CN101914808A - 可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场 - Google Patents

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黄强
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Abstract

本发明涉及硅单晶炉设备技术领域，特别是一种可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场。它包括炉腔、炉腔内具有保温筒、热屏装置和坩埚，保温筒包围在坩埚外侧，热屏装置盖设在保温筒上形成封闭式热场，通入炉腔上部的保护气体通过热屏装置向下进入坩埚，然后通过热屏装置与坩埚之间的间隙向上流动进入热屏装置与保温筒所围形成的保温腔，在热屏装置上开设导气孔，保护气体直接通过导气孔进入保温腔上部，导气孔的两端开口高于坩埚上沿。通过在热屏装置上开设导气孔，引导小部分保护气体进入热屏装置与保温筒之间的顶部空间，改善热屏装置与保温筒间隙内的气流结构，避免富含挥发份的气体在该处滞留以及挥发份在该处避免上的沉积。

Description

可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场
技术领域
本发明涉及硅单晶炉设备技术领域，特别是一种可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场。
背景技术
切克劳斯基法即CZ直拉单晶法，通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，在惰性气体的保护下，经过引晶、放肩、转肩、等径生长、收尾、取出晶体等步骤，完成硅单晶体的生长。因硅的熔点较高，在拉直单晶过程中需要耗费大量的电能。因此，从降低能耗和组织单晶炉内气体流场的考虑，现在，单晶热场基本引入了热屏装置。相比较开放式热场，能耗得以大大降低，且热场部件的寿命也得以提高。同时，由于热屏装置的引入，增加了晶体纵向温度梯度，一定程度上增加了拉晶速度，提高了产能，缩短了周期。
但是，由于气流的走向问题，气流沿热屏外侧向上流动，绕过石英坩埚壁后向下折回，沿坩埚与保温筒之间的间隙内，向下流动。从而在靠近热屏与保温筒之间的顶部空间，由于没有出气口，形成一个或多个气流漩涡，导致携带有挥发物质的气体在该处长期滞留，不能及时排走。从而使挥发份沉积在热屏外侧，现实生产中，在拆炉清扫时，经常在热屏外侧的顶部部分看到或多或少的淡黄色粉末，即为硅的氧化物沉积在热屏外侧的结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：改善热屏与上保温筒之间空隙内的气流流动形式，避免富含挥发份的气体在该处滞留。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场，包括炉腔、炉腔内具有保温筒、热屏装置和坩埚，保温筒包围在坩埚外侧，热屏装置盖设在保温筒上形成封闭式热场，通入炉腔上部的保护气体通过热屏装置向下进入坩埚，然后通过热屏装置与坩埚之间的间隙向上流动进入热屏装置与保温筒所围形成的保温腔，在热屏装置上开设导气孔，保护气体直接通过导气孔进入保温腔上部，导气孔的两端开口高于坩埚上沿。
热屏装置包括热屏支撑板和架设在热屏支撑板上的热屏，导气孔设置在热屏上。
导气孔位于热屏的上部，并且沿热屏圆周均匀分布，所有导气孔与热屏上沿的距离相等。
导气孔与热屏上沿的距离为30～50mm；导气孔为圆形或多边形，流通面积为20-50mm2；导气孔的个数为6～36个。
热屏装置包括热屏支撑板和架设在热屏支撑板上的热屏，导气孔设置在热屏支撑板上。
导气孔沿热屏支撑板圆周均匀分布。
本发明的有益效果是：通过在热屏装置上开设导气孔，引导小部分保护气体进入热屏装置与保温筒之间的顶部空间，改善热屏装置与保温筒间隙内的气流结构，避免富含挥发份的气体在该处滞留以及挥发份在该处避免上的沉积。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1本发明中热屏的俯视图；
图2本发明中热屏的剖视图；
图3传统热屏与本发明在使用时的流场分布；
图4对热屏支撑板开设导气孔后的流场分布；
其中：1、炉腔，2、保温筒，3、坩埚，3-1.石墨坩埚，3-2.石英坩埚，4、导气孔，5、热屏支撑板，6热屏，6-1.热屏外层，6-2.热屏内层，6-3.保温材料。
具体实施方式
一种可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场，包括炉腔1、炉腔1内具有保温筒2、热屏装置和坩埚3，保温筒2包围在坩埚1外侧，热屏装置盖设在保温筒2上形成封闭式热场，通入炉腔1上部的保护气体通过热屏装置向下进入坩埚3，然后通过热屏装置与坩埚3之间的间隙向上流动进入热屏装置与保温筒2所围形成的保温腔，在热屏装置上开设导气孔4，保护气体直接通过导气孔4进入保温腔上部，导气孔4的两端开口高于坩埚3上沿。
如图1、2、3所示，热屏装置包括热屏支撑板5和架设在热屏支撑板5上的热屏6。热屏6由热屏内层6-2、热屏外层6-1和热屏内外层之间的保温材料6-3构成。导气孔4设置在热屏6上。导气孔4位于热屏6的上部，并且沿热屏6圆周均匀分布。导气孔4与热屏6上沿的距离为30～50mm；导气孔4为圆形或多边形，流通面积为20-50mm2；导气孔4的个数为6～36个。
坩埚3分为石墨坩埚3-1和坐设在石墨坩埚3-1内的石英坩埚3-2， 硅料放置在石英坩埚3-2内。
由于保护气体在流经热屏外层6-1与石英坩埚3-2的空隙时，受摩擦力的作用，压力降低，因此导气孔4两端存在气体压力差。在压差的作用下，小部分保护气体直接通过导气孔4进入热屏外层6-1与保温筒2之间的空间上部，然后通过石墨坩埚3-1与保温筒2之间的间隙向下流动。从而改善了该处的气流结构，避免富含挥发份的气体在该处滞留。
图3给出了使用传统热屏与本发明的两种单晶热场内的流场结构仿真分析的比较。图中的小箭头用于显示气体流向。左侧为传统热屏，右侧为本发明热屏。使用传统热屏的热场，在热屏6与保温筒2之间的空间内存在明显的气流涡旋。而使用本发明的热场，热屏6与保温筒2之间的气流没有涡旋，来自导气孔4的气体与来自石英坩埚3-2和热屏外层6-1间隙的气体混合后经过石墨坩埚3-1与保温筒2的间隙向下流动。
同样道理可知，对热屏支撑板5进行改造，开设导气孔4连通热屏支撑板5上、下空间内气体，导气孔4沿热屏支撑板5圆周均匀分布，同样可以引导小部分新鲜保护气体对热屏外层6-1与保温筒2之间的气流状况进行调整。如图4所示。左侧为无导气孔的热屏支撑板，右侧为有导气孔4的热屏支撑板5。从对气流模拟的结果上看，有导气孔4的热屏支撑板5，热屏外层6-1与保温筒2之间的气流状态良好，不存在气流涡旋。

Claims (6)

1.一种可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场，包括炉腔(1)、炉腔(1)内具有保温筒(2)、热屏装置和坩埚(3)，保温筒(2)包围在坩埚(1)外侧，热屏装置盖设在保温筒(2)上形成封闭式热场，通入炉腔(1)上部的保护气体通过热屏装置向下进入坩埚(3)，然后通过热屏装置与坩埚(3)之间的间隙向上流动进入热屏装置与保温筒(2)所围形成的保温腔，其特征是：在所述的热屏装置上开设导气孔(4)，保护气体直接通过导气孔(4)进入保温腔上部，导气孔(4)的两端开口高于坩埚(3)上沿。
2.根据权利要求1所述的可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场，其特征是：所述的热屏装置包括热屏支撑板(5)和架设在热屏支撑板(5)上的热屏(6)，导气孔(4)设置在热屏(6)上。
3.根据权利要求2所述的可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场，其特征是：所述的导气孔(4)位于热屏(6)的上部，并且沿热屏(6)圆周均匀分布，所有导气孔(4)与热屏(6)上沿的距离相等。
4.根据权利要求2或3所述的可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场，其特征是：所述的导气孔(4)与热屏(6)上沿的距离为30～50mm；导气孔(4)为圆形或多边形，流通面积为20-50mm2；导气孔(4)的个数为6～36个。
5.根据权利要求1所述的可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场，其特征是：所述的热屏装置包括热屏支撑板(5)和架设在热屏支撑板(5)上的热屏(6)，导气孔(4)设置在热屏支撑板(5)上。
6.根据权利要求5所述的可消除挥发份在热屏外侧沉积的单晶炉热场，其特征是：所述的导气孔(4)沿热屏支撑板(5)圆周均匀分布。
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