氣道36、222、導流氣管43將通稱為導流通道。
[0120]本發(fā)明多晶鑄錠爐的工作原理是:首先把石英坩禍18放在石墨底板181上，向石英坩禍18內(nèi)裝滿硅料，再把4塊石墨護板182分別直立地放置在石墨底板181的邊側(cè)，并使石墨護板182和坩禍18的外側(cè)壁相貼合，再用螺栓把兩相臨石墨護板182依次固定，最后再把蓋板183蓋合在石墨護板182的頂端面上。打開多晶鑄錠的下爐體，用叉車的叉臂托起石墨底板181，將其移入爐內(nèi)并放在換熱平臺16上，合上下爐體，啟動自動長晶工藝進行鑄錠。輸氣管50把冷載氣輸送到換熱器進行預加熱，換熱器輸出的載氣再經(jīng)加熱裝置進行加熱，形成溫度較高的熱載氣，該熱載氣經(jīng)配接管道流入導流裝置的分流腔，并在分流腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而后從分流腔的下端分別流入多條均勻分布的導流通道內(nèi)，再從導流通道的出口處出射，出射的載氣流分別分散地吹射液態(tài)硅的表面的不同區(qū)域。導流裝置的多條導流通道圍繞導流裝置的中心線分布，導流通道的出口繞著導流裝置的中心線沿著相同的角向均勻分布，導流通道的出射載氣流分別分散地吹射液態(tài)硅表面的不同區(qū)域，該吹射區(qū)域圍繞著液態(tài)硅的中心均勻分布，出射載氣流對所吹射區(qū)域的液態(tài)硅產(chǎn)生驅(qū)動層流的載氣應力，則載氣應力圍繞液態(tài)娃的中心分布，載氣應力驅(qū)動著表層液態(tài)娃流動，在液態(tài)娃中形成作周向流動的旋轉(zhuǎn)流場。適當?shù)販p小出射載氣流和液態(tài)硅表面間的夾角，優(yōu)選地30-40度，出射載氣流傾斜地吹射液態(tài)硅的表面，出射載氣流對液態(tài)硅產(chǎn)生更大的驅(qū)動層流的載氣應力，液態(tài)硅中產(chǎn)生更強的旋轉(zhuǎn)流場。旋轉(zhuǎn)流場有利于把液態(tài)硅表面漂浮的雜質(zhì)輸運到液態(tài)硅的邊緣，減少漂浮的雜質(zhì)對晶體良率的影響，提尚晶體的成品率；同時，有利于將液態(tài)娃內(nèi)部的雜質(zhì)輸運到液態(tài)硅的表面，加速液態(tài)硅中雜質(zhì)的揮發(fā);液態(tài)硅在自然熱對流流場和旋轉(zhuǎn)流場的共同作用下，有利于液態(tài)硅中質(zhì)雜的輸運和均勻分布，避免雜質(zhì)局域富集，使晶體的徑向電阻率分布更均勻，晶體的電性能得到優(yōu)化，晶體的質(zhì)量得到進一步提高。
[0121]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)進步性。
[0122]I)降低了鑄錠爐的運行能耗，通過在鑄錠爐的隔熱籠和爐體之間設置換熱器，換熱器吸收熱輻射能量，用于把冷載氣預加熱成溫度較高的預熱載氣，而后再由加熱裝置加熱形成溫度較高的熱載氣。換熱器的采用減少了載氣加熱所需的能耗，降低了加熱裝置對爐內(nèi)溫度場的影響，同時還有利于降低爐體壁內(nèi)冷確水的溫度，減少冷確水制備的能耗。
[0123]2)減少甚至消除液態(tài)硅中由載氣所導致的組分過冷，通過在鑄錠爐內(nèi)設置換熱器及載氣的加熱裝置，冷載氣依次經(jīng)換熱器、加熱裝置加熱形成熱載氣，再將熱載氣吹射液態(tài)硅；當熱載氣的溫度低于液態(tài)硅的溫度時，載氣從所吹射區(qū)域液態(tài)硅中所帶走的熱量大大減少，該區(qū)域液態(tài)硅的溫度降幅大大減小，組分過冷度減小，液態(tài)硅中載氣導致的雜質(zhì)的形核機率減少，降低甚至消除了載氣所促進的雜質(zhì)形成；當熱載氣的溫度高于液態(tài)硅的溫度時，載氣對所吹射區(qū)域液態(tài)硅補給熱量，使液態(tài)硅的溫度升高，減少液態(tài)硅中徑向的溫度差，抑制該區(qū)域液態(tài)硅中的雜質(zhì)形核及雜質(zhì)生長，消除了載氣所促進的雜質(zhì)形成，提高晶體的質(zhì)量。
[0124]3)爐頂?shù)挠^察窗中具有通向鑄錠爐內(nèi)的視場，通過把導流裝置的進氣部(進氣管部)設置在導流裝置的配接筒部/導流筒部(分流腔部)外部，導流裝置中通向鑄錠爐內(nèi)的視場沒有遮擋;通過爐頂?shù)挠^察窗可察看鑄錠爐內(nèi)的狀況，方便司爐操作;測晶棒可穿過導流裝置插到鑄錠爐內(nèi)，晶體的生長速度方便測量;紅外探測儀通過觀察窗可探測鑄錠爐內(nèi)硅料的狀態(tài)，自動長晶工藝順利進行。
[0125]4)進一步減少液態(tài)硅中載氣所導致的局域溫降，導流裝置的多個導流通道使載氣分成多束載氣流，多束載氣流分散傾斜地吹射液態(tài)硅表面的不同區(qū)域，有效地增加了載氣和液態(tài)硅表面的接觸面積，載氣流從該單位面積上所帶走的熱量進一步減少，載氣流所導致的局域溫度降幅減小，進一步減少甚至避免了液態(tài)硅中由載氣所導致的局域溫降。
[0126]5)促進雜質(zhì)揮發(fā)和雜質(zhì)均勻分布，提高晶體的質(zhì)量，導流裝置的多個導流通道圍繞導流裝置的中心線均勻分布，載氣經(jīng)導流通道分成多束載氣流，載氣流分別傾斜地吹射液態(tài)硅表面的不同區(qū)域，載氣流所吹射區(qū)域圍繞液態(tài)硅的中心分布，載氣流對液態(tài)硅產(chǎn)生驅(qū)動層流的載氣應力，載氣應力驅(qū)動著液態(tài)硅流動，形成繞其中心流動的旋轉(zhuǎn)流場。旋轉(zhuǎn)流場有利于把液態(tài)硅表面漂浮的雜質(zhì)輸運到液態(tài)硅邊緣，減少漂浮的雜質(zhì)對晶體良率的影響，提高晶體的成品率;還有利于將液態(tài)硅內(nèi)部的雜質(zhì)輸運到液態(tài)硅的表面，加速液態(tài)硅中雜質(zhì)的揮發(fā);液態(tài)娃在自然對流流場和旋轉(zhuǎn)流場的共同作用下，有利于液態(tài)娃中質(zhì)雜的輸運和均勻分布，避免雜質(zhì)局域富集，使晶體徑向電阻率分布更均勻，晶體的質(zhì)量得到進一步提尚O
[0127]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書、說明書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，包括裝配于鑄錠爐內(nèi)用于向爐內(nèi)輸送載氣的引流裝置、加熱器及隔熱籠，加熱器設置在隔熱籠內(nèi)，引流裝置裝配在隔熱籠的隔熱板上，其特征在于:還包括用于加熱載氣的加熱裝置及換熱器，所述加熱裝置和換熱器設置在鑄錠爐內(nèi)，加熱裝置設置在隔熱籠內(nèi)，換熱器設置在隔熱籠外;所述換熱器的輸入端和載氣的輸氣管連通，輸出端和加熱裝置的輸入端連通;所述加熱裝置的輸出端和引流裝置的輸入端相連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，其特征在于:所述加熱裝置為加熱管，所述加熱管的輸出端和引流裝置的輸入端連通，輸入端和換熱器的輸出端連通。3.—種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，包括隔熱籠、加熱器和導流裝置，所述隔熱籠為主要由側(cè)隔熱板、頂隔熱板和底隔熱板所構(gòu)成的腔體，加熱器設置在隔熱籠內(nèi)，其特征在于:還包括用于加熱載氣的加熱裝置及換熱器;所述導流裝置至少由配接筒和導流筒構(gòu)成，所述配接筒包括固定連接的配接筒部和進氣部，配接筒部為沿其中心線方向設置通孔的柱體，進氣部設置在配接筒部的外部，進氣部內(nèi)設置用于載氣流入的進氣孔，配接筒部的筒壁內(nèi)設置與其共中心線的呈環(huán)狀的下端面開口的第一分流腔，所述進氣孔和第一分流腔連通;所述導流筒為沿其中心線方向設置通孔的柱體，導流筒上端部的筒壁內(nèi)設置與其共中心線的呈環(huán)狀的上端面開口的第二分流腔，第二分流腔和第一分流腔相對應;所述導流筒的筒壁內(nèi)設置至少一條自第二分流腔下端面沿著非等螺距的圓柱狀螺旋線向下延伸的導流氣道，導流氣道的出口位于導流筒的下端;所述導流筒的上端部穿過頂隔熱板中部的通孔，和設置在頂隔熱板上方的配接筒軸向固定連接;所述加熱裝置和換熱器設置在鑄錠爐內(nèi)，加熱裝置設置在隔熱籠內(nèi)，換熱器設置在隔熱籠外;所述換熱器的輸入端和載氣的輸氣管連通，輸出端和加熱裝置的輸入端連通;所述加熱裝置的輸出端和導流裝置的進氣孔連通。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，其特征在于:所述進氣孔和第一分流腔通過連通氣道連通，所述連通氣道的一端部和進氣孔相切連通，另一端部和第一分流腔的側(cè)壁相切連通。5.—種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，包括隔熱籠、加熱器和導流管，所述隔熱籠為主要由側(cè)隔熱板、頂隔熱板和底隔熱板所構(gòu)成的腔體，加熱器設置在隔熱籠內(nèi)，其特征在于:還包括導流裝置、用于加熱載氣的加熱裝置及換熱器，所述導流裝置包括固定連接的導流筒部和進氣部，導流筒部為沿其中心線方向設置通孔的柱體，進氣部設置在導流筒部的外部;所述導流筒部上端部的筒壁內(nèi)設置與其共中心線的呈環(huán)狀的分流腔;進氣部內(nèi)置用于載氣流入的進氣孔，進氣孔和分流腔連通;所述導流筒部的筒壁內(nèi)設置至少一條自分流腔的下端面沿著非等螺距的圓柱狀螺旋線向下延伸的導流氣道，導流氣道的出口位于導流筒部的下端;所述導流管裝配在頂隔熱板上，其下端穿過頂隔熱板中部的通孔，并從頂隔熱板的下端面伸出；所述導流裝置和導流管下端部軸向固定連接;所述加熱裝置和換熱器設置在鑄錠爐內(nèi)，加熱裝置設置在隔熱籠內(nèi)，換熱器設置在隔熱籠外;所述換熱器的輸入端和載氣的輸氣管連通，輸出端和加熱裝置的輸入端連通;所述加熱裝置的輸出端和導流裝置的進氣孔連通。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，其特征在于:所述進氣孔和分流腔通過連通氣道連通，連通氣道的一端部和進氣孔相切連通，另一端部和分流腔的側(cè)面相切連通。7.—種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，包括隔熱籠、加熱器和導流管，所述隔熱籠為主要由側(cè)隔熱板、頂隔熱板和底隔熱板所構(gòu)成的腔體，加熱器設置在隔熱籠內(nèi)，其特征在于:還包括導流裝置、用于加熱載氣的加熱裝置及換熱器，所述導流裝置包括分流腔部、進氣管部和至少一條導流氣管;所述分流腔部主要由內(nèi)側(cè)壁、外側(cè)壁、上端壁和下端壁所構(gòu)成的呈環(huán)狀的密閉腔體;進氣管部設置在分流腔部的外部，進氣管部的一端和分流腔部的外側(cè)壁固定并連通;所述導流氣管沿著非等螺距的圓柱狀螺旋線分布在分流腔部的下方，導流氣管的上端部和分流腔部的下端壁連通并固定，導流氣管的下端部為出口；所述導流管裝配在頂隔熱板上，其下端穿過頂隔熱板中部的通孔，并從頂隔熱板的下端面伸出；所述導流裝置和導流管下端部軸向固定連接;所述加熱裝置和換熱器設置在鑄錠爐內(nèi)，加熱裝置設置在隔熱籠內(nèi)，換熱器設置在隔熱籠外;所述換熱器的輸入端和載氣的輸氣管連通，輸出端和加熱裝置的輸入端連通;所述加熱裝置的輸出端和導流裝置的進氣管部連通。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，其特征在于:所述進氣管部和分流腔部通過連通管連通，所述連通管的一端部和進氣管部相切連通并固定，另一端部和分流腔部的側(cè)壁相切連通并固定。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，其特征在于:所述加熱裝置為加熱管，所述加熱管的輸出端和導流裝置的進氣管部連通，輸入端和換熱器的輸出端連通。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，包括裝配于鑄錠爐內(nèi)用于向爐內(nèi)輸送載氣的引流裝置、加熱器及隔熱籠，加熱器設置在隔熱籠內(nèi)，引流裝置裝配在隔熱籠的隔熱板上，還包括用于加熱載氣的加熱裝置及換熱器，所述加熱裝置和換熱器設置在鑄錠爐內(nèi)，加熱裝置設置在隔熱籠內(nèi)，換熱器設置在隔熱籠外；所述換熱器的輸入端和載氣的輸氣管連通，輸出端和加熱裝置的輸入端連通；所述加熱裝置的輸出端和引流裝置的輸入端相連通。冷載氣依次經(jīng)換熱器、加熱裝置加熱后形成溫度較高的熱載氣，而后將該熱載氣經(jīng)引流裝置吹射坩堝內(nèi)的硅料；減少吹射區(qū)域液態(tài)硅組分的過冷度，降低甚至消除液態(tài)硅中由載氣所促進的雜質(zhì)形核以及雜質(zhì)核生長。
【IPC分類】C30B29/06, C30B28/06
【公開號】CN105671632
【申請?zhí)枴緾N201610082941
【發(fā)明人】陳鴿, 其他發(fā)明人請求不公開姓名
【申請人】陳鴿
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年2月3日