[發(fā)明專利]用于直拉單晶爐熱場的三相交流加熱器及使用方法

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• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111172584A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設計）人: 沈益軍;潘金平;肖世豪;周永前;饒偉星;高海軍;楊國梁;陳洪;蘇文霞;徐斌
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江海納半導體有限公司
• 主分類號: C30B15/14
• 分類號: C30B15/14;C30B29/06;C30B30/04
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發(fā)明公開了一種用于直拉單晶爐熱場的三相交流加熱器，包括分別位于正三角形3個端點的三個加熱器腳；三個加熱器葉片組件圍合形成一個圓筒，相鄰的加熱器葉片組件之間設有間隙Ⅰ；所述三個加熱器腳位于圓筒的內(nèi)表面的底部；在2個相鄰的加熱器葉片組件之間設置一個加熱器腳。本發(fā)明還同時公開了該三相交流加熱器的使用方法。本發(fā)明利用三相交流加熱器形成內(nèi)部磁場，不僅起到橫向磁場和旋轉(zhuǎn)磁場的作用，而且節(jié)省了外置磁場設備的造價及運維費用，大大降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及直拉單晶爐熱場技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于直拉單晶爐熱場的三相交流加熱器及使用方法。

背景技術(shù)

直拉單晶爐是在惰性氣體(氬氣為主)環(huán)境中，使用加熱器將多晶硅等多晶材料熔化，并采用直拉法生長無位錯單晶的設備。加熱器是單晶爐熱場的核心部件，提供多晶熔化長晶的熱能，目前使用最多的加熱器是圓筒鳥籠狀石墨加熱器，底部一般有兩個或四個連接電極的腳，圖1所示為兩個腳的石墨加熱器。單晶爐的供電電源通常為低壓大電流的直流電源，一般要求電源的輸出功率在0～180KW，輸出電壓在0～60V范圍內(nèi)可調(diào)，輸出電流在0～3000A范圍內(nèi)可調(diào)，電源的正負電極連接加熱器腳，提供電能轉(zhuǎn)換為熱能。

采用傳統(tǒng)的用直拉法生長晶體時，采用以加熱器圍繞坩堝外部的加熱方式，坩堝中熔體由于溫度場的非均勻性，存在溫度梯度產(chǎn)生的熔體熱對流，熔體易出現(xiàn)渦流，晶體-熔體界面形狀、溫度梯度以及雜質(zhì)濃度分布的均勻性難于控制，不易達到點缺陷的平衡。

所以，為了使直拉單晶的雜質(zhì)分布以及與雜質(zhì)有關(guān)的材料特性得到比較全面改善，在晶體生長時向熔體空間引入外加磁場，導電熔體在磁場中運動(對流)時要受到洛倫茲力的阻滯，該方法即為磁場直拉單晶技術(shù)。目前最常用的為橫向磁場，圖2為橫向磁場、磁力線方向和熔體對流方向示意圖，將單晶爐配置在橫向磁場的兩個磁極之間，讓磁力線平行橫穿單晶爐內(nèi)的硅單晶熔體，即磁力線與熔體的液面平行，磁力線穿過爐體，形成一個磁通路，便形成橫向磁場。熔體上下對流方向與磁力線方向成一定的角度，當磁感應強度達到一定大小后，一切宏觀對流均因受到洛倫茲力的作用而被阻滯。

單晶爐磁場分為電磁場和永磁場兩種。橫向電磁場裝置是由兩個完全相同的獨立螺旋管直流線圈、鐵芯、磁回路、集水器、分水器、磁場橫向和縱向調(diào)節(jié)及連接機構(gòu)、冷卻供水系統(tǒng)、多路水溫循環(huán)檢測和顯示報警系統(tǒng)、雙路大功率直流電源以及其它附件構(gòu)成。橫向永磁場由分別固定在軛板上的兩個磁系構(gòu)成，兩軛板經(jīng)導磁板連接在一起，軛板固定在立柱上，兩磁系相對，與軛板、導磁板形成半圍形狀，磁系由多個緊密排列的永磁體構(gòu)成。不管是電磁場還是永磁場，它們的設計都比較復雜，造價也非常昂貴。

單晶爐的供電電源通常為直流電源，電源系統(tǒng)采用模塊化設計、組合式結(jié)構(gòu)，由交流輸入、變壓器、整流器、濾波電路、穩(wěn)壓器、直流輸出等部分組成，如圖3所示。整流器是一個整流裝置，就是將交流(AC)轉(zhuǎn)化為直流(DC)的裝置，經(jīng)濾波電路后供給負載。此供電電源設計比較復雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于直拉單晶爐熱場的三相交流加熱器及使用方法，從而實現(xiàn)用裝置對單晶爐內(nèi)坩堝加熱的同時引入外部磁場，從而提高生長晶體的雜質(zhì)分布均勻性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于直拉單晶爐熱場的三相交流加熱器，包括分別位于正三角形3個端點的三個加熱器腳，

三個加熱器葉片組件圍合形成一個圓筒，相鄰的加熱器葉片組件之間設有間隙Ⅰ；所述三個加熱器腳位于圓筒的內(nèi)表面的底部；在2個相鄰的加熱器葉片組件之間設置一個加熱器腳；

每個加熱器葉片組件由相互對稱的加熱器葉片Ⅰ和加熱器葉片Ⅱ組成；加熱器葉片Ⅰ和加熱器葉片Ⅱ之間設有間隙Ⅱ，加熱器葉片Ⅰ和加熱器葉片Ⅱ的頂部相連，加熱器葉片Ⅰ的底部與一個加熱器腳相連，加熱器葉片Ⅱ的底部與另一個加熱器腳相連。