CN101550588A

CN101550588A - 单晶炉的结构

Info

Publication number: CN101550588A
Application number: CNA2009100308948A
Authority: CN
Inventors: 潘燕萍; 潘国强
Original assignee: 潘燕萍; 潘国强
Current assignee: Changzhou Tianlong Optical Equipment Co., Ltd.
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2009-10-07

Abstract

本发明涉及利用多晶硅提拉出单晶硅的一种装置，具体是一种单晶炉的结构。该结构上炉体、炉盖、翻板箱、副炉内均设置有流通冷却液的夹层，炉底板上设置有加热装置和支撑装置，加热装置和支撑装置穿入炉体，炉体内设置有保温层和盛放多晶硅材料的容器，该保温层设置在炉体与加热装置之间，容器设置在支撑装置端部，炉体顶端设置有氩气的导流装置，翻板箱内设置有翻板闸门装置，副炉顶部设置有提拉机构，炉底板底部与翻板箱侧壁均设置有真空抽口，炉体、炉盖、翻板箱、副炉上均设置有镁棒接口。本发明的有益效果是提高生产效率，降低生产成本，延长了单晶炉的使用寿命。

Description

单晶炉的结构

技术领域

本发明涉及利用多晶硅提拉出单晶硅的一种装置，具体是一种单晶炉的结构。

技术背景

目前，直拉单晶炉是晶体生长设备中最重要的产品系列，用它来制作人工晶体，单晶生长速度最高，最容易实现人工控制，因此也获得了最广泛的应用。为了生长出大尺寸和高质量的单晶，人类几乎动用了一切先进的手段。可以说，在单晶炉上集成了材料、机械、电气、计算机、磁、光、仪等多方面的高端知识和技术，是一个国家机电一体化设备制造水平的反映。硅单晶体作为一种半导体材料，一般用于制造集成电路和其它电子元件。大部分的半导体硅单晶体采用直拉法制造，一般采用如下制造方法：多晶硅被装进石英坩埚内，加热熔化，然后，将熔硅略做降温，给予一定的过冷度，把一交特定晶向的硅单晶体(称作籽晶)装入硅籽晶夹持器中，将籽晶夹持器的上端通过连接件与籽晶轴连接，籽晶固定于夹持器的下端，并且使籽晶与硅熔体接触，通过调整熔体的温度和籽晶向上的提升速度，使籽晶体长大，上述方法采用的普通炉子不具有保温效果，在使用过程中浪费很多热能电能，因炉内温度较高，普通炉子采用不锈钢炉壁，该炉壁的使用寿命短，生产成本高。

发明目的

本发明针对上述技术中保温效果差使用寿命短的不足之处，提供一种节省能源使用寿命长生产成本低的单晶炉的结构。

实现本发明的技术方案如下：

单晶炉的结构，其从下至上的主部件依次具有炉底板、炉体、炉盖、翻板箱、副炉，炉体、炉盖、翻板箱、副炉内均设置有流通冷却液的夹层，炉底板上设置有加热装置和支撑装置，加热装置和支撑装置穿入炉体，该加热装置具有一腔体，支撑装置端部设置在该腔体内，炉体内设置有保温层和盛放多晶硅材料的容器，该保温层设置在炉体与加热装置之间，容器设置在支撑装置端部，炉体顶端设置有氩气的导流装置，翻板箱内设置有翻板闸门装置，副炉顶部设置有提拉机构，该提拉机构伸入副炉内，炉底板底部与翻板箱侧壁均设置有真空抽口，炉体、炉盖、翻板箱、副炉上均设置有镁棒接口。

所述的加热装置由电极装置和加热器组成，加热器设置在电极装置一端，电极装置另一端设置在炉底板上的电极孔座上，所述的腔体是加热器沿纵轴向环绕而成中空部分，加热器为蛇形石墨加热器。

所述的支撑装置由容器承托部、支撑轴装置、支撑驱动装置和旋转驱动装置组成，容器承托部设置在支撑轴装置的上端部，所述的容器设置在容器承托部内，支撑驱动装置设置在支撑轴装置下端部侧面与支撑轴装置台阶设置，旋转驱动装置设置在支撑轴装置下端部另一侧面与支撑轴装置传动带连接。

所述的翻板闸门装置由翻板闸门、摇臂装置和可转动的翻板轴组成，摇臂装置设置在翻板箱侧壁，翻板轴设置在翻板箱内，翻板闸门设置在翻板轴上。

所述的提拉机构由提拉头、控制提拉头轴向升降的升降驱动装置和控制提拉头周向转动的第二旋转驱动装置构成，提拉头和升降驱动装置之间通过钢丝连接，第二旋转驱动装置与钢丝之间带传动设置。

所述的支撑轴装置由支撑轴套、传动轴套以及支撑轴组成，支撑轴套固定设置在炉底板上，传动轴套设置在支撑轴的端部，支撑轴与支撑轴套间隙配合，传动轴套与支撑轴间隙配合并轴向台阶设置，支撑轴套与传动轴套之间设置有若干复位弹簧，所述的支撑驱动装置与传动轴套之间台阶设置，所述的旋转驱动装置与支撑轴端部之间设置有传动带。

所述的导流装置由设置在炉体壁上的支架和设置在支架上的漏斗状导流环组成，导流环设置在容器正上方。

所述的容器为坩埚，所述的炉底板与炉体之间、炉体与炉盖之间、炉盖与翻板箱之间、翻板箱与副炉之间均通过法兰连接。

所述的炉盖上设置有氩气的充气口、测径仪窗和观察窗。

采用了上述技术，单晶炉的结构，其从下至上的主部件依次具有炉底板、炉体、炉盖、翻板箱、副炉，炉体、炉盖、翻板箱、副炉内均设置有流通冷却液的夹层，夹层上均设置有冷却液的进口和出口，冷却液为水，这样保护了不锈钢炉体，使炉体的使用寿命增加，炉底板上设置有加热装置和支撑装置，加热装置和支撑装置穿入炉体，该加热装置具有一腔体，支撑装置端部设置在该腔体内，炉体内设置有保温层和盛放多晶硅材料的容器，该保温层设置在炉体与加热装置之间，容器设置在支撑装置端部，炉体顶端设置有氩气的导流装置，该装置能把氩气直接到流到容器内，翻板箱内设置有翻板闸门装置，翻板箱闸门能开启闭合，实现换料加料的的过程，副炉顶部设置有提拉机构，该提拉机构伸入副炉内，该提拉机构端部设置有提拉头，提拉头用来夹持籽晶，炉底板底部与翻板箱侧壁均设置有真空抽口，真空抽口用来抽掉的炉体和翻板箱内的杂质气体，提高生产效率，炉体、炉盖、翻板箱、副炉上均设置有镁棒接口，镁棒接口里设置镁棒，让镁棒与夹层里水的氯离子等离子反应，防止这些离子去侵蚀不锈钢的壁体，延长炉子的使用寿命，炉底板与炉体之间、炉体与炉盖之间、炉盖与翻板箱之间、翻板箱与副炉之间均通过法兰连接，法兰之间没有连接螺栓或者焊接，直接利用自身重力和外部大气压力密封，本实用新型的有益效果是提高生产效率，降低生产成本，延长了单晶炉的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图；

图2为本发明的主视图；

图3为石墨加热器展开示意图；

图中，1、炉底板，11、电极装置，12、加热器，13、腔体，14、电极孔座，15、容器承托部，16、支撑轴，17、支撑轴套，18、复位弹簧，19、传动轴套，110、支撑驱动装置，111、旋转驱动装置，112、传动带，2、炉体，21、保温层，22、容器，23、导流环，24、支架，3、炉盖，31、充气口，32、测径仪窗，33、观察窗，4、翻板箱，41、翻板闸门，42、摇臂装置，43、翻板轴，5、副炉，51、升降驱动装置，52、第二旋转驱动装置，53、钢丝，54、提拉头，6、夹层，8、真空抽口，9、镁棒接口，10、法兰，11、籽晶

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，单晶炉的结构，其从下至上的主部件依次具有炉底板1、炉体2、炉盖3、翻板箱4、副炉5，炉底板1与炉体2之间、炉体2与炉盖3之间、炉盖3与翻板箱4之间、翻板箱4与副炉5之间均通过法兰10连接，炉体2、炉盖3、翻板箱4、副炉5内均设置有流通冷却液的夹层6，炉底板1上设置有加热装置和支撑装置，加热装置和支撑装置穿入炉体2，该加热装置具有一腔体13，支撑装置端部设置在该腔体13内，加热装置由电极装置11和加热器12组成，加热器12设置在电极装置11一端，电极装置11另一端设置在炉底板1上的电极孔座14上，腔体13是加热器12沿纵轴向环绕而成中空部分，加热器12为蛇形石墨加热器，支撑装置由容器承托部15、支撑轴装置、支撑驱动装置110和旋转驱动装置111组成，容器承托部15设置在支撑轴装置的上端部，炉体2内设置有保温层21和盛放多晶硅材料的容器22，容器22设置在容器承托部15内，支撑驱动装置110设置在支撑轴装置下端部侧面与支撑轴装置台阶设置，旋转驱动装置111设置在支撑轴装置下端部另一侧面与支撑轴装置传动带连接，支撑轴装置由支撑轴套17、传动轴套19以及支撑轴16组成，支撑轴套17固定设置在炉底板1上，传动轴套19设置在支撑轴16的端部，支撑轴16与支撑轴套17间隙配合，传动轴套19与支撑轴16间隙配合并轴向台阶设置，支撑轴套17与传动轴套19之间设置有若干复位弹簧18，支撑驱动装置110与传动轴套19之间台阶设置，传动带112设置在旋转驱动装置111与支撑轴16端部之间，保温层21设置在炉体2与加热装置之间，容器22设置在支撑装置端部，炉体2顶端设置有氩气的导流装置，导流装置由设置在炉体壁上的支架24和设置在支架上24的漏斗状导流环23组成，导流环23设置在容器22正上方，容器22为坩埚，翻板箱4内设置有翻板闸门装置，翻板闸门装置由翻板闸门41、摇臂装置42和可转动的翻板轴43组成，摇臂装置42设置在翻板箱4侧壁，翻板轴43设置在翻板箱4内，翻板闸门41设置在翻板轴43上，副炉5顶部设置有提拉机构，该提拉机构伸入副炉5内，提拉机构由提拉头54、控制提拉头轴向升降的升降驱动装置51和控制提拉头周向转动的第二旋转驱动装置52构成，提拉头54和升降驱动装置51之间通过钢丝53连接，第二旋转驱动装置52与钢丝53之间带传动设置，炉底板1底部与翻板箱4侧壁均设置有真空抽口8，炉体2、炉盖3、翻板箱4、副炉5上均设置有镁棒接口9，炉盖3上设置有氩气的充气口31、测径仪窗32和观察窗33。

该单晶炉的工作原理是，首先将炉体2内清理干净，按工艺要求把保温层21、加热器12、坩埚22安装好，将多晶硅放入坩埚22内，并把籽晶11夹在提拉机构的提拉头54上，合炉后，从真空抽口8开始抽真空，当真空度至5Pa时，开始利用加热装置加热，并从充气口31处冲氩气，加热的同时，夹层6内开始通循环水给炉壁降温，待多晶硅熔化后，紫晶11与液面开始接触并拉晶，此时支撑驱动装置110开始上升带动支撑轴16上升，同时旋转驱动装置111驱动支撑轴16周向转动，第二旋转驱动装置52驱动钢丝53带动提拉头54上的籽晶11座周向转动，直至拉完，炉冷后取出单晶。如拉制过程中出现问题，升降驱动装置51驱动钢丝53带动提拉头54上的籽晶11上升至副炉5，通过摇臂装置42关闭翻板箱4内的翻板闸门41，然后打开副炉5取出晶体，重新安装籽晶，将副炉5复位后，开始抽副炉5至真空，待副炉5与炉体2真空平衡后，打开翻板闸门41，籽晶11进入炉体2内继续拉晶。

Claims

1、单晶炉的结构，其从下至上的主部件依次具有炉底板、炉体、炉盖、翻板箱、副炉，其特征在于：炉体、炉盖、翻板箱、副炉内均设置有流通冷却液的夹层，炉底板上设置有加热装置和支撑装置，加热装置和支撑装置穿入炉体，该加热装置具有一腔体，支撑装置端部设置在该腔体内，炉体内设置有保温层和盛放多晶硅材料的容器，该保温层设置在炉体与加热装置之间，容器设置在支撑装置端部，炉体顶端设置有氩气的导流装置，翻板箱内设置有翻板闸门装置，副炉顶部设置有提拉机构，该提拉机构伸入副炉内，炉底板底部与翻板箱侧壁均设置有真空抽口，炉体、炉盖、翻板箱、副炉上均设置有镁棒接口。

2、根据权利要求1所述的单晶炉的结构，其特征在于：所述的加热装置由电极装置和加热器组成，加热器设置在电极装置一端，电极装置另一端设置在炉底板上的电极孔座上，所述的腔体是加热器沿纵轴向环绕而成中空部分，加热器为蛇形石墨加热器。

3、根据权利要求1所述的单晶炉的结构，其特征在于：所述的支撑装置由容器承托部、支撑轴装置、支撑驱动装置和旋转驱动装置组成，容器承托部设置在支撑轴装置的上端部，所述的容器设置在容器承托部内，支撑驱动装置设置在支撑轴装置下端部侧面与支撑轴装置台阶设置，旋转驱动装置设置在支撑轴装置下端部另一侧面与支撑轴装置带传动设置。

4、根据权利要求1所述的单晶炉的结构，其特征在于：所述的翻板闸门装置由翻板闸门、摇臂装置和可转动的翻板轴组成，摇臂装置设置在翻板箱侧壁，翻板轴设置在翻板箱内，翻板闸门设置在翻板轴上。

5、根据权利要求1所述的单晶炉的结构，其特征在于：所述的提拉机构由提拉头、控制提拉头轴向升降的升降驱动装置和控制提拉头周向转动的第二旋转驱动装置构成，提拉头和升降驱动装置之间通过钢丝连接，第二旋转驱动装置与钢丝之间带传动设置。

6、根据权利要求3所述的单晶炉的结构，其特征在于：所述的支撑轴装置由支撑轴套、传动轴套以及支撑轴组成，支撑轴套固定设置在炉底板上，传动轴套设置在支撑轴的端部，支撑轴与支撑轴套间隙配合，传动轴套与支撑轴间隙配合并轴向台阶设置，支撑轴套与传动轴套之间设置有若干复位弹簧，所述的支撑驱动装置与传动轴套之间台阶设置，所述的旋转驱动装置与支撑轴端部之间设置有传动带。

7、根据权利要求1所述的单晶炉的结构，其特征在于：所述的导流装置由设置在炉体壁上的支架和设置在支架上的漏斗状导流环组成，导流环设置在容器正上方。

8、根据权利要求1所述的单晶炉的结构，其特征在于：所述的容器为坩埚，所述的炉底板与炉体之间、炉体与炉盖之间、炉盖与翻板箱之间、翻板箱与副炉之间均通过法兰连接。

9、根据权利要求1所述的单晶炉的结构，其特征在于：所述的炉盖上设置有氩气的充气口、测径仪窗和观察窗。