CN100371506C - 单晶炉的保温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单晶炉的保温装置。该装置具有热屏、保温罩和保温炉底。保温罩为碳纤维或石墨制成的中空柱体，保温罩设置在保温炉底的上端，热屏设置在保温罩的上端。本发明的碳纤维制成的保温罩和保温炉底，大大降低了单晶炉的使用功率，相对于现有的单晶炉可节能20%至30%；同时使单晶炉中的熔硅和晶体具有较好的纵向温度梯度，利于提高单晶硅晶体生长的成品率。当保温炉底上还具有碳毡制成的隔温层时，能进一步提高保温性能。当在隔温层上设置压片，在隔温层的轴孔和电源孔处设置空心隔离圆柱时，能提高的受压强度，同时隔温层中的碳毡不易变形，延长了使用寿命。当保温裹层裹绕在保温罩外侧时，能提高单晶炉侧面的保温性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种单晶炉的保温装置。
背景技术
单晶炉的热系统的好坏能直接影响拉晶的成品率和耗能。现有的国内外的单晶炉只重视侧向的保温，而上下部分都比较开放，造成大量能量损失，必须加大功耗。同时熔硅和晶体的纵向温度梯度较大，如中国专利文献CN1272146A中的“背景技术”中所描述的，纵向温度梯度是关系到单晶硅晶体生长过程中，决定晶体成品质量的一个重要因素。其中进一步说明，纵向温度梯度高就会提高单晶硅毛坯在固化时形成的内在点缺陷的浓度，导致熔体中常发生均匀成核及坩埚边缘常会生成非均匀晶核，难以保持一个平坦的固液交界面，从而难以提高单晶硅晶体生长的成品率。为解决上述技术问题，中国专利文献CN1272146A公开了一种拉晶炉用热屏蔽，该热屏蔽包括一种反射器，其所具有环绕正在生长毛坯的中央开口的尺寸和形状能减少来自坩埚的传热。但该申请的热屏蔽仅仅解决了单晶炉的上端的散热问题，还没有解决下端散热的问题，特别是加热器有效发热部位离炉底很近，大量热能从炉底损失是能源浪费的关键部位；同时该申请不能较好解决熔硅和晶体的纵向温度梯度较差的问题。中国专利文献CN1417386A公开了一种直拉硅单晶炉热屏方法及热屏蔽器，在该申请中虽然在单晶炉的底部具有碳保温层，但是因为在该碳保温层的两侧具有排气口，大量的热能从该排气口中导出并损失掉了，因此该申请的单晶炉的底部保温的效果还不够显著，还不能彻底解决单晶炉炉底保温的目的和节能的要求；同时该申请不能较好解决熔硅和晶体的纵向温度梯度较差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能使单晶炉中的熔硅和晶体的纵向温度梯度好、利于提高单晶硅晶体生长的成品率且节能的单晶炉的保温装置。
实现本发明目的的技术方案是，本发明的单晶炉的保温装置具有热屏和保温罩，还具有保温炉底；保温罩为碳纤维或石墨制成的中空柱体，保温罩设置在保温炉底的上端，热屏设置在保温罩的上端；保温炉底为由石墨制成，保温炉底具有底盘、槽外壁柱和槽内壁柱；槽外壁柱和槽内壁柱垂直于底盘，槽外壁柱与槽内壁柱之间为槽，槽内由碳毡填满。
上述技术方案中，底盘上具有轴孔、电源孔；轴孔的轴心即为柱体保温炉底的轴心，电源孔的圆心均匀分布在底盘上的圆上，且轴孔、电源孔所在平面垂直于保温炉底的柱体轴心线；轴孔、电源孔均具有上圆孔和下圆孔，且各个上圆孔与下圆孔之间具有搁置台。
上述技术方案中，保温炉底还具有碳毡制成的、设置在底盘上的隔温层，隔温层具有轴孔和4个电源孔，它们圆心的位置与底盘上的轴孔、电源孔的圆心的位置上下对应，隔温层的轴孔的直径等于底盘的轴孔的上圆孔的直径，隔温层的4个电源孔的直径等于底盘的电源孔的上圆孔的直径。
上述技术方案中，槽内壁柱具有上槽内壁柱和下槽内壁柱，上槽内壁柱和下槽内壁柱的接触面上具有支撑台；还具有石墨制成的、搁置于支撑台上的圆形压片；压片也具有轴孔和4个电源孔，它们圆心的位置与底盘上的轴孔、电源孔的圆心的位置上下对应，压片的轴孔直径等于底盘的轴孔的上圆孔的直径，压片的4个电源孔的直径等于底盘的电源孔的上圆孔的直径。
上述技术方案中，在保温罩与保温炉底之间设置有圆环状的托座；托座具有阶梯槽和凸台，阶梯槽的上端面为搁置面；托座置于保温炉底上端，且凸台与槽紧配合；保温罩搁置在搁置面上。
上述技术方案中，还具有由石墨或石英制成的空心隔离圆柱；空心隔离圆柱搁置在底盘的电源孔内的搁置台上。
上述技术方案中，还有保温裹层，保温裹层为裹绕在保温罩外侧的10至20层碳毡。
本发明具有的积极效果：(1)本发明的通过使用碳纤维制成的保温罩和保温炉底使单晶炉中的熔硅和晶体具有较好的纵向温度梯度，利于提高单晶硅晶体生长的成品率，且相对于现有的单晶炉可节能20％至30％。(2)本发明的保温炉底上还具有碳毡制成的隔温层，进一步提高了保温性能。(3)在隔温层上设置压片，在隔温层的轴孔和电源孔处设置空心隔离圆柱，使增强了受压强度，同时隔温层中的碳毡不易变形，延长了使用寿命。(4)保温裹层裹绕在保温罩外侧，进一步提高了单晶炉侧面的保温性能。
附图说明
图1为本发明的单晶炉的纵向截面示意图。
图2为图1中的保温炉底的纵向截面示意图。
图3为图2中的保温炉底的俯视图。
图4为图1中的托座6的纵向截面示意图。
图5为图1中的压片8的纵向截面示意图。
图6为图5中的压片8的俯视图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1，本实施例的单晶炉的保温装置具有热屏1、保温裹层3、保温罩4、托座6、保温炉底7和压片8。保温罩4内设置加热器5，加热器5内为晶体生长室2。
热屏1设置在保温罩4的上端。
保温裹层3为裹绕在保温罩4外侧的10层(其它实施例中可以是5层或15层)碳毡。
保温罩4由厚度为8毫米的碳纤维制成的中空柱体。
在保温罩4与保温炉底7之间设置有圆环状的托座6。见图4，托座6具有阶梯槽61和凸台62，阶梯槽61的上端面为搁置面63；托座6置于保温炉底7上端，且凸台62与槽74紧配合；保温罩4搁置在搁置面63上。
见图2，保温炉底7为由石墨制成的圆槽体，保温炉底7高200毫米，外径为785毫米。
保温炉底7具有底盘71、槽外壁柱72和槽内壁柱73；槽外壁柱72和槽内壁柱73垂直于底盘71，槽外壁柱72与槽内壁柱73之间为槽74，槽74内由碳毡填满。
见图3，底盘71上具有轴孔711、电源孔712、713、714、715；轴孔711的轴心即为柱体保温炉底7的轴心，电源孔712、713、714、715的圆心均匀分布在底盘71上的圆716上，且轴孔711、电源孔712、713、714、715所在平面垂直于保温炉底7的柱体轴心线。
轴孔711、电源孔712、713、714、715均具有上圆孔和下圆孔，且各个上圆孔与下圆孔之间具有搁置台。轴孔711的上圆孔和下圆孔的直径分别为112毫米和90毫米，电源孔712、713、714、715均的上圆孔和下圆孔的直径分别为122毫米和100毫米。槽74的内外径分别为653毫米和755毫米，底盘71厚25毫米。
保温炉底7还具有碳毡制成的、设置在底盘71上的隔温层75，隔温层75具有轴孔和4个电源孔，它们圆心的位置与底盘71上的轴孔711、电源孔712、713、714、715的圆心的位置上下对应，隔温层75的轴孔的直径等于底盘71的轴孔711的上圆孔的直径，隔温层75的4个电源孔的直径等于底盘71的电源孔712、713、714、715的上圆孔的直径。
槽内壁柱73具有上槽内壁柱731和下槽内壁柱732，上槽内壁柱731和下槽内壁柱732的接触面上具有支撑台733；上槽内壁柱731的内径为623毫米，下槽内壁柱732的内径为603毫米。下槽内壁柱732高60毫米，上槽内壁柱731高115毫米。
见图1，用于保护隔温层75的圆形压片8搁置于支撑台733上。
见图5和图6，圆形压片8也具有轴孔和4个电源孔，它们圆心的位置与底盘71上的轴孔711、电源孔712、713、714、715的圆心的位置上下对应，压片8的轴孔直径等于底盘71的轴孔711的上圆孔的直径，压片8的4个电源孔的直径等于底盘71的电源孔712、713、714、715的上圆孔的直径。压片8厚15毫米，压片8的外径为619毫米。
由石英(在其它实施例中可以是石墨)制成的空心隔离圆柱76搁置在底盘71的电源孔内的搁置台上。
Claims (7)
1.一种单晶炉的保温装置，具有圆柱形保温罩(4)和置于保温罩(4)顶端的倒置圆锥台形的热屏(1)，保温罩(4)底端设有保温炉底(7)；所述的保温罩(4)为碳纤维或石墨制成的中空柱体；其特征在于：保温炉底(7)为由石墨制成，保温炉底(7)具有底盘(71)、槽外壁柱(72)和槽内壁柱(73)；槽外壁柱(72)和槽内壁柱(73)垂直于底盘(71)，槽外壁柱(72)与槽内壁柱(73)之间为槽(74)，槽(74)内由碳毡填满。
2.根据权利要求1所述的一种单晶炉的保温装置，其特征在于：底盘(71)上具有轴孔(711)、电源孔(712)、(713)、(714)、(715)；轴孔(711)的轴心即为柱体保温炉底(7)的轴心，电源孔(712)、(713)、(714)、(715)的圆心均匀分布在底盘(71)上的圆(716)上，且轴孔(711)、电源孔(712)、(713)、(714)、(715)所在平面垂直于保温炉底(7)的柱体轴心线；轴孔(711)、电源孔(712)、(713)、(714)、(715)均具有上圆孔和下圆孔，且各个上圆孔与下圆孔之间具有搁置台。
3.根据权利要求2所述的一种单晶炉的保温装置，其特征在于：保温炉底(7)还具有碳毡制成的、设置在底盘(71)上的隔温层(75)，隔温层(75)具有轴孔和4个电源孔，它们圆心的位置与底盘(71)上的轴孔(711)、电源孔(712)、(713)、(714)、(715)的圆心的位置上下对应，隔温层(75)的轴孔的直径等于底盘(71)的轴孔(711)的上圆孔的直径，隔温层(75)的4个电源孔的直径等于底盘(71)的电源孔(712)、(713)、(714)、(715)的上圆孔的直径。
4.根据权利要求3所述的一种单晶炉的保温装置，其特征在于：槽内壁柱(73)具有上槽内壁柱(731)和下槽内壁柱(732)，上槽内壁柱(731)和下槽内壁柱(732)的接触面上具有支撑台(733)；还具有石墨制成的、搁置于支撑台(733)上的圆形压片(8)；压片(8)也具有轴孔和4个电源孔，它们圆心的位置与底盘(71)上的轴孔(711)、电源孔(712)、(713)、(714)、(715)的圆心的位置上下对应，压片(8)的轴孔直径等于底盘(71)的轴孔(711)的上圆孔的直径，压片(8)的4个电源孔的直径等于底盘(71)的电源孔(712)、(713)、(714)、(715)的上圆孔的直径。
5.根据权利要求1所述的一种单晶炉的保温装置，其特征在于：在保温罩(4)与保温炉底(7)之间设置有圆环状的托座(6)；托座(6)具有阶梯槽(61)和凸台(62)，阶梯槽(61)的上端面为搁置面(63)；托座(6)置于保温炉底(7)上端，且凸台(62)与槽(74)紧配合；保温罩(4)搁置在搁置面(63)上。
6.根据权利要求4所述的一种单晶炉的保温装置，其特征在于：还具有由石墨或石英制成的空心隔离圆柱(76)；空心隔离圆柱(76)搁置在底盘(71)的电源孔内的搁置台上。
7.根据权利要求1所述的一种单晶炉的保温装置，其特征在于：还有保温裹层(3)，保温裹层(3)为裹绕在保温罩(4)外侧的10至20层碳毡。
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