本實(shí)用新型涉及一種加熱器，尤其是一種用于硅單晶爐的能夠滿足半導(dǎo)體級硅單晶生長所需梯度溫度場條件的一種半導(dǎo)體級硅單晶爐底部的石墨加熱器。

背景技術(shù)：

單晶硅是具有基本完整的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體，是一種良好的半導(dǎo)體材料，純度可達(dá)到99.9999999%以上，可以用于二極管級、整流器件級、電路級以及太陽能電池級單晶產(chǎn)品的生產(chǎn)和深加工制造，其后續(xù)產(chǎn)品集成電路和半導(dǎo)體分離器件已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在軍事電子設(shè)備中也占有重要地位，處于新材料發(fā)展的前沿。

半導(dǎo)體級硅單晶爐是單晶硅產(chǎn)業(yè)鏈中重要的晶體生長設(shè)備，由于半導(dǎo)體級硅單晶體是在高溫的條件下緩慢生長而成的，需要良好的溫度梯度控制以形成冷心，同時(shí)需要均勻穩(wěn)定的溫度場以實(shí)現(xiàn)單晶體的穩(wěn)定生長，因此底部加熱器的溫度梯度可控基礎(chǔ)至關(guān)重要。目前，硅單晶爐的底部加熱器多采用菱形結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)簡單，無法形成均勻穩(wěn)定的溫度場，同時(shí)材質(zhì)力學(xué)性能及純度較低，嚴(yán)重影響硅單晶的生產(chǎn)質(zhì)量與效率。因此，傳統(tǒng)的硅單晶爐底部加熱器只適用于太陽能級硅單晶的生長，且晶體常因熱場紊亂、污染等問題產(chǎn)生大量雜質(zhì)，晶體純度及成品率較低，嚴(yán)重影響高純度硅單晶的生產(chǎn)效率。

如何提高單晶硅的純度，提高單晶硅的生產(chǎn)效率一直是本領(lǐng)域密切關(guān)注的課題。在諸多方案中，通過提高石墨材質(zhì)力學(xué)性能和純度的方案未見諸報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于：針對現(xiàn)有硅單晶爐的菱形底部加熱器溫度梯度的不可控性、溫度場不均勻性、材質(zhì)力學(xué)性能與純度低，致使硅單晶生長成品率低、純度底、質(zhì)量不高等一系列問題，提供一種新型可靠的用于半導(dǎo)體級硅單晶生長的底部加熱器。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種用于半導(dǎo)體級硅單晶爐的底部加熱器，包括發(fā)熱體、支撐柱、連接螺栓、支撐柱絕熱子、墊片組成，其特征在于：

a)發(fā)熱體為環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)，環(huán)形板狀的內(nèi)環(huán)和外緣包絡(luò)線為凸起的加強(qiáng)筋，發(fā)熱體的兩個(gè)支撐點(diǎn)對稱設(shè)在環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)的直徑上的安裝孔，將環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)分割成對稱的半環(huán)，兩個(gè)半環(huán)中均設(shè)有與半徑重疊的應(yīng)力緩沖槽，應(yīng)力緩沖槽包括由內(nèi)環(huán)指向外緣的應(yīng)力緩沖槽和由外緣指向內(nèi)環(huán)的應(yīng)力緩沖槽，它們均勻分布且相間設(shè)置，其中由內(nèi)環(huán)指向外緣的應(yīng)力緩沖槽末端設(shè)有應(yīng)力圓孔：

b)與支撐點(diǎn)對應(yīng)的支撐柱為空心圓柱結(jié)構(gòu)，兩端分別設(shè)有內(nèi)螺紋，一端通過螺栓和墊片與發(fā)熱體的安裝孔連接，另一端通過螺栓和墊片與電極對接；

c)支撐柱內(nèi)孔中部設(shè)有收緊止口，支撐柱絕熱子分別裝配于支撐柱內(nèi)孔中且位于兩端內(nèi)螺紋之間，支撐柱絕熱子由內(nèi)部收緊止口咬合固定。

在本實(shí)用新型中：設(shè)在應(yīng)力緩沖槽末端的應(yīng)力圓孔與外環(huán)邊緣之間設(shè)有均勻分布的吊裝孔。

在本實(shí)用新型中：所述發(fā)熱體的環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)對稱的半環(huán)的外緣分別含有兩個(gè)管線避讓缺口，它們對稱分布在環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)對應(yīng)的半環(huán)上。

在本實(shí)用新型中：所述支撐柱的外壁上設(shè)有一段正四邊形或正六邊形的結(jié)構(gòu)。

在本實(shí)用新型中：所述的發(fā)熱體、支撐柱、連接螺栓均采用高強(qiáng)度等靜壓石墨制作；所屬的支撐柱絕熱子采用固化碳?xì)郑凰鰤|片的材料為石墨紙。

在本實(shí)用新型中：所述的石墨、固化碳?xì)趾褪埦毥?jīng)高溫純化處理，其中石墨和石墨紙純度要求為5 ppm，固化碳?xì)旨兌纫鬄?0 ppm。

在本實(shí)用新型中：所述發(fā)熱體的工作電源為直流，直流電源的陽極和陰極分別通過支撐柱傳遞給發(fā)熱體。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：由于加熱體采用環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)，尤其是僅在發(fā)熱體的環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)對稱的半環(huán)的外緣分別含有兩個(gè)管線避讓缺口，它與傳統(tǒng)的菱形底部加熱器相比，增大發(fā)熱面積，有利于提高溫度場的均勻與穩(wěn)定性，晶體成品率得以提高。由于在發(fā)熱體內(nèi)外環(huán)之間設(shè)置多道應(yīng)力緩沖槽，由內(nèi)環(huán)指向外緣的應(yīng)力緩沖槽末端還設(shè)有應(yīng)力圓孔，手動(dòng)加熱體的柔性得以提高，有助于抵抗高熱負(fù)荷條件下的變形，延長加熱器的使用壽命。由于支撐柱的外壁上設(shè)有一段正四邊形或正六邊形的結(jié)構(gòu)，為發(fā)熱體安裝支撐柱時(shí)可以提供著力點(diǎn)。由于空心支撐柱中配有支撐柱絕熱子，可以能有效起到絕熱作用。由于加熱器、支撐柱絕熱子和墊片分別采用高純度石墨、固化碳?xì)趾褪埖炔牧?，且要求石墨和石墨紙純度要求? ppm，固化碳?xì)旨兌纫鬄?0 ppm，可以大大的減少爐內(nèi)游離污染物對晶體生長過程中的污染，大大提高了晶體成品的純度。由于發(fā)熱體為環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)，環(huán)形板狀的內(nèi)環(huán)和外緣包絡(luò)線為凸起的加強(qiáng)筋，可以提高發(fā)熱體的剛性，同時(shí)，設(shè)在應(yīng)力緩沖槽末端的應(yīng)力圓孔與外環(huán)邊緣之間設(shè)有均勻分布的吊裝孔，更利于安裝，且可以防止安裝過程中加熱體受力不均勻?qū)е缕渥冃?。由于發(fā)熱體與支撐柱之間的螺栓配置了墊片，防止通電時(shí)在連接位置造成電流打火，同時(shí)在支撐柱底部也設(shè)置有墊片，以防與電極連接通電時(shí)打火。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型涉及實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)示意圖。中發(fā)熱體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型涉及的發(fā)熱體俯視圖。

圖3是圖1的立體效果示意圖。

圖中：1、發(fā)熱體，2、支撐柱，3、下墊片，4、上墊片，5、支撐柱絕熱子，6、螺栓，7、加強(qiáng)筋，8、安裝孔，9、應(yīng)力緩沖槽，10、應(yīng)力圓孔，11、吊裝孔，12、管線避讓缺口，13、正六邊形。

具體實(shí)施方式

附圖非限制性地公開了本實(shí)用新型涉及的一種實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。

由圖1-圖3可見，本實(shí)用新型包括發(fā)熱體1、支撐柱2、螺栓6、支撐柱絕熱子6、上墊片4和下墊片3組成，其中：

發(fā)熱體1為環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)，環(huán)形板狀的內(nèi)環(huán)和外緣包絡(luò)線為凸起的加強(qiáng)筋7，發(fā)熱體1的兩個(gè)支撐點(diǎn)對稱設(shè)在環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)的直徑上的安裝孔8，將環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)分割成對稱的半環(huán)，兩個(gè)半環(huán)中均設(shè)有與半徑重疊的應(yīng)力緩沖槽9，應(yīng)力緩沖槽9包括由內(nèi)環(huán)指向外緣的應(yīng)力緩沖槽和由外緣指向內(nèi)環(huán)的應(yīng)力緩沖槽，它們均勻分布且相間設(shè)置，其中由內(nèi)環(huán)指向外緣的應(yīng)力緩沖槽末端設(shè)有應(yīng)力圓孔10：

與支撐點(diǎn)8對應(yīng)的支撐柱2為空心圓柱結(jié)構(gòu)，兩端分別設(shè)有內(nèi)螺紋，一端通過螺栓6和上墊片4與發(fā)熱體1的安裝孔8連接，另一端通過螺栓和下墊片3與電極對接。

支撐柱2內(nèi)孔中部設(shè)有收緊止口，支撐柱絕熱子5分別裝配于支撐柱2內(nèi)孔中且位于兩端內(nèi)螺紋之間，支撐柱絕熱子5由內(nèi)部收緊止口咬合固定。

在本實(shí)施例中：設(shè)在應(yīng)力緩沖槽9末端的應(yīng)力圓孔10與外環(huán)邊緣之間設(shè)有均勻分布的吊裝孔11。

在本實(shí)施例中：所述發(fā)熱體的環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)對稱的半環(huán)的外緣分別含有兩個(gè)管線避讓缺口12，它們對稱分布在環(huán)形板狀結(jié)構(gòu)對應(yīng)的半環(huán)上。

在本實(shí)施例中：所述支撐柱1的外壁上設(shè)有一段正四邊形或正六邊形13的結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施時(shí)，所述的發(fā)熱體1、支撐柱2、螺栓6均采用高強(qiáng)度等靜壓石墨制作；所屬的支撐柱絕熱子5采用固化碳?xì)?；所述上墊片4和下墊片3的材料為石墨紙。所述的高強(qiáng)度等靜壓石墨、固化碳?xì)趾褪埦毥?jīng)高溫純化處理，其中高強(qiáng)度等靜壓石墨和石墨紙純度要求為5 ppm，固化碳?xì)旨兌纫鬄?0 ppm。

工作中：所述發(fā)熱體1的工作電源為直流，直流電源的陽極和陰極分別通過支撐柱2傳遞給發(fā)熱體1。