[實(shí)用新型]一種直拉單晶爐用熱場(chǎng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201120055890.8
• 申請(qǐng)日: 2011-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202000023U
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-10-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鈕應(yīng)喜;張志強(qiáng);黃振飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州天合光能有限公司
• 主分類號(hào): C30B15/00
• 分類號(hào): C30B15/00;C30B15/14
• 代理公司: 常州市維益專利事務(wù)所 32211
• 代理人: 王凌霄

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種直拉單晶爐用熱場(chǎng)。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體硅單晶體的80％是用切克勞斯基(Czochralski)法(也稱為直拉法)制造。根據(jù)直拉法，把原料多晶硅塊放入石英坩堝中，在單晶爐中加熱溶化，然后，將硅溶液稍微降溫，給予一定的過(guò)冷度，再將一根直徑約有10mm的棒狀晶種浸入溶液中，在合適的溫度下，溶液中的硅原子會(huì)順著晶種的硅原子排列結(jié)構(gòu)在固液界面上形成規(guī)則的結(jié)晶，成為單晶。把晶種微微的旋轉(zhuǎn)向上提升，溶液中的硅原子會(huì)在單晶體上繼續(xù)結(jié)晶，并延續(xù)其規(guī)則的原子排列結(jié)構(gòu)。嚴(yán)格的控制結(jié)晶環(huán)境，就可以周而復(fù)始的形成結(jié)晶，通過(guò)控制提升速度和溶液溫度，可以使晶體長(zhǎng)大至近目標(biāo)直徑，使單晶體等直徑生長(zhǎng)。在生長(zhǎng)的尾期，此時(shí)坩堝內(nèi)硅熔體尚未完全消失，通過(guò)增加晶體的提升速度和調(diào)整向堝內(nèi)的供熱量將晶體直徑漸漸減小形成一個(gè)尾形錐體，當(dāng)錐體的尖足夠小時(shí)，晶體就會(huì)與熔體脫落，從而完成晶體的生長(zhǎng)過(guò)程。

其過(guò)程大致可分為：裝料、抽空、化料、引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑生長(zhǎng)、收尾、晶體冷卻等，其中大部分是吸熱過(guò)程，需要外部供給熱量。由于過(guò)程需要一個(gè)溫度1400攝氏度左右、穩(wěn)定的高溫環(huán)境，這樣熱場(chǎng)的設(shè)計(jì)就顯的非常重要。優(yōu)良的熱場(chǎng)可以減少熱損失，降低能耗，并生長(zhǎng)出品質(zhì)優(yōu)良的硅單晶體。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種直拉單晶爐用熱場(chǎng)，解決現(xiàn)有單晶爐耗能高的問(wèn)題。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種直拉單晶爐用熱場(chǎng)從上到下，有上保溫蓋，上保溫層，熱屏支撐環(huán)和保溫筒，保溫筒分為上保溫筒、中保溫筒和下保溫筒，熱場(chǎng)底部具有底部保溫層，熱場(chǎng)中心設(shè)有支承軸，支承軸上具有坩堝托盤，坩堝托盤上依次是碳碳坩堝和石英坩堝，保溫筒和碳碳坩堝之間設(shè)有加熱器，熱屏支撐環(huán)連接有熱屏，熱屏為內(nèi)外兩層，中間有碳?xì)指魺釋?，上保溫層的厚度?0～40mm，上保溫筒內(nèi)徑與加熱器內(nèi)徑之間的距離5～10mm，有效的減弱了加熱器向上熱量的輻射，底部保溫層厚度為100～140mm，大大增強(qiáng)底部保溫效果。

碳碳坩堝外徑與加熱器內(nèi)徑之間的距離為15～25mm，加熱器外徑與中保溫筒內(nèi)徑之間的距離為10～15mm，熱屏的碳?xì)指魺釋由隙俗钚√幒穸葹?～10mm。

本實(shí)用新型的有益效果是：通過(guò)優(yōu)化熱屏的結(jié)構(gòu)，增加熱屏夾層厚度，優(yōu)化底部保溫層，以及壓縮熱場(chǎng)有效空間；減少了保溫筒內(nèi)徑，增加了保溫層厚度，來(lái)改善單晶爐的保溫效果，改善熱場(chǎng)分布，從而降低能量消耗，本方案相比現(xiàn)有熱場(chǎng)能耗降低了30％左右。同時(shí)相對(duì)傳統(tǒng)熱場(chǎng)有優(yōu)越的溫度梯度分布，長(zhǎng)晶速度也提高了20％。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明；

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是在晶體中軸線上溫度梯度分布對(duì)比圖；

圖3在硅熔體中軸線上溫度梯度分布對(duì)比圖；

圖4熱場(chǎng)中的固液界面對(duì)比圖；

圖中，1、上保溫蓋；2、熱屏支撐環(huán)；3、上保溫筒；4、上保溫筒支撐環(huán)；5、中保溫筒；6、加熱器；7、中保溫筒支撐環(huán)；8、爐底盤；9、爐底壓板；10、內(nèi)熱屏；11、外熱屏；12、上保溫層；13、石英坩堝；14、碳碳坩堝；15、坩堝托盤；16、支承軸；17、硅溶液；18、硅單晶體；19、下保溫筒。

具體實(shí)施方式