[發明專利]一種快速提高直拉硅單晶生長速度的熱場結構

在審

• 申請號: 201410655714.6
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104313682A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 王林;婁中士;王淼;劉一波;李亞哲;張雪囡;崔敏
• 申請（專利權）人: 天津市環歐半導體材料技術有限公司
• 主分類號: C30B15/14
• 分類號: C30B15/14;C30B29/06
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 韓敏

技術領域

本發明創造屬于硅單晶制備裝置領域，尤其是涉及一種快速提高直拉硅單晶生長速度的熱場結構。

背景技術

直拉法生長單晶硅是目前生產單晶硅最廣泛的應用技術，而隨著光伏產業的不斷發展，在保證品質的前提下需要提高生產效率，以降低成本。而提高生產效率的最直接的方式為提高晶體等徑生長的速度，縮短拉晶時間。首先需增加晶體軸向溫度梯度以增加結晶潛熱的釋放，其次降低結晶界面處熔體內軸向溫度梯度。

一種帶水冷套的直拉式硅單晶生長爐，其是在熱屏上方與單晶棒提升區間增加了水冷套裝置，主要特點是加快晶體向水冷套的散熱，提升拉速。其不足在于：水冷套材質為不銹鋼，其吸收系數為0.18-0.45間，不利于對晶體輻射熱量的吸收，大大降低了水冷套的散熱效果。

發明內容

本發明創造要解決的問題是提供一種可增加低溫區(如水冷套和爐蓋內壁)對硅晶體輻射熱和導流筒輻射熱的吸收作用的熱場結構。

為解決上述技術問題，本發明創造采用的技術方案是：一種快速提高直拉硅單晶生長速度的熱場結構，包括爐體、爐蓋、位于爐體內部的坩堝、位于爐體內且位于坩堝外的加熱裝置、位于爐體內且位于加熱裝置外的保溫裝置、位于保溫裝置內部且位于坩堝上部的導流筒和位于導流筒內部且位于坩堝上方的單晶棒提升區域，還包括水冷套和水冷套外吸收層，所述水冷套為空心圓柱形結構，所述水冷套設置在導流筒和單晶棒提升區域之間，所述水冷套外吸收層與水冷套緊密貼合。

優選地，所述水冷套外吸收層還包括內吸收層和外吸收層，所述內吸收層和外吸收層均為筒狀結構，所述內吸收層與水冷套內壁緊密貼合，所述外吸收層與水冷套外壁緊密貼合。

優選地，所述內吸收層和外吸收層一體成型，且底部封閉連接。

優選地，還包括爐蓋內吸收層，所述爐蓋內吸收層與爐蓋內壁緊密貼合。

優選地，所述水冷套外吸收層和爐蓋內吸收層均為高吸收系數材料。

本發明創造具有的優點和積極效果是：本發明創造一方面降低導流筒的表面溫度，增加導流筒對硅晶體輻射熱的吸收能力，加快晶體的散熱；另一方面增加水冷套外吸收層對硅晶體和導流筒輻射熱量的吸收，增加硅晶體的溫度梯度，加快單晶結晶潛熱的釋放，進而迅速有效的提高拉速、改善品質，同時降低功耗、提高效率、節約成本。

附圖說明

圖1是本發明創造結構示意圖；

圖2是圖1中局部結構放大圖；

圖3是內吸收層和外吸收層分別與水冷套內、外壁緊密貼合結構正視圖；

圖4是內吸收層和外吸收層分別與水冷套內、外壁緊密貼合結構俯視圖；

圖5是本發明創造吸熱效果圖；

圖中：1-爐蓋，2-爐蓋內吸收層，3-水冷套，4-水冷套外吸收層，5-導流筒，6-單晶棒提升區域，7-內吸收層，8-外吸收層，9-坩堝，10-加熱裝置，11-保溫裝置。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明創造的具體實施例做詳細說明。

第一實施例：

如圖1所示，一種快速提高直拉硅單晶生長速度的熱場結構，包括爐體、爐蓋1、位于爐體內部的坩堝9、位于爐體內且位于坩堝9外的加熱裝置10、位于爐體內且位于加熱裝置10外的保溫裝置11、位于保溫裝置11內部且位于坩堝9上部的導流筒5和位于導流筒5內部且位于坩堝9上方的單晶棒提升區域6，還包括水冷套3和水冷套外吸收層4，所述水冷套3為空心圓柱形結構，所述水冷套3設置在導流筒5和單晶棒提升區域6之間，所述水冷套可以直接固定在爐體內壁上也可以通過支架固定在爐體內壁上，通常由本領域技術人員根據實際生產情況設計。在上述常規直拉單晶爐內，單獨增加水冷套外吸收層4，此水冷套外吸收層4包括內吸收層7和外吸收層8，所述內吸收層7與水冷套3內壁緊密貼合，所述外吸收層8與水冷套3外壁緊密貼合。這里內吸收層7和外吸收層8也可以設計為一體式結構，且底部封閉連接。其中吸收層材料為吸收系數0.8以上的高純石墨材料。通過計算機模擬計算硅晶體表面溫度可降低16度左右，最大溫差處可降低26度，同時導流筒內壁溫度最大降低26度左右，能夠實現快速增加晶體溫度梯度，加快晶體潛熱釋放，進而快速提高晶體生長速度。

第二實施例：

在如第一實施例中所述的常規直拉單晶爐內，單獨增加水冷套外吸收層4此水冷套外吸收層4采用高吸收系數涂層直接涂在水冷套3表面，其效果與第一實施例相似，增加了晶體溫度梯度，加快結晶潛熱的釋放，進而快速提升晶體生長速度。

第三實施例：