半导体级硅单晶炉底部加热器的制作方法

本发明涉及一种加热器，尤其是一种用于硅单晶炉的能够满足半导体级硅单晶生长所需梯度温度场条件的一种半导体级硅单晶炉底部的石墨加热器。

背景技术：

单晶硅是具有基本完整的点阵结构的晶体，是一种良好的半导体材料，纯度可达到99.9999999%以上，可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位，处于新材料发展的前沿。

半导体级硅单晶炉是单晶硅产业链中重要的晶体生长设备，由于半导体级硅单晶体是在高温的条件下缓慢生长而成的，需要良好的温度梯度控制以形成冷心，同时需要均匀稳定的温度场以实现单晶体的稳定生长，因此底部加热器的温度梯度可控基础至关重要。目前，硅单晶炉的底部加热器多采用菱形结构，设计简单，无法形成均匀稳定的温度场，同时材质力学性能及纯度较低，严重影响硅单晶的生产质量与效率。因此，传统的硅单晶炉底部加热器只适用于太阳能级硅单晶的生长，且晶体常因热场紊乱、污染等问题产生大量杂质，晶体纯度及成品率较低，严重影响高纯度硅单晶的生产效率。

如何提高单晶硅的纯度，提高单晶硅的生产效率一直是本领域密切关注的课题。在诸多方案中，通过提高石墨材质力学性能和纯度的方案未见诸报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有硅单晶炉的菱形底部加热器温度梯度的不可控性、温度场不均匀性、材质力学性能与纯度低，致使硅单晶生长成品率低、纯度底、质量不高等一系列问题，提供一种新型可靠的用于半导体级硅单晶生长的底部加热器。

本发明的目的是这样实现的：一种用于半导体级硅单晶炉的底部加热器，包括发热体、支撑柱、连接螺栓、支撑柱绝热子、垫片组成，其特征在于：

a)发热体为环形板状结构，环形板状的内环和外缘包络线为凸起的加强筋，发热体的两个支撑点对称设在环形板状结构的直径上的安装孔，将环形板状结构分割成对称的半环，两个半环中均设有与半径重叠的应力缓冲槽，应力缓冲槽包括由内环指向外缘的应力缓冲槽和由外缘指向内环的应力缓冲槽，它们均匀分布且相间设置，其中由内环指向外缘的应力缓冲槽末端设有应力圆孔：

b)与支撑点对应的支撑柱为空心圆柱结构，两端分别设有内螺纹，一端通过螺栓和垫片与发热体的安装孔连接，另一端通过螺栓和垫片与电极对接；

c)支撑柱内孔中部设有收紧止口，支撑柱绝热子分别装配于支撑柱内孔中且位于两端内螺纹之间，支撑柱绝热子由内部收紧止口咬合固定。

在本发明中：设在应力缓冲槽末端的应力圆孔与外环边缘之间设有均匀分布的吊装孔。

在本发明中：所述发热体的环形板状结构对称的半环的外缘分别含有两个管线避让缺口，它们对称分布在环形板状结构对应的半环上。

在本发明中：所述支撑柱的外壁上设有一段正四边形或正六边形的结构。

在本发明中：所述的发热体、支撑柱、连接螺栓均采用高强度等静压石墨制作；所属的支撑柱绝热子采用固化碳毡；所述垫片的材料为石墨纸。

在本发明中：所述的石墨、固化碳毡和石墨纸均须经高温纯化处理，其中石墨和石墨纸纯度要求为5ppm，固化碳毡纯度要求为20ppm。

在本发明中：所述发热体的工作电源为直流，直流电源的阳极和阴极分别通过支撑柱传递给发热体。

本发明的优点在于：由于加热体采用环形板状结构，尤其是仅在发热体的环形板状结构对称的半环的外缘分别含有两个管线避让缺口，它与传统的菱形底部加热器相比，增大发热面积，有利于提高温度场的均匀与稳定性，晶体成品率得以提高。由于在发热体内外环之间设置多道应力缓冲槽，由内环指向外缘的应力缓冲槽末端还设有应力圆孔，手动加热体的柔性得以提高，有助于抵抗高热负荷条件下的变形，延长加热器的使用寿命。由于支撑柱的外壁上设有一段正四边形或正六边形的结构，为发热体安装支撑柱时可以提供着力点。由于空心支撑柱中配有支撑柱绝热子，可以能有效起到绝热作用。由于加热器、支撑柱绝热子和垫片分别采用高纯度石墨、固化碳毡和石墨纸等材料，且要求石墨和石墨纸纯度要求为5ppm，固化碳毡纯度要求为20ppm，可以大大的减少炉内游离污染物对晶体生长过程中的污染，大大提高了晶体成品的纯度。由于发热体为环形板状结构，环形板状的内环和外缘包络线为凸起的加强筋，可以提高发热体的刚性，同时，设在应力缓冲槽末端的应力圆孔与外环边缘之间设有均匀分布的吊装孔，更利于安装，且可以防止安装过程中加热体受力不均匀导致其变形。由于发热体与支撑柱之间的螺栓配置了垫片，防止通电时在连接位置造成电流打火，同时在支撑柱底部也设置有垫片，以防与电极连接通电时打火。

附图说明

图1是本发明涉及实施例的基本结构示意图。中发热体的结构示意图；

图2是本发明涉及的发热体俯视图。

图3是图1的立体效果示意图。

图中：1、发热体，2、支撑柱，3、下垫片，4、上垫片，5、支撑柱绝热子，6、螺栓，7、加强筋，8、安装孔，9、应力缓冲槽，10、应力圆孔，11、吊装孔，12、管线避让缺口，13、正六边形。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明涉及的一种实施例的具体结构，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

由图1-图3可见，本发明包括发热体1、支撑柱2、螺栓6、支撑柱绝热子6、上垫片4和下垫片3组成，其中：

发热体1为环形板状结构，环形板状的内环和外缘包络线为凸起的加强筋7，发热体1的两个支撑点对称设在环形板状结构的直径上的安装孔8，将环形板状结构分割成对称的半环，两个半环中均设有与半径重叠的应力缓冲槽9，应力缓冲槽9包括由内环指向外缘的应力缓冲槽和由外缘指向内环的应力缓冲槽，它们均匀分布且相间设置，其中由内环指向外缘的应力缓冲槽末端设有应力圆孔10：

与支撑点8对应的支撑柱2为空心圆柱结构，两端分别设有内螺纹，一端通过螺栓6和上垫片4与发热体1的安装孔8连接，另一端通过螺栓和下垫片3与电极对接。

支撑柱2内孔中部设有收紧止口，支撑柱绝热子5分别装配于支撑柱2内孔中且位于两端内螺纹之间，支撑柱绝热子5由内部收紧止口咬合固定。

在本实施例中：设在应力缓冲槽9末端的应力圆孔10与外环边缘之间设有均匀分布的吊装孔11。

在本实施例中：所述发热体的环形板状结构对称的半环的外缘分别含有两个管线避让缺口12，它们对称分布在环形板状结构对应的半环上。

在本实施例中：所述支撑柱1的外壁上设有一段正四边形或正六边形13的结构。

具体实施时，所述的发热体1、支撑柱2、螺栓6均采用高强度等静压石墨制作；所属的支撑柱绝热子5采用固化碳毡；所述上垫片4和下垫片3的材料为石墨纸。所述的高强度等静压石墨、固化碳毡和石墨纸均须经高温纯化处理，其中高强度等静压石墨和石墨纸纯度要求为5ppm，固化碳毡纯度要求为20ppm。

工作中：所述发热体1的工作电源为直流，直流电源的阳极和阴极分别通过支撑柱2传递给发热体1。