[發(fā)明專利]一種增加區(qū)熔單晶爐運行時單晶穩(wěn)定性的方法及裝置

無效

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• 申請日: 2008-12-26
• 公開（公告）號: CN101768773A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設計）人: 谷宇恒;梁書正;趙洋
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院;有研半導體材料股份有限公司;國泰半導體材料有限公司
• 主分類號: C30B13/00
• 分類號: C30B13/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權代理有限公司 11100
• 代理人: 郭佩蘭

技術領域

本發(fā)明涉及增加區(qū)熔單晶爐運行時單晶穩(wěn)定性方法及裝置，通過提高單晶完整率達到提高生產(chǎn)實收效率，節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。

背景技術

已有的FZ(區(qū)熔)單晶的制備流程：

原料處理——原料裝爐——拉晶準備——晶體生長(引晶、放肩、等徑生長、收尾)——停爐冷卻——取出晶體

由以上流程可以看出，在FZ單晶的制備過程中，核心步驟為晶體生長環(huán)節(jié)，而晶體生長環(huán)節(jié)的核心在于單晶的等徑生長，因此提高單晶體生長中等徑環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性及增加單晶完整率，在整個FZ單晶制備周期中能夠有效的提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

如圖1-a無夾持裝置狀態(tài)圖所示，原有單晶設備未對于單晶實體的穩(wěn)定提供直接的保護措施，而是通過在設備的機械結構方面進行了減震處理如：設備基座設立減震隔離溝，設備框架安裝減震墊，設備傳動采用雙光杠，設備轉動軸承選用C級軸承等。這種處理方式在一定程度上降低了外界震動的傳入，和設備運行中震動的產(chǎn)生，在拉制小直徑(裝料量在10公斤以下)FZ區(qū)熔單晶時能夠滿足生產(chǎn)要求。

但是隨著FZ單晶拉制工藝、技術不斷提高，區(qū)熔爐設備裝料重量在不斷增加，以FZ-20為例一般裝爐重量已達到了25公斤左右；裝爐重量的增加帶來的必然結果是單晶的直徑和拉制長度隨之增加，以FZ-20為例φ4英寸單晶等徑長度可達到1米左右。隨著新的條件、變化的出現(xiàn)并與單晶生產(chǎn)工藝的必要條件(如：單晶引晶的要求：直徑＜3.5mm??長度＞30mm)相結合；致使單晶爐原有的各項減震措施不再充分。

原因分析：

1.單晶重量增加，但是單晶引晶工藝條件不可改變，致使單晶對外界震動的敏感性和對震動反映有明顯的加強。現(xiàn)有的設備機械減震措施效果明顯下降甚至失效。

2.單晶生長長度增加，單晶體重心位置向遠離籽晶夾頭位置移動，單晶體自身穩(wěn)定性、抗震能力有很大下降。

因此在原有條件下隨著單晶重量、長度的增加，在大直徑單晶(或裝料量超過10公斤)拉制過程中，由于單晶晃動最終引發(fā)流熔區(qū)、倒伏的現(xiàn)象明顯增加，單晶完整率大幅下降單晶實收率下降給生產(chǎn)帶來很大的成本損失。

此外流熔區(qū)、倒伏的現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn)，對于設備安全也有很大的危害。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種增加區(qū)熔單晶爐運行時單晶穩(wěn)定性的方法及裝置，其特點在于增加設備運行中單晶的穩(wěn)定性的同時，又不影響單晶體生長的外部環(huán)境和工藝條件，這就意味著該方法可以在整體流程不變的情況下，為單晶生長環(huán)節(jié)中的單晶體的穩(wěn)定性以及單晶完整率的提高提供幫助。

為達到上述目的本發(fā)明采用以下技術方案：

這種增加區(qū)熔單晶爐運行時單晶穩(wěn)定性的方法是通過夾持裝置與運行中的單晶實體接觸，對單晶提供必要的支持力用于消除單晶運行時，晃動和倒伏的現(xiàn)象。

所述的與運行中的單晶實體接觸的是夾持針，該夾持針與夾持牽引系統(tǒng)、夾持基座組成夾持裝置。

其通過調整夾持針與夾持基座上水平面夾角來調整夾持狀態(tài)；通過傳動鋼絲的連接調整夾持針運動的同步一致性，和夾持針的初始位置以及啟動位置設置。

所述的夾持裝置，它由夾持基座、夾持針、夾持牽引系統(tǒng)三大部分組成，所述的夾持針通過連接軸與夾持基座相連；所述的牽引系統(tǒng)由牽引重墜塊、重墜塊保護筒、牽引鋼絲、重墜塊連接螺釘組成；通過傳動鋼絲將夾持針與重墜塊連接，牽引重墜塊位于重墜保護筒限制內。

其夾持針通過在加工時預留連接孔，來完成與傳動鋼絲的連接；重墜塊是通過中心打眼的螺釘，完成與傳動鋼絲的連接。

其主體部件所有材質為可耐高溫的高純材料，例如鉬或低碳鋼。

附圖說明

圖1-a：單晶運行中無夾持裝置狀態(tài)圖

圖1-b：單晶運行中有夾持裝置狀態(tài)圖

圖2-a：本發(fā)明單晶夾持裝置裝配圖

圖2-b：本發(fā)明單晶夾持裝置的上部主視圖

圖2-c：圖2-a的俯視圖

圖2-d：圖2-a中單晶夾持裝置局部A-A放大圖

圖3a夾持針運行的初始狀態(tài)圖

圖3b夾持針運行的啟動狀態(tài)圖

圖3c夾持針運行的夾持狀態(tài)圖

圖1-a為無夾持裝置的狀態(tài)：1、單晶，2、引晶部分，3、籽晶夾頭，4、內軸軸頭，5、外軸，6、內軸，7、內軸定位套。

圖1-b為加入夾持裝置的狀態(tài)：8、夾持針，9、夾持針連接軸，10、傳動鋼絲，11、啟動重墜塊，12、重墜套筒，13、夾持基座，14、夾持基座連接頂絲，15、就位重墜塊。