一种单晶炉热场的降氧装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种单晶炉热场的降氧装置，属于单晶硅拉制技术领域。


背景技术：

2.单晶硅拉制过程中，氧原子对单晶硅棒的勺子寿命及后续组件发电量的衰减起到了决定因素。其主要来源是石英坩埚（sio2）在高温下析出，扩散进入硅液。坩埚温度越高反应越强，氧原子扩散进入硅溶液的数量越大，同时进入硅溶液的杂质也同步增加。目前降氧方式主要是通过缩短侧加热器高度来降低坩埚高温面积的方式，但这种方式产生的热源仍会向坩埚底部进行辐射，无法有效保证设备的工作效率，此外缩短加热器高度就需要增加相应的加热器的负荷，整体经济效益较差。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种单晶炉热场的降氧装置，用于在单晶硅的拉制过程中将热量集中在以固液界面为主的热场核心位置，既可有效保障设备工作效率又可有效提升产品品质，提高了设备的经济效益。
4.为实现上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：
5.一方面，本实用新型提供的一种单晶炉热场的降氧装置，包括炉体、设于炉体内部的保温系统、设于保温系统内部的坩埚、设于保温系统内且布设在坩埚外围的侧加热器；
6.还包括隔热保温环，所述隔热保温环位于侧加热器的下方、内外径分别靠近坩埚外壁和保温系统的内壁，所述侧加热器的底部可拆卸安装有不少于两个的支撑腿，每个所述支撑腿上均设置有定位凸块，所述隔热保温环通过若干定位凸块放置在所述支撑腿上。
7.具体的，所述隔热保温环上开设有若干个通孔，所述隔热保温环通过通孔穿接在若干支撑腿上。
8.具体的，还包括两个碳层支撑环，两个所述碳层支撑环分别设于隔热保温环的上、下两侧，两个所述碳层支撑环之间连设有环面支撑板，所述环面支撑板用于支撑碳层支撑环间距并包覆隔热保温环的内圈环面。
9.具体的，所述碳层支撑环的内径为800-1600mm，环宽为200-450mm，厚度为10-50mm。
10.具体的，所述隔热保温环的内径为900-1800mm，环宽为150-350mm，厚度为100-300mm。
11.另一方面，本实用新型提供的一种单晶炉热场的降氧装置，所述支撑腿的个数为两个，两个所述支撑腿用于为侧加热器进行供电，两个所述支撑腿上均穿设有氮化硅垫片，所述氮化硅垫片垫设在隔热保温环的底部。
12.具体的，所述氮化硅垫片插口的长宽分别为100-300mm、30-100mm，所述氮化硅垫片的厚度为5-20mm。
13.与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：
14.1、本实用新型通过在侧加热器的下方、坩埚的周侧设置用于阻挡热量辐射的隔热保温环，使单晶炉热场中的热量可以集中在以固液界面为主的热场核心位置，既可降低设备的运行功率又可减弱坩埚底部氧原子的析出，可进一步提升产品质量，有效提升设备使用时的经济效益；
15.2、本实用新型通过使用碳层支撑环和环面支撑板用于防止隔热保温环的高温腐蚀，可有效保障隔热保温环的运行稳定性，延长隔热保温环的使用寿命。
附图说明
16.图1是现有单晶硅拉制过程中装置整体结构示意图；
17.图2是本实用新型实施例提供的一种单晶硅拉制装置整体结构示意图；
18.图3是本实用新型实施例提供的一种保温结构装解图；
19.图4是现有单晶硅拉制工艺热场分布及功耗示意图；
20.图5是本实用新型单晶硅拉制工艺热场分布及功耗示意图；
21.图6是现有单晶硅拉制工艺坩埚底部热量分布图；
22.图7是本实用新型单晶硅拉制工艺坩埚底部热量分布图；
23.图8是现有单晶硅拉制工艺坩埚内硅溶液氧原子含量分布图；
24.图9是本实用新型单晶硅拉制工艺坩埚内硅溶液氧原子含量分布图；
25.附图标记：1、炉体；2、上保系统；3、中保系统；4、下保系统；5、埚帮；6、坩埚；7、水冷系统；8、导流筒；9、侧加热器；10、坩埚支撑轴；11、底保系统；12、底部加热器；13、支撑腿；14、隔热保温环；15、氮化硅垫片；16、碳层支撑环。
具体实施方式
26.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、
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底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.实施例一：
30.本实用新型实施例提供的一种单晶炉热场的降氧装置，用于在单晶硅的拉制过程中将热量集中在以固液界面为主的热场核心位置，既可有效保障设备工作效率又可有效提升产品品质，提高了设备的经济效益，为实现上述装置功能，这里设置装置至少包括炉体1、
设于炉体1内部的保温系统、设于保温系统内部的坩埚6、设于保温系统内且布设在坩埚6外围的侧加热器9，具体可参照图1所示以现有传统方式的设计对上述结构进行布设，其中保温系统包括上保系统2、中保系统3、下保系统4和底保系统11；坩埚6外侧为埚帮5；在坩埚6底部设置坩埚支撑轴10用于保证坩埚6的位置；水冷系统7和导流筒8用于稳定单晶硅的定型；底部加热器12可根据实际使用需求进行设定。其中，装置至少应当还包括隔热保温环14，通过利用隔热保温环14将热源集中在坩埚6上的固液界面，以提升产品的实际使用效果，具体的，这里的隔热保温环14设于侧加热器9的下方，其内外径分别靠近坩埚6外壁和保温系统的内壁（可参照图2所示），为实现对隔热保温环14的固定，这里在侧加热器9的侧边可拆卸安装有不少于两个的支撑腿13，并在每个支撑腿13上均设置有定位凸块，此时将隔热保温环14通过若干定位凸块放置在支撑腿13上即可。这里以图2所示结构为例进行说明，通过此种设置方式，隔热保温环14将侧加热器9产生的热量尽可能地限制在保温系统内壁的隔热保温环14的上方，此时热源集中在以固液界面为主的热场核心位置，可有效降低热损耗提升设备的工作效率，使装置整体更为节能（可参照图4和图5所示，左侧为热源分布，右侧圈出为相关功率），此外，由于此时的隔热保温环14的内径靠近坩埚6的外缘，因此可有效降低热量对坩埚6底部的辐射，降低坩埚6底部的温度，由于硅液中的含氧量主要靠由坩埚6析出（坩埚6成分为sio2，高温下析出氧原子），因此坩埚6底部温度的降低可有效降低硅液中的含氧量，减弱化学反应的同时有利于防止其他杂质进入硅溶液而导致硅产品纯度的降低，有利于保障成品的质量提升装置的经济效益（其中氧原子浓度可参照图8、图9所示，数据中氧原子浓度约降低了2个ppma）。装置在实验使用过程中，坩埚6底部温度可以降低15-16摄氏度，坩埚6的使用寿命从450小时提升至500小时以上。
31.本实用新型实施例提供的一种单晶炉热场的降氧装置，为进一步提升隔热保温环14的稳定固定效果，这里可在隔热保温环14上开设有若干个通孔，此时将隔热保温环14通过通孔穿接在若干支撑腿13上，既可有效防止隔热保温环14的脱落又可保证隔热保温环14良好的定位位置。
32.本实用新型实施例提供的一种单晶炉热场的降氧装置，具体提供了一种用于延长隔热保温环14使用寿命的措施，具体的，这里设置装置还包括两个碳层支撑环16，将两个碳层支撑环16分别置于隔热保温环14的上、下两侧，两个碳层支撑环6之间连设有环面支撑板，环面支撑板用于支撑碳层支撑环14间距并包覆隔热保温环14的内圈环面，通过在隔热保温环14两侧以及内圈形成碳层结构保护，以避免长期高温下高温腐蚀对隔热保温环14结构的影响，并以此延长设备的使用寿命。
33.本实用新型实施例提供的一种单晶炉热场的降氧装置，根据装置实际使用需求对碳层支撑环16尺寸进行限定，具体的，碳层支撑环16的内径为800-1600mm，在环宽为200-450mm，厚度为10-50mm。
34.本实用新型实施例提供的一种单晶炉热场的降氧装置，根据装置的实际使用需求对隔热保温环14的尺寸进行限定，设置隔热保温环14的内径为900-1800mm，环宽为150-350mm，厚度为100-300mm，其中，碳层支撑环16应当完全覆盖隔热保温环14的环面。
35.实施例二：
36.本实用新型实施例提供的一种单晶炉热场的降氧装置，考虑到现有装置工艺在侧加热器9的侧边自设定两个用于供电的加热脚，因此，这里可设置支撑腿13的个数为两个
（为原加热脚），此时的两个支撑腿13用于为侧加热器9进行供电，本实施例利用对原加热脚的改进简化对装置整体的改进，其与实施例一的不同之处在于具有良好的经济效益，对装置的调整更为简便，关于支撑腿13的规格，考虑到隔热保温环14的需求，可设置其高度在200-900mm之间，宽度100-300mm之间，厚度在10-40mm之间。为防止隔热保温环14导电给装置带来运行风险，这里在两个支撑腿13的定位凸块上均穿设有氮化硅垫片15，此时将氮化硅垫片15垫设在隔热保温环14的底部（也可为相应碳层支撑环16的底部），利用高阻实现支撑腿13与隔热保温环14之间的绝缘。
37.本实用新型实施例提供的一种单晶炉热场的降氧装置，具体根据实际使用需求对氮化硅垫片15的规格进行限定，具体的，这里可设置氮化硅垫片15上插口的长宽分别为100-300mm、30-100mm（此处设为方形孔可便于套接在支撑腿13上），氮化硅垫片15的厚度采用在5-20mm之间为宜。
38.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。