專(zhuān)利名稱(chēng)：用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直拉硅單晶爐的配套裝置，特別涉及一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置。
背景技術(shù)：
目前，采用直拉法每生產(chǎn)一顆長(zhǎng)度2米左右的8寸硅單晶等徑用時(shí)35_40h，開(kāi)爐時(shí)間長(zhǎng)、功耗高，生產(chǎn)效率低。因此，要解決上述問(wèn)題，主要是提高晶體生長(zhǎng)速度，縮短拉晶時(shí)間；從根本上講，就是要加大晶體與熔硅之間固液界面的溫度梯度，加快結(jié)晶潛熱的釋放， 即提高晶體的冷卻速率。高溫爐體以及熔硅的熱輻射是阻礙晶體有效、快速冷卻的主要原因。通常情況下，直拉硅單晶爐配有等靜壓高純石墨制的熱屏，其具有上下貫通的筒形結(jié)構(gòu)，并且上口大于下口，下口略大于晶棒直徑。拉晶過(guò)程中，熱屏沿與坩堝同一軸線(xiàn)安置于坩堝上方，其下沿與熔硅液面保持一定距離，包圍晶體靠近固液界面的一段。熱屏的主要作用為1.阻隔高溫爐體以及熔硅對(duì)晶體的熱輻射，起熱屏蔽作用，利于晶體散熱，形成晶體生長(zhǎng)所需的溫度梯度，以提高晶體生長(zhǎng)速度；2.起導(dǎo)流作用，引導(dǎo)由單晶爐副室下吹的氬氣較為集中地直接噴吹到固液界面附近，更加有利于晶體散熱，加大晶體生長(zhǎng)所需的溫度梯度，提高晶體生長(zhǎng)速度；3.對(duì)高溫硅熔體起保溫作用，節(jié)約開(kāi)爐能耗。進(jìn)一步提高晶體生長(zhǎng)速度，要求晶體更加有效、快速地散熱。更重要的是，隨著硅單晶及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的日益發(fā)展，直拉硅單晶的直徑要求不斷增大。晶體直徑越大，晶體生長(zhǎng)時(shí)所需釋放的結(jié)晶潛熱越多；晶體散熱越困難，越難提高晶體生長(zhǎng)速度。傳統(tǒng)的熱屏裝置已不能滿(mǎn)足當(dāng)前生產(chǎn)要求。 研制開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)更加科學(xué)、合理，原理更加先進(jìn)，更合適于大直徑直拉硅單晶生長(zhǎng)的熱屏裝置成為亟待解決的問(wèn)題。上海漢虹精密機(jī)械有限公司的名稱(chēng)為“單晶爐裝置”的專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào) 201010112330. 1，2010年9月22日公開(kāi))中，公開(kāi)了一種用于直拉硅單晶的單晶爐裝置，其包括了一種熱屏裝置。該熱屏裝置由斷熱材、熱屏罩、反射板組成。斷熱材下部直徑小于上部直徑，其內(nèi)側(cè)和外側(cè)分別被內(nèi)熱屏罩和外熱屏罩覆蓋；內(nèi)熱屏罩內(nèi)側(cè)放置有反射板。拉晶時(shí)，熱屏置于石英坩堝上方，其下底邊與熔硅保持一定距離；反射板環(huán)繞晶體。斷熱材對(duì)熔硅起保溫作用，降低了電力消耗；反射板將晶體表面的熱輻射向上反射，達(dá)到提高晶體冷卻的效果，提高了晶體生長(zhǎng)速度。這種熱屏裝置雖然能夠在一定程度上提高晶體生長(zhǎng)速度、 降低能耗，但是仍存在以下不足
首先，由反射板向上反射的熱輻射仍有較大部分被晶體吸收，不能最大程度加大晶體散熱。其次，外熱屏罩和內(nèi)熱屏罩是一體連接的熱屏罩，外熱屏罩與內(nèi)熱屏罩之間存在直接熱傳遞，不利于內(nèi)熱屏罩溫度的降低，而內(nèi)熱屏罩溫度降低有利于與高溫晶體形成大的溫度梯度，加大晶體的散熱
發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置，以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，所采取的技術(shù)方案是一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置，包括外筒、隔熱層和內(nèi)筒，其特征在于還包括熱反射層、隔熱墊I、隔熱墊II，所述熱反射層置于外筒與隔熱層之間；所述隔熱層置于熱反射層與內(nèi)筒之間；所述隔熱墊I設(shè)置在熱屏裝置上端的外筒和內(nèi)筒之間，隔熱墊I的一端與隔熱層相接緊配合，所述隔熱墊II設(shè)置在熱屏裝置底端的外筒和內(nèi)筒之間，隔熱墊II的一端與隔熱層相接緊配合。本發(fā)明的特點(diǎn)是首先，鉬片熱反射層與碳?xì)指魺釋有纬傻碾p層結(jié)構(gòu)可更徹底地隔斷高溫爐體及熔硅對(duì)晶體的熱輻射，同時(shí)有效防止鉬片熱反射層反射的熱輻射對(duì)晶體的作用，更大程度加大了晶體的散熱，提高了晶體生長(zhǎng)速度。其次，石墨外筒與內(nèi)筒之間無(wú)直接接觸，由隔熱碳?xì)?、碳?xì)指魺釅|隔斷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熔硅更強(qiáng)的保溫，進(jìn)一步降低了開(kāi)爐功耗，節(jié)省了生產(chǎn)成本。再次，本發(fā)明熱屏裝置的石墨外筒、內(nèi)筒由傳統(tǒng)方法制造，其他部分無(wú)特殊加工要求，成本低廉、容易實(shí)現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、外筒，2、熱反射層，3、隔熱層，4、隔熱墊1，5、隔熱墊11，6、內(nèi)筒。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置，包括外筒1、隔熱層3和內(nèi)筒6， 還包括熱反射層2、隔熱墊14、隔熱墊115，熱反射層2置于外筒1與隔熱層3之間；隔熱層 3置于熱反射層2與內(nèi)筒6之間；隔熱墊14設(shè)置在熱屏裝置上端的外筒1和內(nèi)筒6之間， 隔熱墊14的一端與隔熱層3相接緊配合，隔熱墊115設(shè)置在熱屏裝置低端的外筒1和內(nèi)筒 6之間，隔熱墊115的一端與隔熱層3相接緊配合。隔熱墊14、隔熱墊115形狀相同，為中空的環(huán)狀體。由等靜壓高純石墨制成外筒，其上部約四分之一高度略呈錐型敞口，其余下部為空心圓柱外形，頂端有向外水平延伸的邊沿，底端有向內(nèi)水平延伸的邊沿。將0. 5mm厚冷軋鉬片剪裁成矩形，其長(zhǎng)等于外筒內(nèi)壁周長(zhǎng)，寬略小于外筒高；上部約四分之一高度按外筒錐型敞口煨彎；將此矩形鉬片緊貼外筒內(nèi)壁彎曲鋪設(shè)，形成熱反射層。該鉬片熱反射層可以反射高溫爐體以及熔硅對(duì)晶體的大部分熱輻射，進(jìn)一步加大晶體與熔硅之間固液界面的溫度梯度，加快結(jié)晶潛熱的釋放，提高晶體的冷卻速率，加快晶體生長(zhǎng)速度。將碳?xì)盅劂f片熱反射層內(nèi)表面(與鉬片和外筒接觸面相對(duì)的面)鋪設(shè)，厚度一定， 形成隔熱層。該碳?xì)指魺釋拥淖饔脼楦魯嚆f片熱反射層與內(nèi)筒之間的熱傳導(dǎo)，利于晶體散熱。有利于形成適于晶體生長(zhǎng)的溫度梯度。將碳?xì)旨舨贸上鄳?yīng)圓環(huán)形即隔熱墊I、隔熱墊II，分別放置于外筒頂端、底端邊沿，作為隔熱墊。由等靜壓高純石墨制成內(nèi)筒，其呈倒置空心錐臺(tái)，錐角；大端有向外水平延伸的邊沿；小端有“"1 ”形邊沿；整體壁厚均勻；此內(nèi)筒沿與外筒同一軸線(xiàn)放入順序鋪設(shè)了鉬片熱反射層、碳?xì)指魺釋拥耐馔?，形成完整的熱屏裝置。拉晶操作中，熱屏裝置沿與坩堝相同軸線(xiàn)安置于坩堝上方，其下底面與熔硅保持一定距離。外筒頂端邊沿外徑等于內(nèi)筒大端邊沿外徑；外筒底端邊沿內(nèi)徑等于內(nèi)筒小端外徑。外筒頂端邊沿與內(nèi)筒大端邊沿之間，外筒底端邊沿與內(nèi)筒小端底邊之間均由碳?xì)指魺釅|隔開(kāi)。該隔熱墊隔斷外筒與內(nèi)筒之間的熱交換，利于晶體散熱，進(jìn)一步加快晶體生長(zhǎng)速度。上述熱屏裝置各組成部分之間不設(shè)緊固、連接部，以便于安裝、拆卸、清理及部件更換。上述熱屏裝置的外形尺寸根據(jù)具體爐臺(tái)及熱場(chǎng)確定。另外，為更便于鉬片熱反射層制造，也可將0. 5mm厚冷軋鉬片剪裁成若干寬度相等小矩形，其長(zhǎng)略小于外筒高，此小矩形鉬片緊貼外筒內(nèi)壁、長(zhǎng)邊相鄰、相鄰鉬片之間無(wú)間隔均勻放置，同樣可達(dá)到本發(fā)明目的。實(shí)施例1
采用22寸熱場(chǎng)，135kg投料量，拉制8寸太陽(yáng)能級(jí)硅單晶。上述熱屏裝置沿與坩堝相同軸線(xiàn)安置于坩堝上方?？刂茪鍤饬髁繛?0-80slm，爐內(nèi)壓力維持在15-20 T。坩堝轉(zhuǎn)速為 6-10轉(zhuǎn)/分，晶轉(zhuǎn)速度為8-12轉(zhuǎn)/分。按照常規(guī)直拉法工藝進(jìn)行引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾。其中，引晶堝位控制導(dǎo)流筒距離熔硅液面15-35mm，頭部拉速設(shè)定為75_80mm/h ；隨著晶體長(zhǎng)度增加，拉速逐漸減小，中部生長(zhǎng)速度控制在65-70mm/h。使用本方法可將現(xiàn)有22寸熱場(chǎng)硅單晶生長(zhǎng)的平均速度從0. 9mm/h提高到1. 23mm/h,提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。 說(shuō)明本發(fā)明直拉硅單晶爐熱屏裝置適于大直徑直拉硅單晶的生產(chǎn)。實(shí)施例2
由等靜壓高純石墨制成外筒，其上部約四分之一高度略呈錐型敞口，其余下部為空心圓柱外形，頂端有向外水平延伸的邊沿，底端有向內(nèi)水平延伸的邊沿。將0. 5mm厚冷軋鉬片剪裁成若干寬度相等小矩形，其長(zhǎng)略小于外筒高，此小矩形鉬片緊貼外筒內(nèi)壁、長(zhǎng)邊相鄰、相鄰鉬片之間無(wú)間隔均勻放置，形成熱反射層。將碳?xì)盅劂f片熱反射層內(nèi)表面(與鉬片和外筒接觸面相對(duì)的面)鋪設(shè)，厚度一定， 形成隔熱層。將碳?xì)旨舨贸上鄳?yīng)圓環(huán)形，放置于外筒頂端、底端邊沿，作為隔熱墊。由等靜壓高純石墨制成內(nèi)筒，其呈倒置空心錐臺(tái)，錐角；大端有向外水平延伸的邊沿；小端有“"1 ”形邊沿；整體壁厚均勻；此內(nèi)筒沿與外筒同一軸線(xiàn)放入順序鋪設(shè)了鉬片熱反射層、碳?xì)指魺釋拥耐馔?，形成完整的熱屏裝置。外筒頂端邊沿外徑等于內(nèi)筒大端邊沿外徑；外筒底端邊沿內(nèi)徑等于內(nèi)筒小端內(nèi)徑。外筒頂端邊沿與內(nèi)筒大端邊沿之間，外筒底端邊沿與內(nèi)筒小端底邊之間均由碳?xì)指魺釅|隔開(kāi)。采用20寸熱場(chǎng)，95-100kg投料量，拉制6. 5太陽(yáng)能級(jí)硅單晶。上述熱屏裝置沿與坩堝相同軸線(xiàn)安置于坩堝上方。按照常規(guī)直拉法工藝進(jìn)行引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾。其中，引晶堝位控制導(dǎo)流筒距離熔硅液面30-35mm，使用本方法可將現(xiàn)有20寸熱場(chǎng)硅單晶生長(zhǎng)的平均速度從1. 22mm/h提高到1. 35mm/h，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置，包括外筒(1)、隔熱層(3)和內(nèi)筒(6)，其特征在于還包括熱反射層(2)、隔熱墊I (4)、隔熱墊II (5)，所述熱反射層(2)置于外筒(1)與隔熱層(3)之間；所述隔熱層(3)置于熱反射層(2)與內(nèi)筒(6)之間；所述隔熱墊I (4)設(shè)置在熱屏裝置上端的外筒(1)和內(nèi)筒(6)之間，隔熱墊I (4)的一端與隔熱層(3)相接緊配合，所述隔熱墊II (5)設(shè)置在熱屏裝置底端的外筒(1)和內(nèi)筒(6)之間，隔熱墊II (5)的一端與隔熱層(3)相接緊配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置，其特征在于所述隔熱墊I (4)、隔熱墊II (5)形狀相同，為中空的環(huán)狀體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置，包括外筒、隔熱層和內(nèi)筒，還包括熱反射層、隔熱墊I、隔熱墊II，熱反射層置于外筒與隔熱層之間；隔熱層置于熱反射層與內(nèi)筒之間；隔熱墊I設(shè)置在熱屏裝置上端的外筒和內(nèi)筒之間，隔熱墊I的一端與隔熱層相接緊配合，隔熱墊II設(shè)置在熱屏裝置底端的外筒和內(nèi)筒之間，隔熱墊II的一端與隔熱層相接緊配合。本發(fā)明的特點(diǎn)是有效防止鉬片熱反射層反射的熱輻射對(duì)晶體的作用，更大程度加大了晶體的散熱，提高了晶體生長(zhǎng)速度。實(shí)現(xiàn)了對(duì)熔硅更強(qiáng)的保溫，進(jìn)一步降低了開(kāi)爐功耗，節(jié)省了生產(chǎn)成本。成本低廉、容易實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)C30B15/00GK102352530SQ201110351048
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者尚偉澤, 梁山, 沈浩平, 王軍磊, 谷守偉, 高樹(shù)良, 高潤(rùn)飛 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古中環(huán)光伏材料有限公司