[實用新型]雙加熱系統硅單晶生長裝置

無效

• 申請號: 200920186924.X
• 申請日: 2009-08-13
• 公開（公告）號: CN201485535U
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 劉天貴;馬青;李春雷;高熙禮
• 申請（專利權）人: 合肥景坤新能源有限公司
• 主分類號: C30B15/14
• 分類號: C30B15/14;C30B29/06
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本實用新型涉及到硅多晶體熔融、結晶生長成單晶體的熱系統，；即切克勞斯基法CZ直拉單晶法的熱系統，尤其是一種應用于硅晶體生長設備的雙加熱系統硅單晶生長裝置。

背景技術

切克勞斯基法CZ直拉單晶法，通過石墨電阻加熱，將裝在石英坩堝中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔點的溫度，在惰性氣體的保護下，經過引晶，放肩，轉肩，等徑，收尾，晶體取出等步驟，完成晶體生長。生長單晶體的尺寸越大，對石墨熱系統的要求也越高。

硅的熔點是1420°，如果是22寸開放式熱場裝置投料量85kg，要維持這個溫度每小時需要耗費120kw.h左右的電能。目前世界能源緊張，能源成本日愈最高，如何降低生產能耗，降低生產成本，直接關系企業生存大計。

當前應用于硅單晶生長所用的石墨熱系統的加工技術及生產規模在我國處于世界領先地位，然而在一些生長大尺寸單晶體的石墨熱系統的設計中，往往出現單晶生長過程中溫度波動大，溫補跟不上，出現斷棱等諸多情況，致使在大尺寸硅單晶生長技術不成熟，生產成本過高，給企業和國內大直徑硅單晶的行業發展帶來很大的負面影響，無法使得大直徑的硅單晶體得到市場認可和普及；目前整個國內行業仍然處在8英寸以下硅單晶生長，然而國外市場對8寸及8寸以上硅單晶的需求量與日俱增，如何設計生長8寸以上大直徑硅單晶的熱系統，已經迫在眉睫。

因此人們在CZ直拉單晶法的加熱裝置，也就是石墨熱場上面做了諸多改進。效果最明顯的就是增加熱屏裝置，但晶體在后續的生長過程溫度無法得到持續的維持，晶體產生組分過冷而無序生長。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種雙加熱系統硅單晶生長裝置，采用雙加熱系統維持晶體的后續生長的溫度補償，同時縮短硅多晶的熔融時間，增加熱場中的熱輻射功能，減少熱量損失，達到節能降耗的目的。

為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案為：

雙加熱系統硅單晶生長裝置，包括有一端開口的保溫爐，所述保溫爐內設置有緊貼保溫爐內壁的保溫筒，所述保溫爐底部從上到下依次設有爐底護板及爐底壓片，所述爐底壓片與保溫爐底緊密結合，還包括有石墨坩堝及坩堝軸，所述坩堝軸依次穿過保溫爐底部、爐底壓片及爐底護板伸入保溫爐內，所述坩堝軸外套有坩堝軸護套，其位于保溫爐內的端部連接有托盤，所述石墨坩堝放置于托盤上，所述保溫爐底部安裝有同外部電源連接的電極柱，所述電極柱穿過爐底壓片及爐底護板，位于保溫爐內部，所述電極柱頂部通過電極螺絲螺合有加熱器，所述加熱器位于所述石墨坩堝周圍，其特征在于：所述保溫爐爐口處從上到下依次設置有保溫上蓋及保溫下蓋，所述保溫上蓋端部連接有內導流筒，保溫下蓋端部連接有外導流筒，所述內導流筒及外導流筒分別傾斜伸入所述石墨坩堝中，其中外導流筒的斜度大于內導流筒，所述內導流筒及外導流筒端部相連，內、外導流筒之間的空隙中填充有填充物，所述保溫上蓋與保溫下蓋之間空隙中填充有填充物，所述電極柱頂端還連接有輔加熱器，所述輔加熱器位于所述托盤下方，所述爐底護板與爐底壓片之間填充有填充物，所述保溫筒底部側面還連通有排氣筒，所述排氣筒伸出保溫爐與外部真空管道連通。

所述的雙加熱系統硅單晶生長裝置，其特征在于：所述電極柱上還套有多層保溫板以隔開加熱器與所述爐底護板，多層保溫板之間設置有支撐環以支撐保溫板。

3所述的雙加熱系統硅單晶生長裝置，其特征在于：所述保溫筒分為保溫上筒、保溫中筒及保溫下筒。

所述的雙加熱系統硅單晶生長裝置，其特征在于：所述電極柱外依次套有石英護套及電極護套。

所述的雙加熱系統硅單晶生長裝置，其特征在于：所述坩堝軸通過螺絲與所述托盤螺合連接。

所述的雙加熱系統硅單晶生長裝置，其特征在于：所述電極螺絲外套有螺絲護套。

所述的雙加熱系統硅單晶生長裝置，其特征在于：所述填充物為石墨碳氈。

本實用新型的設計原理，就是增加保溫系統的保溫效果，降低熱輻射散熱，改變熔體內溫度梯度，降低橫向溫度梯度變化，使得熔體液面溫度相對穩定，利于硅單晶生長；改善氣流導向裝置，避免出現氣體紊流。本實用新型通過以下部件來達到以上目的：

1.保溫蓋板采用雙層結構，中間空隙部分填充碳氈，加強爐體的上部保溫系統；爐底保溫采用石墨碳氈隔離的措施，在爐底護板及爐底壓片之間填充碳氈，增加爐體下部保溫；在內、外導流筒和之間填充碳氈，且改變外導流筒的斜面角度，增加導流筒的熱輻射反射效果，降低散熱；同時，隔熱效果不同，改變了硅單晶晶體生長時，縱向溫度梯度變化，增加晶體生長的極限拉速6％左右。