CN102154683A - 金属发热体结构单多晶定向凝固系统 - Google Patents

金属发热体结构单多晶定向凝固系统 Download PDF

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CN102154683A CN2011100557384A CN201110055738A CN102154683A CN 102154683 A CN102154683 A CN 102154683A CN 2011100557384 A CN2011100557384 A CN 2011100557384A CN 201110055738 A CN201110055738 A CN 201110055738A CN 102154683 A CN102154683 A CN 102154683A
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一种金属发热体结构单多晶定向凝固系统，涉及晶体生长，其特征在于：包括模块化设计组合式水冷炉壁、水冷炉底、水冷发热体法兰座、水冷托杆下拉旋转机构和真空装置，坩埚通过坩埚托座安装在水冷的上端，底端通过下水冷杆和下拉机构相连，纯金属发热体安装在水冷发热体法兰座上，另有上下保温层、绝缘保温层、保温筒来实现温场。在生长过程中通过顶部带四周发热体和水冷托杆的组合来实现温度梯度法(TGT)、热交换法(HEM)和坩埚下降法生产晶体。有益效果是通过调节梯度来调节温场，可以方便的得到不同晶体生长所需要的高温和温度分布，从而提高了研发和生产的效率，使晶体尺寸和质量得到提高，提高设备的利用率；由于不使用石墨类发热体，有效的避免了碳污染。

Description

金属发热体结构单多晶定向凝固系统
技术领域
本发明涉及涉及晶体生长，特别是一种全新的金属发热体结构单多晶定向凝固系统。
背景技术
随着光通讯、激光工业、太阳能和LED产业的发展，需要各种功能晶体材料以及硅单多晶材料，且材料的质量和尺寸要求也越来越高。传统的温度梯度法(TGT)、热交换法(HEM)和硅多晶定向凝固系统发热体采用的都是高纯石墨材料，电加热高纯石墨材料只能采用国外进口材料，同时在生长高温晶体材料的时候寿命不长，同时引入碳污染，影响材料的性能和质量。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种全新的发热体结构，利用我国丰富的高温金属资源，以及金属的易加工性和延展性，设计出温度梯度更为合理的发热体，配合设计合理的保温系统，以及配套生长设备，从而提高了研发和生产的效率，使晶体材料尺寸和质量得到提高，提高设备利用率的一种全新的金属发热体结构单多晶定向凝固系统。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种金属发热体结构单多晶定向凝固系统，涉及晶体生长，其特征在于：包括模块化设计组合式水冷炉壁、水冷炉底、水冷发热体法兰座、水冷托杆下拉旋转机构和真空装置，坩埚通过坩埚托座安装在水冷的上端底端通过下水冷杆和下拉机构相连，纯金属发热体安装在水冷发热体法兰座上，另有上下保温层、绝缘保温层、保温筒来实现温场。在生长过程中通过顶部带四周发热体和水冷托杆的组合来实现温度梯度法(TGT)、热交换法(HEM)和坩埚下降法生产晶体。有益效果是通过调节梯度来调节温场，可以方便的得到不同晶体生长所需要的高温和温度分布，从而提高了研发和生产的效率，使晶体尺寸和质量得到提高，提高设备的利用率；由于不使用石墨类发热体，有效的避免了碳污染。
金属发热体结构单多晶定向凝固系统，其特征在于：所述的生长机构由上保温罩、坩埚、坩埚托、法兰座以及外部的炉膛和炉盖构成，法兰座设置在底部水冷托杆的两侧，在法兰座上安装金属发热体，下部安装环状保温层，在保温筒底部有陶瓷绝缘体保温层。
金属发热体结构单多晶定向凝固系统，其特征在于：所述坩埚托的底端设置坩埚托杆用于支撑坩埚，坩埚托杆伸入在下保温层内，在所述坩埚的上端开口处放置坩埚盖，所述坩埚盖的内表面制有不同台阶面，具有可调梯度。
金属发热体结构单多晶定向凝固系统，其特征在于：所述全金属发热体采用了六面加热技术或顶部带四周加热或四周加热技术，发热体不带任何石墨或碳成分。
在本发明中下拉机构用于调节坩埚位置和热交换同时用于坩埚旋转和籽晶位置调节；炉膛和炉盖用于实现炉膛冷却和调节梯度；法兰座和金属发热体用于加热和调节梯度；环状保温层和保温罩为带孔的多层片状或筒状保温材料，实现的是保温和调节梯度；坩埚和坩埚盖用于原料放置和调节梯度；坩埚托和坩埚托杆用于实现的是支撑坩埚和热交换。
通过使用顶部加四周发热体和调整水冷下托杆，可以模拟出坩埚下降、TGT和HEM。
本发明的另一种方案是通过改变坩埚和热交换机构，可以模拟实现硅的多晶定向凝固生长。
本发明的有益效果是通过更换发热体和坩埚托座调节温场，可以方便的得到不同晶体生长所需要的高温和温度分布，从而提高了研发和生产的效率，使晶体尺寸和质量得到提高，提高设备的利用率。
附图说明
图1为本发明的金属发热体结构单多晶定向凝固系统结构示意图。
图2为本发明用于定向凝固多晶的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，水冷炉壁1和水冷炉底3组成了晶体生长用所需的炉腔，可以使用真空环境或保护气氛环境。下拉机构5带有水冷托杆4，进入炉体；坩埚托座10在水冷托杆的顶部，坩埚9放置在坩埚托座10上；下拉机构5、水冷托杆4和坩埚托座10不仅仅是起到支撑作用，同时又热交换的功能，同时能调节坩埚9位置和选装的作用。金属发热体8放置在水冷发热体法兰座2上，水冷发热体法兰座2也起到调节梯度和热交换的作用，坩埚9放置在金属发热体8的正中央内部；发热体外部四周是保温筒7，顶部是上保温层6，下部是下保温层12；在保温筒7和水冷法兰座2之间有绝缘保温层11。
金属发热体8使用的是顶部带四周加热的结构，很好的实现的在垂直方向上的梯度分布，通过调节加热体8的功率以及水冷坩埚托杆4和水冷发热体法兰座2的水流量，就可以进行TGT法或HEM法晶体生长；如果在利用下拉机构5的下拉功能，就可以实现坩埚下降法晶体生长。
如图2所示，与图1相比仅仅改变了坩埚8的结构，就可以用于硅的多晶定向凝固生长。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种金属发热体结构单多晶定向凝固系统，涉及晶体生长，其特征在于：包括模块化设计组合式水冷炉壁、水冷炉底、水冷发热体法兰座、水冷托杆下拉旋转机构和真空装置，坩埚通过坩埚托座安装在水冷的上端，底端通过下水冷杆和下拉机构相连，纯金属发热体安装在水冷发热体法兰座上，另有上下保温层、绝缘保温层、保温筒来实现温场。在生长过程中通过顶部带四周发热体和水冷托杆的组合来实现温度梯度法(TGT)、热交换法(HEM)和坩埚下降法生产晶体。有益效果是通过调节梯度来调节温场，可以方便的得到不同晶体生长所需要的高温和温度分布，从而提高了研发和生产的效率，使晶体尺寸和质量得到提高，提高设备的利用率；由于不使用石墨类发热体，有效的避免了碳污染。
2.根据权利要求1所述金属发热体结构单多晶定向凝固系统，其特征在于：所述的生长机构由上保温罩、坩埚、坩埚托、法兰座以及外部的炉膛和炉盖构成，法兰座设置在底部水冷托杆的两侧，在法兰座上安装金属发热体，下部安装环状保温层，在保温筒底部有陶瓷绝缘体保温层。
3.根据权利要求1所述金属发热体结构单多晶定向凝固系统，其特征在于：所述坩埚托的底端设置坩埚托杆用于支撑坩埚，坩埚托杆伸入下保温层内，在所述坩埚的上端开口处放置坩埚盖，所述坩埚盖的内表面制有不同台阶面，具有可调梯度。
4.根据权利要求1所述金属发热体结构单多晶定向凝固系统，其特征在于：所述全金属发热体采用了六面加热技术或顶部带四周加热或四周加热技术，发热体不含任何石墨或碳成分。
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PB01 Publication
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