极柱穿过炉底压片及炉底护板，位于保温炉内部，所述电极柱顶部通过电极螺丝螺合有加热器，所述加热器位于所述石墨坩埚周围，其特征在于：所述保温炉炉口处从上到下依次设置有保温上盖及保温下盖，所述保温上盖端部连接有内导流筒，保温下盖端部连接有外导流筒，所述内导流筒及外导流筒分别倾斜伸入所述石墨坩埚中，其中外导流筒的斜度大于内导流筒，所述内导流筒及外导流筒端部相连，内、外导流筒之间的空隙中填充有填充物，所述保温上盖与保温下盖之间空隙中填充有填充物，所述电极柱顶端还连接有辅加热器，所述辅加热器位于所述托盘下方，所述炉底护板与炉底压片之间填充有填充物，所述保温筒底部侧面还连通有排气筒，所述排气筒伸出保温炉与外部真空管道连通。
2.根据权利要求1所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述电极柱上还套有多层保温板以隔开加热器与所述炉底护板，多层保温板之间设置有支撑环以支撑保温板。
3.根据权利要求1所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述保温筒分为保温上筒、保温中筒及保温下筒。
4.根据权利要求1所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述电极柱外依次套有石英护套及电极护套。
5.根据权利要求1所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述坩埚轴通过螺丝与所述托盘螺合连接。
6.根据权利要求1所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述电极螺丝外套有螺丝护套。
7.根据权利要求1所述的双加热系统硅单晶生长装置，其特征在于：所述填充物为石墨碳毡。
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