一种通过改变线圈气隙控制温梯的热场及加热长晶设备的制作方法

本发明涉及晶体生长或外延加热，尤其涉及一种热场及加热长晶设备。

背景技术：

1、与电阻加热相比，感应加热具有无需与加热材料直接接触、加热效率较高、速度较快等优点，目前sic长晶设备大多采用双圆柱形线圈外置且上下分布于石英筒外通电加热保证晶体的生长温度及轴向温梯控制，但当前存在两个问题：

2、1)由于线圈外置远离加热体以及热磁场耦合效率随着线圈直径增加而显著降低的特性，工艺区由室温升至工艺温度所需时间需要1h及以上；在工艺区完成晶体生长过程后，由于缺乏冷却措施，产品的降温过程十分缓慢。以上严重影响工艺节拍和生产效率；

3、2)传统上下分布的圆柱形双线圈在同时工作时会发生严重的电磁耦合现象，对工艺调整存在较大挑战，对于热场控温和功耗存在较大影响，甚至损坏加热设备。

4、相较于圆柱形线圈，盘状线圈的加热效率及加热速度更佳，并在cvd晶片外延领域已有应用，但是由于线圈外径大等多种因素的影响，石墨发热筒内部的涡流损耗并不均匀导致盘面温梯不佳；因此需要新的技术方案解决该问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明提供一种通过改变线圈气隙控制温梯的热场，用以解决石墨发热筒内部的涡流损耗并不均匀导致盘面温梯不佳的问题。

2、本发明同时提供一种包含该热场的加热长晶设备。

3、技术方案：为解决上述问题，本发明提供的通过改变线圈气隙控制温梯的热场可采用以下技术方案。

4、一种通过改变线圈气隙控制温梯的热场，包括石墨发热筒、位于石墨发热筒上方的上线圈组、位于石墨发热筒下方的下线圈组；所述上线圈组包括若干自内向外排列的上环形线圈，且所有上环形线圈的圆心均位于石墨发热筒的中轴线上；下线圈组包括若干自内向外排列的下环形线圈，且所有下环形线圈的圆心均位于石墨发热筒的中轴线上；上线圈组中的上环形线圈个数及上环形线圈的尺寸与下线圈组中的下环形线圈个数及下环形线圈的尺寸相同；

5、所述上线圈组中，位于所有上环形线圈中间位置的上环形线圈的气隙最大，自中间位置上环形线圈外侧的上环形线圈的气隙依次减小，自中间位置上环形线圈内侧的上环形线圈的气隙也依次减小；

6、所述下线圈组中，位于所有下环形线圈中间位置的下环形线圈的气隙最大，自中间位置下环形线圈外侧的下环形线圈的气隙依次减小，自中间位置下环形线圈内侧的下环形线圈的气隙也依次减小；

7、所述气隙为每个上环形线圈底部到石墨发热筒上表面的距离或每个下环形线圈定部到石墨发热筒下表面的距离。

8、进一步的，所述每个上环形线圈与每个下环形线圈在石墨发热筒的上、下方为投影对应关系，一个上环形线圈的气隙值与投影对应的一个下环形线圈的气隙值相等。

9、进一步的，当上线圈组中的上环形线圈数为奇数时，位于中间位置的一个上环形线圈数的气隙最大；当上线圈组中的上环形线圈数为偶数时，位于中间位置的两个上环形线圈数的气隙最大。

10、进一步的，所述线圈的横截面为矩形，且线圈内部设有中空的冷却液通道。

11、进一步的，所述石墨发热筒的外围设有向内凹陷的环形凹槽，该凹槽中安装有环形的侧包围屏。

12、进一步的，所述石墨发热筒的上方安装有上石墨隔板，石墨发热筒的下方安装有下石墨隔板；上石墨隔板与石墨发热筒的上表面共同围成一个上收容腔，所述上线圈组位于该上收容腔中；下石墨隔板与石墨发热筒的下表面共同围成一个下收容腔，所述下线圈组位于该下收容腔中。

13、进一步的，还设有位于上石墨隔板上方的顶保温层及位于下石墨隔板下方的底保温层，所述顶保温层与底保温层之间通过侧壁共同围成保温空间，石墨发热筒、上收容腔、下收容腔、侧包围屏均位于该保温空间内。

14、进一步的，所述石墨发热筒的上表面和下表面均为圆形面，顶保温层与石墨发热筒上表面通过上支撑轴连接，底保温层与石墨发热筒下表面通过下支撑轴连接，上支撑轴、下支撑轴同轴设置，且上支撑轴与上表面的中心相连，下支撑轴与下表面的中心相连；每个上环形线圈均围绕上支撑轴设置，每个下环形线圈均围绕下支撑轴设置。

15、进一步的，石墨发热筒的内径为300mm，所述上环形线圈供设有5个，自内向外每个上环形线圈的气隙值分别为11mm，14mm，19mm，18mm，16mm；所述下环形线圈供设有5个，自内向外每个下环形线圈的气隙值分别为11mm，14mm，19mm，18mm，16mm。

16、有益效果：本发明相对于现有技术，通过在石墨发热筒的上方设置若干上环形线圈、下方设置若干下环形线圈的方式对石墨发热筒可进行上、下同时加热，此方式下的线圈感应热磁场耦合效率高，可实现石墨发热筒料区内的快速升温；以及，将若干上环形线圈、若干下环形线圈的气隙进行调整，不采用所有上环形线圈、下环形线圈的气隙均相等的设置方式，从而能够使可以均匀化线圈上交变电流产生的交变磁场切割加热筒产生的涡流损耗，保证石墨发热筒径向发热的均匀性，从而在竖直方向上对料区进行均匀加热。

17、本发明提供的加热长晶设备包含上述热场。

技术特征：

1.一种通过改变线圈气隙控制温梯的热场，其特征在于，包括石墨发热筒、位于石墨发热筒上方的上线圈组、位于石墨发热筒下方的下线圈组；所述上线圈组包括若干自内向外排列的上环形线圈，且所有上环形线圈的圆心均位于石墨发热筒的中轴线上；下线圈组包括若干自内向外排列的下环形线圈，且所有下环形线圈的圆心均位于石墨发热筒的中轴线上；上线圈组中的上环形线圈个数及上环形线圈的尺寸与下线圈组中的下环形线圈个数及下环形线圈的尺寸相同；

2.如权利要求1所述的热场，其特征在于，所述每个上环形线圈与每个下环形线圈在石墨发热筒的上、下方为投影对应关系，一个上环形线圈的气隙值与投影对应的一个下环形线圈的气隙值相等。

3.如权利要求2所述的热场，其特征在于，当上线圈组中的上环形线圈数为奇数时，位于中间位置的一个上环形线圈数的气隙最大；

4.如权利要求3所述的热场，其特征在于，所述线圈的横截面为矩形，且线圈内部设有中空的冷却液通道。

5.如权利要求1至4中任一项所述的热场，其特征在于，所述石墨发热筒的外围设有向内凹陷的环形凹槽，该凹槽中安装有环形的侧包围屏。

6.如权利要求5所述的热场，其特征在于，所述石墨发热筒的上方安装有上石墨隔板，石墨发热筒的下方安装有下石墨隔板；上石墨隔板与石墨发热筒的上表面共同围成一个上收容腔，所述上线圈组位于该上收容腔中；下石墨隔板与石墨发热筒的下表面共同围成一个下收容腔，所述下线圈组位于该下收容腔中。

7.如权利要求6所述的热场，其特征在于，还设有位于上石墨隔板上方的顶保温层及位于下石墨隔板下方的底保温层，所述顶保温层与底保温层之间通过侧壁共同围成保温空间，石墨发热筒、上收容腔、下收容腔、侧包围屏均位于该保温空间内。

8.如权利要求7所述的热场，其特征在于，所述石墨发热筒的上表面和下表面均为圆形面，顶保温层与石墨发热筒上表面通过上支撑轴连接，底保温层与石墨发热筒下表面通过下支撑轴连接，上支撑轴、下支撑轴同轴设置，且上支撑轴与上表面的中心相连，下支撑轴与下表面的中心相连；每个上环形线圈均围绕上支撑轴设置，每个下环形线圈均围绕下支撑轴设置。

9.如权利要求1至4任一项所述的热场，其特征在于，石墨发热筒的内径为300mm，所述上环形线圈供设有5个，自内向外每个上环形线圈的气隙值分别为11mm，14mm，19mm，18mm，16mm；所述下环形线圈供设有5个，自内向外每个下环形线圈的气隙值分别为11mm，14mm，19mm，18mm，16mm。

10.一种加热长晶设备，其特征在于，包含如权利要求1至9中任一项所述的热场。

技术总结
本发明公开了一种通过改变线圈气隙控制温梯的热场及加热长晶设备，通过在石墨发热筒的上方设置若干上环形线圈、下方设置若干下环形线圈的方式对石墨发热筒可进行上、下同时加热，将若干上环形线圈、若干下环形线圈的气隙进行调整，从而能够使可以均匀化线圈上交变电流产生的交变磁场切割加热筒产生的涡流损耗，保证石墨发热筒径向发热的均匀性，从而在竖直方向上对料区进行均匀加热。

技术研发人员：毛瑞川,蔡许,李辉,潘清跃
受保护的技术使用者：南京晶升装备股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/31