CN104313682A - 一种快速提高直拉硅单晶生长速度的热场结构 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供一种快速提高直拉硅单晶生长速度的热场结构，包括炉体、炉盖、坩埚、位于炉体内且位于坩埚外的加热装置、位于炉体内且位于加热装置外的保温装置、位于保温装置内部且位于坩埚上部的导流筒和位于导流筒内部且位于坩埚上方的单晶棒提升区域，还包括水冷套和水冷套外吸收层，所述水冷套为空心圆柱形结构，所述水冷套设置在导流筒和单晶棒提升区域之间，所述水冷套外吸收层与水冷套紧密贴合。本发明创造具有的优点是：降低导流筒的表面温度，增加导流筒对硅晶体辐射热的吸收能力，加快晶体的散热；增加水冷套外吸收层对硅晶体和导流筒辐射热量的吸收，增加硅晶体的温度梯度，加快单晶结晶潜热释放，有效的提高拉速、改善品质。
Description
技术领域
本发明创造属于硅单晶制备装置领域，尤其是涉及一种快速提高直拉硅单晶生长速度的热场结构。
背景技术
直拉法生长单晶硅是目前生产单晶硅最广泛的应用技术，而随着光伏产业的不断发展，在保证品质的前提下需要提高生产效率，以降低成本。而提高生产效率的最直接的方式为提高晶体等径生长的速度，缩短拉晶时间。首先需增加晶体轴向温度梯度以增加结晶潜热的释放，其次降低结晶界面处熔体内轴向温度梯度。
一种带水冷套的直拉式硅单晶生长炉，其是在热屏上方与单晶棒提升区间增加了水冷套装置，主要特点是加快晶体向水冷套的散热，提升拉速。其不足在于：水冷套材质为不锈钢，其吸收系数为0.18-0.45间，不利于对晶体辐射热量的吸收，大大降低了水冷套的散热效果。
发明内容
本发明创造要解决的问题是提供一种可增加低温区(如水冷套和炉盖内壁)对硅晶体辐射热和导流筒辐射热的吸收作用的热场结构。
为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：一种快速提高直拉硅单晶生长速度的热场结构，包括炉体、炉盖、位于炉体内部的坩埚、位于炉体内且位于坩埚外的加热装置、位于炉体内且位于加热装置外的保温装置、位于保温装置内部且位于坩埚上部的导流筒和位于导流筒内部且位于坩埚上方的单晶棒提升区域，还包括水冷套和水冷套外吸收层，所述水冷套为空心圆柱形结构，所述水冷套设置在导流筒和单晶棒提升区域之间，所述水冷套外吸收层与水冷套紧密贴合。
优选地，所述水冷套外吸收层还包括内吸收层和外吸收层，所述内吸收层和外吸收层均为筒状结构，所述内吸收层与水冷套内壁紧密贴合，所述外吸收层与水冷套外壁紧密贴合。
优选地，所述内吸收层和外吸收层一体成型，且底部封闭连接。
优选地，还包括炉盖内吸收层，所述炉盖内吸收层与炉盖内壁紧密贴合。
优选地，所述水冷套外吸收层和炉盖内吸收层均为高吸收系数材料。
本发明创造具有的优点和积极效果是：本发明创造一方面降低导流筒的表面温度，增加导流筒对硅晶体辐射热的吸收能力，加快晶体的散热；另一方面增加水冷套外吸收层对硅晶体和导流筒辐射热量的吸收，增加硅晶体的温度梯度，加快单晶结晶潜热的释放，进而迅速有效的提高拉速、改善品质，同时降低功耗、提高效率、节约成本。
附图说明
图1是本发明创造结构示意图；
图2是图1中局部结构放大图；
图3是内吸收层和外吸收层分别与水冷套内、外壁紧密贴合结构正视图；
图4是内吸收层和外吸收层分别与水冷套内、外壁紧密贴合结构俯视图；
图5是本发明创造吸热效果图；
图中：1-炉盖，2-炉盖内吸收层，3-水冷套，4-水冷套外吸收层，5-导流筒，6-单晶棒提升区域，7-内吸收层，8-外吸收层，9-坩埚，10-加热装置，11-保温装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造的具体实施例做详细说明。
第一实施例：
如图1所示，一种快速提高直拉硅单晶生长速度的热场结构，包括炉体、炉盖1、位于炉体内部的坩埚9、位于炉体内且位于坩埚9外的加热装置10、位于炉体内且位于加热装置10外的保温装置11、位于保温装置11内部且位于坩埚9上部的导流筒5和位于导流筒5内部且位于坩埚9上方的单晶棒提升区域6，还包括水冷套3和水冷套外吸收层4，所述水冷套3为空心圆柱形结构，所述水冷套3设置在导流筒5和单晶棒提升区域6之间，所述水冷套可以直接固定在炉体内壁上也可以通过支架固定在炉体内壁上，通常由本领域技术人员根据实际生产情况设计。在上述常规直拉单晶炉内，单独增加水冷套外吸收层4，此水冷套外吸收层4包括内吸收层7和外吸收层8，所述内吸收层7与水冷套3内壁紧密贴合，所述外吸收层8与水冷套3外壁紧密贴合。这里内吸收层7和外吸收层8也可以设计为一体式结构，且底部封闭连接。其中吸收层材料为吸收系数0.8以上的高纯石墨材料。通过计算机模拟计算硅晶体表面温度可降低16度左右，最大温差处可降低26度，同时导流筒内壁温度最大降低26度左右，能够实现快速增加晶体温度梯度，加快晶体潜热释放，进而快速提高晶体生长速度。
第二实施例：
在如第一实施例中所述的常规直拉单晶炉内，单独增加水冷套外吸收层4此水冷套外吸收层4采用高吸收系数涂层直接涂在水冷套3表面，其效果与第一实施例相似，增加了晶体温度梯度，加快结晶潜热的释放，进而快速提升晶体生长速度。
第三实施例：
在如第一实施例中所述的常规直拉单晶炉内，同时增加水冷套外吸收层4和炉盖内吸收层2(可以选择结构材料或者高吸收系数的涂层材料)，其他技术特征与第一实施例相同。通过计算机模拟计算硅晶体表面平均温度可降低21度左右，最大温差处可降低33度左右，增加了晶体温度梯度，加快结晶潜热的释放；导流筒5内壁温度最大降低39度左右，达到促进晶体散热，增加晶体温度的效果。
综上所述，通过加快结晶潜热的释放，进而可以达到快速提升晶体生长速度的效果。
以上对本发明创造的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种快速提高直拉硅单晶生长速度的热场结构，包括炉体、炉盖、位于炉体内部的坩埚、位于炉体内且位于坩埚外的加热装置、位于炉体内且位于加热装置外的保温装置、位于保温装置内部且位于坩埚上部的导流筒和位于导流筒内部且位于坩埚上方的单晶棒提升区域，其特征在于：还包括水冷套和水冷套外吸收层，所述水冷套为空心圆柱形结构，所述水冷套设置在导流筒和单晶棒提升区域之间，所述水冷套外吸收层与水冷套紧密贴合。
2.根据权利要求1所述的一种快速提高直拉硅单晶生长速度的热场结构，其特征在于：所述水冷套外吸收层还包括内吸收层和外吸收层，所述内吸收层和外吸收层均为筒状结构，所述内吸收层与水冷套内壁紧密贴合，所述外吸收层与水冷套外壁紧密贴合。
3.根据权利要求2所述的一种快速提高直拉硅单晶生长速度的热场结构，其特征在于：所述内吸收层和外吸收层为一体式结构，且底部封闭连接。
4.根据权利要求1或2任一项所述的一种快速提高直拉硅单晶生长速度的热场结构，其特征在于：还包括炉盖内吸收层，所述炉盖内吸收层与炉盖内壁紧密贴合。
5.根据权利要求3所述的一种快速提高直拉硅单晶生长速度的热场结构，其特征在于：所述水冷套外吸收层和炉盖内吸收层均为高吸收系数材料。
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