一种直拉单晶炉热场结构的制作方法

1.本实用新型属于晶体制备技术领域，具体涉及一种直拉单晶炉热场结构。


背景技术：

2.现有技术单晶炉是一种在惰性气体(氮气、氦气为主)环境中，用石墨加热器将多晶硅材料熔化，用直拉法生长无错位单晶的设备。多晶体硅料经加热熔化，待硅料全熔化完全后，经过籽晶浸入、熔接，引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶棒的拉制。目前，单晶拉制过程中，加热器的上沿到导流筒的下沿的高度h，对拉制单晶影响很大，会影响单晶的成品率。在籽晶浸入前，会将导流筒随着水冷屏一起下降，当下降到一定高度后，无法继续下降。可见，一旦热场设计完后，这个加热器的上沿到导流筒的下沿的高度是固定的，不利于后续的工艺和热场优化，影响单晶的成品率。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本实用新型提出一种直拉单晶炉热场结构，能够不断改变导流筒下沿与加热器上沿之间的距离，最终找到匹配热场的最优高度，利于后续的工艺和热场优化，提高单晶的成品率。
4.为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：
5.一种直拉单晶炉热场结构，包括：
6.单晶炉体；
7.保温桶，设于所述单晶炉体内，设有缺口，所述缺口用于加料和供单晶棒进出；
8.水冷屏，设于所述保温桶内；
9.导流筒，设于所述保温桶内，且与所述水冷屏相连；
10.导流筒盖板，覆盖在所述导流筒的端部，呈环形状；
11.保温桶盖板，覆盖在所述保温桶上的缺口处，其与所述导流筒盖板之间存在3-15mm的空隙；
12.碳碳支撑环，位于所述保温桶内，与所述保温桶盖板贴合，且二者靠近导流筒的端部平齐；
13.水冷屏提升装置，与所述导流筒盖板相连；
14.加热器，设于所述保温桶内，且位于导流筒下方，其上沿与导流筒下沿之间的高度差为可变值。
15.可选地，所述碳碳支撑环还与保温桶内壁贴合。
16.可选地，所述保温桶内还设有坩埚和碳碳埚邦，所述碳碳埚邦包裹在坩埚的外壁上。
17.可选地，所述坩埚为石英坩埚。
18.可选地，所述加热器位于碳碳埚邦的外侧。
19.可选地，当所述水冷屏提升装置带动所述导流筒和水冷屏运动时，所述导流筒盖
板的下边沿的运动范围包括碳碳支撑环下边沿的上方至下方。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
21.本实用新型提出一种直拉单晶炉热场结构，能够不断改变导流筒下沿与加热器上沿之间的距离，最终找到匹配热场的最优高度，利于后续的工艺和热场优化，提高单晶的成品率。
附图说明
22.为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
23.图1为本实用新型一种实施例的直拉单晶炉热场结构的结构示意图；
24.图2为图1中a处的放大示意图
25.其中：1-单晶炉体，2-水冷屏，3-导流筒，4-坩埚，5-碳碳埚邦，6-加热器，7-保温桶，8-碳碳支撑环，9-保温桶盖板，10-水冷屏提升装置，11-导流筒盖板。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型的保护范围。
27.在本实用新型专利的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”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专利和简化描述，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专利的限制。
28.在本实用新型专利的描述中，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.下面结合附图对本实用新型的应用原理作详细的描述。
30.如图1-2所示，本实用新型提供了一种直拉单晶炉热场结构，包括：
31.单晶炉体1；
32.保温桶7，设于所述单晶炉体1内，设有缺口，该缺口与单晶炉体1的入料口位置相对应，实现入料至位于保温桶7内的坩埚4，以及供单晶棒进出；
33.水冷屏2，设于所述保温桶7内；
34.导流筒3，设于所述保温桶7内，且与所述水冷屏2相连；
35.导流筒盖板11，覆盖在所述导流筒3的端部，呈环形状；
36.保温桶盖板9，覆盖在所述保温桶7上的缺口处，其与所述导流筒盖板11之间存在3-15mm的空隙，以实现导流筒可以上下移动，实现加热器上沿与导流筒下沿之间的高度差为可变值；
37.碳碳支撑环8，位于所述保温桶7内，与所述保温桶盖板9贴合，且二者靠近导流筒3
的端部平齐；在实际应用过程中，所述碳碳支撑环8还与保温桶7内壁贴合；
38.水冷屏提升装置10，与所述导流筒盖板11相连；所述水冷屏提升装置10的结构为现有技术，市面上可以直接采购获得，只要能够实现当所述水冷屏提升装置10带动所述导流筒3和水冷屏2运动时，所述导流筒盖板11上边沿的运动范围包括碳碳支撑环8下边沿的上方至下方即可；
39.加热器6，设于所述保温桶7内，且位于导流筒3下方，其上沿与导流筒3下沿之间的高度差为可变值，即当水冷屏提升装置10带动所述导流筒3和水冷屏2运动时，会不断改变加热器6上沿与导流筒3下沿之间的高度，以满足不同的生产需求，提高产品质量。
40.在本实用新型的一种具体实施例中，所述保温桶7内还设有坩埚4和碳碳埚邦5，所述碳碳埚邦5包裹在坩埚4的外壁上。所述坩埚4可以选用石英坩埚4；所述加热器6位于碳碳埚邦5的外侧。
41.本实用新型的直拉单晶炉热场结构的工作原理具体为：
42.(1)启动水冷屏提升装置10；
43.(2)利用水冷屏提升装置10，控制导流筒3带动水冷屏2在保温桶7内做垂直向上或向下运动，直至加热器6上沿与导流筒3下沿之间的高度差满足试验要求；在导流筒3的运动过程中，所述导流筒盖板11上边沿的运动范围包括碳碳支撑环8下边沿的上方至下方，加热器6的上沿与导流筒3下沿之间的高度差为可变值，具体地：
44.在等径前期和中期步骤，为了提升晶体拉速，会不断的降低加热器6的功率来提高固液界面的温度梯度。但是到等径中后期，由于功率相对低，坩埚中的硅液少，易出现固液界面的温度梯度大，导致晶棒扭曲断棱等情况。基于本实用新型的直拉单晶炉热场结构，可以在等径前期和中期步骤，控制水冷屏提升装置10，提升速率按每小时1-10mm/h来提升，使得导流筒3深入加热器6的高度h减少，从而实现固液界面的温度梯度的提高，达到提升晶体拉速，实现提高单位时间产出的目的。但是在等径中后期，通过以每小时1-10mm的速率来下降导流筒3，使得导流筒3深入加热器6的高度增加，从而实现固液界面温度梯度的降低，晶体的拉速下降，晶棒不易出现扭曲断棱的情况。
45.第1阶段，引晶、放肩阶段，晶棒的纵向温度梯度越小，越有利于晶棒引晶、放肩成活率。第2阶段，等径前期和中期，为了提高生长拉速，须增大晶棒的纵向温度梯度，所以提升导流筒，使得导流筒3深入加热器6的高度h减少。第3阶段，等径中后期，由于硅液变少，易出现固液界面的温度梯度大，导致晶棒扭曲断棱等情况。所以下降导流筒3，增大h的高度，减少晶棒的纵向温度梯度，晶棒不易扭曲。
46.综上可见，本实用新型具备以下有益效果：
47.在籽晶浸入、熔接，引晶、放肩、转肩等步骤时，水冷屏提升装置10控制水冷屏2，带动导流筒3，使得导流筒盖板11的上端面与保温桶盖板9的上端面平齐。倘若出现引晶、放肩总出现断棱情况，则可将水冷屏提升装置10继续下降5mm-40mm，通过改变导流筒3深入加热器6的高度来改变温度梯度，从而找到易于成晶不易出现断棱的温度梯度。
48.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型
要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。