上排氣熱場單晶爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及太陽能級單晶硅制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種上排氣熱場單晶爐。
【背景技術(shù)】
[0002]單晶爐是拉制單晶硅棒的專用設(shè)備，單晶硅生長需要單晶爐內(nèi)具有良好的熱場分布條件。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的單晶爐的熱場分布如圖1所示，圖1中的箭頭指向表示現(xiàn)有技術(shù)的單晶爐內(nèi)的下排氣通道，單晶爐內(nèi)的氣體由導(dǎo)流筒3經(jīng)石英坩禍4內(nèi)的液面40后，向下經(jīng)過石墨加熱器1，或經(jīng)過石墨加熱器I與中保溫筒6之間的間隙，流向下保溫筒7與石墨加熱器I之間的間隙，經(jīng)過下保溫筒7底部的孔70，再經(jīng)單晶爐主爐室8底部的抽空口 80排出。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的單晶爐，在單晶硅生長過程中，由于單晶爐內(nèi)石英坩禍4和硅熔體的熱化學(xué)反應(yīng)，生成大量的S1。S1蒸汽被氬氣流裹挾從上而下流經(jīng)整個石墨熱場，石墨加熱器I上部最先接近坩禍里蒸發(fā)出的S1，所以淀積的S1最多，由于S1蒸汽會與紅熱狀態(tài)的石墨發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)即S1+C =(高溫)Si+C0、Si+C=(高溫)SiC，部分C變成CO蒸發(fā)了，使石墨加熱器I上部變薄，增加電阻率；部分C變成SiC，而且它的電阻率比石墨大，也會導(dǎo)致石墨加熱器I上部的石墨消耗變薄，電阻增大。所以隨著石墨加熱器I使用次數(shù)的增多，石墨加熱器I上部會越薄，高溫區(qū)會上移，致使晶體生長的縱向溫度梯度變小，使單晶生長過程中大量的結(jié)晶潛熱不能很快的散發(fā)出去，生長界面變得凹，熱應(yīng)力大于彈性應(yīng)力而產(chǎn)生晶?；茖?dǎo)致最終斷棱，影響成品率以及石墨加熱器I的使用壽命。
[0005]另外，拉晶過程中產(chǎn)生的S1經(jīng)過石墨件時沉積在石墨件上，消耗石墨件或滲透進(jìn)石墨件，在石墨里面經(jīng)過上述一系列的反應(yīng)生成SiC，由于與碳的膨脹系數(shù)、硬度等物理性能都不一樣，從而影響石墨件的其他部分也是會損耗和變質(zhì)，發(fā)脆，使用壽命縮短，拉晶過程中存在隱患；另大量的氧化物被真空栗抽走，可能會導(dǎo)致過濾網(wǎng)堵塞或者污染真空栗油。
[0006]因此設(shè)計一種新的單晶爐，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的存在的上述技術(shù)問題，勢在必行?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型的目的在于提供一種上排氣熱場單晶爐。
[0008]本實用新型的目的，由以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]—種上排氣熱場單晶爐，所述上排氣熱場單晶爐包括主爐室、導(dǎo)流筒、石英坩禍、上保溫筒和抽空口，所述上保溫筒上開設(shè)有多個在所述上保溫筒的圓周上均勻分布的孔口，經(jīng)所述孔口形成所述上排氣熱場單晶爐的上排氣通道，所述上排氣通道經(jīng)所述導(dǎo)流筒、所述石英坩禍內(nèi)的液面、向上經(jīng)過所述孔口、向下經(jīng)過所述主爐室的內(nèi)壁至所述抽空口。
[0010]本實用新型的上排氣熱場單晶爐，優(yōu)選的，所述孔口開設(shè)于所述上保溫筒的頂端與所述上排氣熱場單晶爐的下保溫蓋之間。
[0011]本實用新型的上排氣熱場單晶爐，優(yōu)選的，所述上保溫筒的外壁上包裹有石墨碳?xì)郑鍪細(xì)稚吓c所述孔口相對應(yīng)的位置開設(shè)有開槽。
[0012]本實用新型的上排氣熱場單晶爐，優(yōu)選的，所述孔口的數(shù)量為4-8個。
[0013]本實用新型的上排氣熱場單晶爐，優(yōu)選的，所述孔口的數(shù)量為6個。
[0014]本實用新型的有益效果在于，本實用新型提供一種上排氣熱場單晶爐，使得拉晶過程中產(chǎn)生的氧化物盡可能減少與石墨件的接觸，并使所排氣體中的氧化物盡可能少的進(jìn)入到真空栗，避免使真空栗的過濾網(wǎng)堵塞或者污染真空栗油。
[0015]本實用新型，可針對傳統(tǒng)單晶爐下排氣方式帶來的缺陷，通過改造現(xiàn)有單晶爐，創(chuàng)新出上排氣方式，有效降低氧化硅在石墨加熱器上的沉積，提高石墨加熱器、石墨坩禍等石墨器件的使用壽命，使單晶拉制狀態(tài)更加穩(wěn)定、提高硅單晶的成品率并降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0016]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的單晶爐的下排氣氣流路線示意圖。
[0017]圖2是本實用新型實施例的上排氣熱場單晶爐的氣流路線示意圖。
[0018]圖3是本實用新型實施例的上排氣熱場單晶爐的上保溫筒截面示意圖。
【具體實施方式】
[0019]現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本實用新型將全面和完整，并將示例實施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0020]下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作詳細(xì)說明。
[0021]如圖2所示，本實用新型實施例的上排氣熱場單晶爐，可用于N型和P型單晶硅的制備，主要包括石墨加熱器1、石墨坩禍2、導(dǎo)流筒3、石英坩禍4、上保溫筒5、中保溫筒6、下保溫筒7、主爐室8和下保溫蓋9等。
[0022]其中，石墨坩禍2例如為三瓣坩禍等，上保溫筒5、中保溫筒6、下保溫筒7的外壁上都可包裹有石墨碳?xì)值缺夭牧希鳡t室8具有容納冷卻水的夾層，主爐室8為通常為不銹鋼材質(zhì)。
[0023]本實用新型實施例的上排氣熱場單晶爐，在上保溫筒5上開設(shè)有多個孔口 50，如圖3所示，孔口在上保溫筒5的圓周上均勻分布，經(jīng)孔口 50形成本實用新型實施例的上排氣熱場單晶爐的上排氣通道，如圖2中的箭頭指向所示，這一下排氣通道經(jīng)導(dǎo)流筒3、石英坩禍4內(nèi)的液面40、向上經(jīng)過孔口 50、向下經(jīng)過主爐室8的不銹鋼內(nèi)壁至主爐室8底端的抽空口 80。
[0024]從上述上排氣通道的走向可知，本實用新型實施例單晶爐中的上排氣通道，使得單晶爐內(nèi)的氣體由導(dǎo)流筒3經(jīng)液面40后，折向上方，穿過上保溫筒5的孔口 50，流出熱場，再向下經(jīng)過主爐室8的不銹鋼內(nèi)壁，最終通過爐底兩側(cè)的抽空口 80將氣體排放出去，整個氣流排放過程中，S1基本接觸不到石墨加熱器I以及單晶爐內(nèi)部的石墨器件。拉晶過程中產(chǎn)生的氧化物大部分會沉積在主爐室的不銹鋼內(nèi)壁與碳?xì)直砻?，被抽到真空栗里面的氧化物會大大減少，避免使真空栗的過濾網(wǎng)堵塞或者污染真空栗油，從而可以延長真空栗油的使用。
[0025]如圖2所示，孔口 50，優(yōu)選的是開設(shè)于上保溫筒5的頂端與下保溫蓋9之間，但本實用新型并不以此為限。上保溫筒5的外壁上包裹有石墨碳?xì)?，可在石墨碳?xì)稚吓c孔口 50相對應(yīng)的位置也相應(yīng)的開槽即可。對于孔口的數(shù)量，也并不局限于是6個，可以為4-8個。
[0026]本實用新型實施例的上排氣熱場單晶爐，可以在制造過程中形成上述上排氣通道，這時，在下保溫筒7上不開孔。也可以將現(xiàn)有的單晶爐進(jìn)行改造形成，只需要在上保溫筒5的上側(cè)開六個槽作為孔口 50，外面包裹的石墨碳?xì)止靡院笠蚕鄳?yīng)的開槽即可，原來的下保溫筒7的兩個孔70需要進(jìn)行封閉。
[0027]利用本實用新型的上排氣熱場單晶爐進(jìn)行單晶硅的制備，雖然也會有Si02+C =S1(氣態(tài)和固態(tài))+C0(氣態(tài)蒸發(fā))這樣的石英禍和石墨禍間的的化學(xué)反應(yīng)，且尤其在熔料階段特別嚴(yán)重，因為溫度高，C進(jìn)入熔體的濃度是拉晶時的十倍以上。
[0028]但是，由于本實用新型采用上排氣熱場，CO能迅速由上方排出熱場外，CO分壓降低，娃中的碳含量也會降低很多。
[0029]并且，S1從上部排出，極易淀積在溫度很低的不銹鋼爐壁上，所以排氣中S1濃度低，利于節(jié)油。
[0030]總之，使用本實用新型的上排氣熱場單晶爐進(jìn)行單晶硅的制備時，上排氣使得硅熔體上方的S1、CO分壓降低，利于減少單晶的氧碳含量，同時又能提高石墨器件的使用壽命，還能護(hù)栗節(jié)油。
[0031]當(dāng)然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實用新型作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種上排氣熱場單晶爐，所述上排氣熱場單晶爐包括主爐室、導(dǎo)流筒、石英坩禍、上保溫筒和抽空口，其特征在于，所述上保溫筒上開設(shè)有多個在所述上保溫筒的圓周上均勻分布的孔口，經(jīng)所述孔口形成所述上排氣熱場單晶爐的上排氣通道，所述上排氣通道經(jīng)所述導(dǎo)流筒、所述石英坩禍內(nèi)的液面、向上經(jīng)過所述孔口、向下經(jīng)過所述主爐室的內(nèi)壁至所述抽空口。2.如權(quán)利要求1所述的上排氣熱場單晶爐，其特征在于，所述孔口開設(shè)于所述上保溫筒的頂端與所述上排氣熱場單晶爐的下保溫蓋之間。3.如權(quán)利要求1所述的上排氣熱場單晶爐，其特征在于，所述上保溫筒的外壁上包裹有石墨碳?xì)郑鍪細(xì)稚吓c所述孔口相對應(yīng)的位置開設(shè)有開槽。4.如權(quán)利要求2所述的上排氣熱場單晶爐，其特征在于，所述孔口的數(shù)量為4-8個。5.如權(quán)利要求4所述的上排氣熱場單晶爐，其特征在于，所述孔口的數(shù)量為6個。
【專利摘要】本實用新型公開了一種上排氣熱場單晶爐，所述上排氣熱場單晶爐包括主爐室、導(dǎo)流筒、石英坩堝、上保溫筒和抽空口，所述上保溫筒上開設(shè)有多個在所述上保溫筒的圓周上均勻分布的孔口，經(jīng)所述孔口形成所述上排氣熱場單晶爐的上排氣通道，所述上排氣通道經(jīng)所述導(dǎo)流筒、所述石英坩堝內(nèi)的液面、向上經(jīng)過所述孔口、向下經(jīng)過所述主爐室的內(nèi)壁至所述抽空口。本實用新型可提高硅單晶的成品率并降低生產(chǎn)成本。
【IPC分類】C30B15/14
【公開號】CN204849115
【申請?zhí)枴緾N201520596641
【發(fā)明人】徐由兵, 曾世銘, 高一凡, 李英濤, 賈瑞峰, 鄒凱, 高兆伍, 劉小明, 陳家俊
【申請人】包頭市山晟新能源有限責(zé)任公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月7日