一种新型长晶炉加热装置的制作方法

本发明属于长晶炉，具体涉及一种新型长晶炉加热装置。

背景技术：

1、长晶炉在对单晶硅进行制作过程中，是将多晶硅料置于坩埚内，并将硅料在约1416℃的温度熔化为液态硅后，将具预定结晶取向的硅晶种下降以接触液态硅的表面，在适当的温度控制下，液态硅在硅晶种上形成具有与所述硅晶种所具预定结晶取向的单晶，接着旋转并慢慢提拉硅晶种及坩埚，以在硅晶种下方形成硅晶棒；

2、现有技术中，公开号：cn219689939u的中国
技术实现要素：
，公开了一种晶体生长炉加热装置，包括固定柱，所述固定柱的外表面穿插设置有把手，所述把手的另一端固定连接有第一锥齿轮，固定柱的内部设置有限位槽，所述限位槽的内部滑动连接有限位块，所述限位块的上表面固定连接有活动柱，所述活动柱的内部螺纹连接有螺纹杆，所述螺纹杆的外表面固定连接有第二锥齿轮，启动小型电机，由于小型电机的输出端与连接柱固定连接，因此可带动连接柱转动，有连接柱与炉室固定连接，因此可带动炉室转动，同时通过加热板加热工作，通过副炉管防止炉室转动时发生偏移，从而实现生长炉的加热设备足够精准，使用起来简单方便，有效的均匀受热；

3、传统cz长晶加热装置，为了控制长晶时原料从液相迅速转变为固相且完美延长在籽晶上(不产生位错)，炉子内部的纵向温度梯度是关键，特别是固液界面的温度梯度控制最为关键，因此除了加热装置以外，每台长晶炉还需配备水冷夹套冷却系统，在持续的长晶过程中，与加热系统互补，使温度梯度受控，但整个过程能源消耗很大，一般在等晶过程中每台炉子消耗功率在30kw左右，而且一般会10％左右晶体还是会因为温度梯度控制不精确导致位错，晶棒报废。

4、为此，我们提出一种新型长晶炉加热装置来解决现有技术中存在的问题，通过加热装置两端横截面的改变，上端横截面积与下端横截面积逐步线型放大，自然在整体热辐射时产生温度梯度，在水冷系统的辅助下，更容易精确控制固液界面的温度梯度，而且更节能，等晶过程每台炉子消耗功率更低；成晶品质更好，更不容易产生位错。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新型长晶炉加热装置，以解决上述背景技术中提出现有技术中整个过程能源消耗很大，在等晶过程中每台炉子消耗功率在30kw左右，而且一般会有10％左右晶体还是会因为温度梯度控制不精确导致位错，晶棒报废的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种新型长晶炉加热装置，包括炉体，所述炉体内腔底部设置有底盘，所述底盘的上方设置有外坩埚，所述外坩埚内腔设置有内坩埚，所述外坩埚的外侧设置有加热器，所述底盘的上表面开设有多组卡槽，所述外坩埚的下表面设置与多组卡槽契合的卡块；

4、所述加热器展开时呈蛇形设置，所述加热器的横截面呈直角梯形设置，所述加热器的两端分别设置有正极和负极，所述加热器的截面积小的一端靠近炉体的上端，所述加热器的截面积大的一端设置在底盘上方，所述加热器俯视时呈开口的圆形设置，所述加热器的直角边与外坩埚的外表面呈平行设置，所述加热器的倾斜部靠近炉体的内壁。

5、优选的，所述炉体的炉壁内腔开设有水冷空腔，且水冷空腔内设置有水冷盘管，所述水冷盘管呈螺旋状设置，所述水冷盘管的一端连通有贯穿炉体的进水管，所述水冷盘管的另一端连通有贯穿炉体的出水管。

6、优选的，多组所述卡槽呈等角度设置，所述底盘的下表面固定连接有与炉体转动连接的连接轴，所述连接轴的下端固定连接有从动锥轮。

7、优选的，炉体的下表面固定连接有安装直角板，且安装直角板的下表面安装有第一电机，所述第一电机的输出轴传动连接有与安装直角板转动连接的第一旋转轴，所述第一旋转轴的一端固定连接有与从动锥轮啮合的驱动锥轮。

8、优选的，底盘的下表面开设有环形槽，且环形槽的截面呈半圆形设置，所述炉体的内腔底部嵌有多组与环形槽滚动连接的钢珠，且多组钢珠呈等角度设置。

9、优选的，炉体的下表面固定连接有多组可调节支腿，且多组可调节支腿呈等角度设置。

10、优选的，还包括炉盖，所述炉盖的外侧对称焊接有两组第二固定块，所述炉体的外侧下端对称焊接有两组第一固定块，且两组第一固定块的上表面均设置有气缸，所述气缸的伸缩端均固定连接在第二固定块的下表面。

11、优选的，炉盖的上表面固定连接有护盖，所述护盖的上表面中部设置有第二电机，所述第二电机的输出轴传动连接有第二旋转轴，所述第二旋转轴的下端贯穿护盖并螺纹连接有调节套管，所述调节套管的下端设置有底座，所述底座的下表面设置有籽晶杆。

12、优选的，炉盖的下表面开设有与护盖相连通的安装槽，所述安装槽内转动连接有凸字管，所述凸字管的下端连通有锥形管，所述锥形管的下端沿边固定连接有限位环，所述限位环的下表面抵触在外坩埚的上沿边。

13、优选的，限位环的下表面固定连接有多组限位块，且多组限位块呈等角度设置，所述外坩埚的上表面沿边开设有供多组限位块插接的限位槽。

14、本发明提出的一种新型长晶炉加热装置，与现有技术相比，具有以下优点：

15、1、本发明的加热器、炉体和底盘之间的配合，通过对加热器进行调整，将传统加热器的上端厚度a和下端厚度b之比从1:1优化为1:1.1-1:3.1之间，加热器在整体通电产生热能时，上端横截面积与下端横截面积逐步线型放大，更容易长出无位错合格晶体，位错不良率从10％下降为5％，自然在整体热辐射时产生温度梯度，等晶过程每台炉子消耗功率更低，成晶品质更好，更不容易产生位错。

16、2、本发明的炉体、进水管、水冷空腔、水冷盘管和出水管之间的配合；在由进水管、水冷盘管和出水管形成的水冷系统的辅助下，更容易精确控制固液界面的温度梯度，而且更节能。

17、3、本发明的气缸、第一固定块、第二固定块和炉盖之间的配合，通过气缸便于带动第二固定块原理第一固定块，从而便于对炉盖开合，方便更换内坩埚中的原料融液。

18、5、本发明的第一电机、第二电机外坩埚、限位环和凸字管之间的配合，通过第一电机驱动底盘转动，从而使外坩埚转动，同时限位环通过限位块插接在外坩埚上的限位槽内同步转动，便于炉盖闭合后对内坩埚限位，避免内坩埚中的原料融液溅出，同时在第二电机的作用下便于带动籽晶杆转动，从而提高长晶的质量，更容易长出无位错合格晶体。

技术特征：

1.一种新型长晶炉加热装置，包括炉体(1)，其特征在于：所述炉体(1)内腔底部设置有底盘(16)，所述底盘(16)的上方设置有外坩埚(22)，所述外坩埚(22)内腔设置有内坩埚(21)，所述外坩埚(22)的外侧设置有加热器(25)，所述底盘(16)的上表面开设有多组卡槽(17)，所述外坩埚(22)的下表面设置与多组卡槽(17)契合的卡块(24)；

2.根据权利要求1所述的一种新型长晶炉加热装置，其特征在于：所述炉体(1)的炉壁内腔开设有水冷空腔(6)，且水冷空腔(6)内设置有水冷盘管(7)，所述水冷盘管(7)呈螺旋状设置，所述水冷盘管(7)的一端连通有贯穿炉体(1)的进水管(8)，所述水冷盘管(7)的另一端连通有贯穿炉体(1)的出水管(9)。

3.根据权利要求1所述的一种新型长晶炉加热装置，其特征在于：多组所述卡槽(17)呈等角度设置，所述底盘(16)的下表面固定连接有与炉体(1)转动连接的连接轴(15)，所述连接轴(15)的下端固定连接有从动锥轮(14)。

4.根据权利要求3所述的一种新型长晶炉加热装置，其特征在于：所述炉体(1)的下表面固定连接有安装直角板(10)，且安装直角板(10)的下表面安装有第一电机(11)，所述第一电机(11)的输出轴传动连接有与安装直角板(10)转动连接的第一旋转轴(12)，所述第一旋转轴(12)的一端固定连接有与从动锥轮(14)啮合的驱动锥轮(13)。

5.根据权利要求1所述的一种新型长晶炉加热装置，其特征在于：所述底盘(16)的下表面开设有环形槽(18)，且环形槽(18)的截面呈半圆形设置，所述炉体(1)的内腔底部嵌有多组与环形槽(18)滚动连接的钢珠(19)，且多组钢珠(19)呈等角度设置。

6.根据权利要求1所述的一种新型长晶炉加热装置，其特征在于：所述炉体(1)的下表面固定连接有多组可调节支腿(20)，且多组可调节支腿(20)呈等角度设置。

7.根据权利要求1所述的一种新型长晶炉加热装置，其特征在于：还包括炉盖(4)，所述炉盖(4)的外侧对称焊接有两组第二固定块(5)，所述炉体(1)的外侧下端对称焊接有两组第一固定块(2)，且两组第一固定块(2)的上表面均设置有气缸(3)，所述气缸(3)的伸缩端均固定连接在第二固定块(5)的下表面。

8.根据权利要求7所述的一种新型长晶炉加热装置，其特征在于：所述炉盖(4)的上表面固定连接有护盖(27)，所述护盖(27)的上表面中部设置有第二电机(32)，所述第二电机(32)的输出轴传动连接有第二旋转轴(33)，所述第二旋转轴(33)的下端贯穿护盖(27)并螺纹连接有调节套管(34)，所述调节套管(34)的下端设置有底座(35)，所述底座(35)的下表面设置有籽晶杆(36)。

9.根据权利要求8所述的一种新型长晶炉加热装置，其特征在于：所述炉盖(4)的下表面开设有与护盖(27)相连通的安装槽(26)，所述安装槽(26)内转动连接有凸字管(28)，所述凸字管(28)的下端连通有锥形管(29)，所述锥形管(29)的下端沿边固定连接有限位环(30)，所述限位环(30)的下表面抵触在外坩埚(22)的上沿边。

10.根据权利要求9所述的一种新型长晶炉加热装置，其特征在于：所述限位环(30)的下表面固定连接有多组限位块(31)，且多组限位块(31)呈等角度设置，所述外坩埚(22)的上表面沿边开设有供多组限位块(31)插接的限位槽(23)。

技术总结
本发明属于长晶炉技术领域，公开了一种新型长晶炉加热装置，包括炉体，所述炉体内腔底部设置有底盘，所述底盘的上方设置有外坩埚，所述外坩埚内腔设置有内坩埚，所述外坩埚的外侧设置有加热器，所述底盘的上表面开设有多组卡槽，所述外坩埚的下表面设置与多组卡槽契合的卡块；通过对加热器进行调整，将传统加热器的上端厚度A和下端厚度B之比从1:1优化为1:1.1‑1:3.1之间，加热器在整体通电产生热能时，上端横截面积与下端横截面积逐步线型放大，更容易长出无位错合格晶体，位错不良率从10％下降为5％，自然在整体热辐射时产生温度梯度，等晶过程每台炉子消耗功率更低，成晶品质更好，更不容易产生位错。

技术研发人员：汪祖一,尚海波
受保护的技术使用者：上海合晶硅材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18