晶体生长炉的底部冷却部件及晶体生长炉的制作方法

本实用新型涉及晶体生长设备领域，尤其是涉及一种晶体生长炉的底部冷却部件及晶体生长炉。

背景技术：

类单晶的生长铸锭炉的底部设置一个水冷铜盘，主要作用为带走底部热量，让晶体生长定向凝固。晶体生长界面的控制是非常关键的，目前热场结构采用底部和侧部散热的方式进行底部散热，已有的生长炉的水冷铜盘下面盘踞水管，水管内水流带走底部热量，这是底部水冷铜盘的基本散热结构，水冷铜盘中只有一组进出水管套，整个铜盘的热量分布是固定的，造成最终晶体的生长的高度不一致，而且对工艺控制是一个固定量，在工艺控制中并不能起到一个控制量的作用。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种晶体生长炉的底部冷却部件及晶体生长炉，该底部冷却部件能够使底部不同区域温度不同，从而时晶体生长高度更一致。

根据本实用新型第一方面实施例的晶体生长炉的底部冷却部件包括：底盘和冷却组件，所述底盘采用导热金属；所述冷却组件包括多个水冷管套，多个所述水冷管套固定在所述底盘的底端，多个所述水冷管套自所述底盘的中部向外依次分布且呈同心排布，每个所述水冷管套均具有进水口和出水口，多个水冷管套各自独立，每个所述水冷管套的流量和流速中的至少一个被构造成可调节。

由此，将水冷铜盘的下表面镶嵌的水管改为多个水冷管套，而且多个水冷管套由中心到边部依次分布，调控每组管套的水流量可以有效控制不同区域热量的分布，从而对长晶界面有明显的作用，w型界面也可以通过底部水冷盘的温度分布得到解决；而且使得底部热量分布更加可控，可以实现更多的界面形状，拓宽工艺窗口，为工艺实现提供更多的可能。此外，底部冷却部件还具有结构简单、安装成本低廉、安装方便的优点。

在一些实施例中，每个所述水冷管套的进水口设有调节阀，所述调节阀用于控制所述水冷管道的流量和/或流速。

在一些实施例中，还包括控制阀组，多个所述水冷管套连接到同一个控制阀组。

在一些实施例中，所述控制阀组包括主流路以及多个支路，每个所述支路设有与相应水冷管套连接的流量控制阀。

在一些实施例中，所述水冷管套的数量≥3，靠近内侧的相邻水冷管套之间的间隔大于靠近外侧的相邻水冷管套之间的间隔。

在一些实施例中，每个所述水冷管套均包括依次连接的第一至第四管段，第一管段与第三管段平行，第二管段与第四管段平行，第一管段与第二管段相互垂直，第四管段的尾端与第一管段的首端间隔开，所述进水口位于所述第一管段的首端，所述出水口位于第四管段的尾端。

在一些实施例中，各个水冷管套的管段布置位置相一致。

在一些实施例中，最内圈以及最外圈的所述水冷管套的内径小于夹在两者之间的水冷管套的内径。

根据本实用新型第二方面实施例的晶体生长炉包括：炉体、底部冷却部件、侧部冷却部件，所述底部冷却部件设于所述炉体的底部；所述侧部冷却部件位于所述炉体的侧部。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是已有的生长炉的热量散失方向示意图。

图2是已有的生长炉的长晶界面的分布示意图。

图3是根据本实用新型实施例的晶体生长炉的底部冷却部件。

附图标记：

晶体生长炉200’，底部散热201’，侧部散热202’，

底部冷却部件100，

底盘10，水冷管套20，进水口m、出水口n。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。

参见如图1所示，已有的类晶体在晶体生长炉200’内的生长界面较易形成一个w型的界面，w型界面的形成是由于底部散热201’和侧部散热202’两方面散热形成的，侧部散热主要是为了控制长晶界面，底部散热主要目的是为了提供生长动力。

具体而言，通过图1所示的模拟图可以看出底部散热的大部分热量是垂直向下传递的，而且中心区域热量散失较多，因此中心区域长晶速度较快，因此中心区域晶体高度较高，边部热量散失较少，同时因为有侧部加热器的作用，使得边部热量散失较少，边部长晶速度偏慢，因此长晶高度较低，但是同时由于最边部侧部散热程度加大，在最边部长晶速度有所提升，此使晶体高度又提升上来，参见图2所示。因此，结合在一起就是形成了中间高、往边缘逐渐降低、到最边部又开始升高的界面形状，因此左右两侧结合起来就成了一个w型的界面。

综上，形成w型界面的主要原因在于侧部和底部散热的耦合散热形成，侧部和底部两方面的散热容易产生一个耦合交叉点，也就是造成w型长晶界面的根本原因。

为了解决这一问题，本实用新型设计一种底部冷却部件，对底部冷却部件进行改进，使其不仅能够起到底部散热的目的，通过结构的设计使其还具有控制界面的能力。

下面参考图3描述根据本实用新型实施例的晶体生长炉的底部冷却部件100。

根据本实用新型第一方面实施例的晶体生长炉的底部冷却部件100包括：底盘10和冷却组件。

底盘10采用导热金属。比如，可以选择铜，铜的导热性较好，此时底盘10为铜盘。

冷却组件包括多个水冷管套20，多个水冷管套20固定在底盘10的底端，多个水冷管套20自底盘10的中部向外依次分布且呈同心排布，每个水冷管套20均具有进水口m和出水口n，多个水冷管套20各自独立，每个水冷管套20的流量和流速中的至少一个被构造成可调节。

由此，将水冷铜盘的下表面镶嵌的水管改为多个水冷管套20，而且多个水冷管套20由中心到边部依次分布，调控每组管套的水流量可以有效控制不同区域热量的分布，从而对长晶界面有明显的作用，w型界面也可以通过底部水冷盘的温度分布得到解决；而且使得底部热量分布更加可控，可以实现更多的界面形状，拓宽工艺窗口，为工艺实现提供更多的可能。此外，底部冷却部件100还具有结构简单、安装成本低廉、安装方便的优点。

在一些实施例中，每个水冷管套20的进水口m设有调节阀(图中未示出)，调节阀用于控制水冷管道的流量和/或流速。

举例而言，将水冷铜盘的水流管道由一组分为独立的多组，由内而外一环套一环的方式分布，每一环套配备一个进水口m，一个出水口n，每环的水流速度可以通过调节阀独立控制，如果想让中心生长慢一点，就可以减慢中心环的水流速度，从而降低中心区域的热量散失，因此不同区域的热量散失情况可以通过不同区域水流速度来控制。

这样，调节阀能够控制水冷管道的流量和流速中的至少一个参数，以使各个水冷管道的冷却速度和散热效率差异化，而且直接在进水口m设置调节阀，通过炉体的控制器就能实现对调节阀的开度的自动控制。

在一些实施例中，还包括控制阀组(图中未示出)，多个水冷管套20连接到同一个控制阀组。这样，整个冷却部件的集成度更高，更加模块化。

进一步地，控制阀组包括主流路以及多个支路，每个支路设有与相应水冷管套20连接的流量控制阀。由此，水或者其他冷媒经主流路流向各个支路，并经支路流向各个水冷管套20，流量控制阀能够控制经支路流向水冷管套20的液体的流量/流速，方便组装和批量生产。

在一些实施例中，水冷管套20的数量≥3，靠近内侧的相邻水冷管套20之间的间隔大于靠近外侧的相邻水冷管套20之间的间隔。参见图3所示，水冷管套20分为三组，水冷管套20a、20b之间的间隔大于水冷管套20b、20c之间的间隔。由此，由于靠近中心的散热面积小，越靠外辐射的面积越大，使外侧的水冷管间隔变小，能够改善底盘10靠近边沿区域的晶体的散热，使该区域的晶体生长情况得到改善。

在一些实施例中，每个水冷管套20均包括依次连接的第一至第四管段，第一管段与第三管段平行，第二管段与第四管段平行，第一管段与第二管段相互垂直，第四管段的尾端与第一管段的首端间隔开，进水口m位于第一管段的首端，出水口n位于第四管段的尾端。由此，每个水冷管呈大体环形分布，使冷却组件对底盘10各个区域的散热更均匀。

在一些实施例中，各个水冷管套20的管段布置位置相一致。这样，各个水冷管段的进水口m呈线性分布，出水口n呈线性分布，使调节阀或者控制阀的布置更集中、紧凑。

在一些实施例中，最内圈以及最外圈的水冷管套20的内径小于夹在两者之间的水冷管套20的内径。由此，通过对管径做差异化处理，使夹在中间的水冷管套20的散热效果更好，从而改善了w型界面。

根据本实用新型第二方面实施例的晶体生长炉包括：炉体、底部冷却部件100、侧部冷却部件，底部冷却部件100设于炉体的底部；侧部冷却部件位于炉体的侧部。

由此，一方面使得散热大多从底部走，减弱侧部散热的能力，从而可以有效减轻w型界面的形成；另一方面，让水冷铜盘参与到工艺控制过程中，通过控制不同位置水流管套的流量速度来控制不同区域带走的热量，使得水冷铜盘的不同区域温度分布成为一个可控因素，为工艺配方的控制增加了一个维度变量，拓宽了工艺控制窗口。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。