CN104911695A - 一种带有石墨纸夹层的硅料加热埚 - Google Patents

Abstract

一种带有石墨纸夹层的硅料加热埚，其包括用以熔融硅晶体的石英坩埚和承载石英坩埚的石墨坩埚，所述的石英坩埚位于石墨坩埚的内腔中，石英坩埚的外形与石墨坩埚内腔的形状相配，石英坩埚的上沿高于石墨坩埚的上表面；所述石英坩埚的外表面与石墨坩埚的内腔之间还设有防止二者反应的石墨纸夹层，石墨纸的外形与石墨坩埚内腔的形状相配，石英坩埚的外表面贴合石墨纸的内腔，所述石墨纸的外表面贴合石墨坩埚的内腔，在石英坩埚的外表面与石墨坩埚的内腔之间铺设有石墨纸，以避免石英坩埚和石墨坩埚高温发生氧化反应，提高石墨坩埚的使用寿命，大大降低成本，经济耐用性更高。

Description

一种带有石墨纸夹层的硅料加热埚

技术领域

本发明涉及硅晶加热炉具领域，特别涉及一种带有石墨纸夹层的硅料加热埚。

背景技术

CZ法直拉硅单晶是目前生产单晶硅应用最广泛的技术，在直拉法工艺中将高纯度的多晶硅装进石英坩埚内，由负载高频波的环绕线圈或电流加热器来加热石英坩埚以使多晶硅熔化，然后把一特定晶向的硅单晶(称作籽晶)与熔融硅接触，硅在合适的温度下将顺着已知晶向的籽晶上硅原子的排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，结合成单晶层，在结晶的同时将籽晶向上提升，当籽晶体长大至接近目标直径时，改变提升速度，使单晶体等径生长。直至大部分硅溶液都结晶成硅晶锭，只剩少量剩料，通过调整晶体的提升速度和溶液温度将晶体直径逐渐减小而形成一个尾形椎体，当椎体的尖足够小时，晶体就会和熔体分离，最后完成硅单晶生长的全过程。

以上技术可以说明，石墨坩埚和石英坩埚是高温融化原料的容器，因晶体生长环境温度需要1400度左右，石英坩埚极易变软、变形，为了防止其变形，石英坩埚外部必须需要加设石墨坩埚以进行支撑，石英埚(SiO₂)和石墨坩埚(C)发生化学反应(SiO₂+C＝Si+CO₂),造成石墨坩埚强度容易在晶体生长过程中发生断裂，影响使用寿命，轻则石英埚内液面发生抖动，影响晶体生长甚至闷炉，严重造成漏硅 和渗硅事故，且在单晶硅生产中石英坩埚作为消耗品，价格颇高并极易发生损坏，频繁更换也会磨损设备内部零部件，对单晶炉造成损伤。 

发明内容

为解决上述所提及的在高温下石英坩埚容易与石墨坩埚发生反应的问题而提出了一种带有石墨纸夹层的硅料加热炉，以隔绝二者反应提高埚体使用寿命，降低生产成本。

提供的技术方案为：

提供了一种带有石墨纸夹层的硅料加热埚，其包括用以熔融硅晶体的石英坩埚和承载石英坩埚的石墨坩埚，所述的石英坩埚位于石墨坩埚的内腔中，石英坩埚的外形与石墨坩埚内腔的形状相配，石英坩埚的上沿高于石墨坩埚的上表面；所述石英坩埚的外表面与石墨坩埚的内腔之间还设有防止二者反应的石墨纸，石墨纸的外形与石墨坩埚内腔的形状相配，石英坩埚的外表面贴合石墨纸的内腔，所述石墨纸的外表面贴合石墨坩埚的内腔；所述的石墨纸的展开形状为带有多个锯齿的长条状结构，所述石墨纸的长度与石英坩埚口部内壁的周长相同；所述石墨纸的多个锯齿的边缘相重合以旋转排列围合聚拢成与石墨坩埚内腔相配的形状。

进一步的，所述的石墨坩埚的上沿倒有外倒角。

进一步的，所述石墨纸的厚度为0.2mm。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

在石英坩埚的外表面与石墨坩埚的内腔之间铺设有石墨纸，通过 石墨坩埚内腔全部铺设的石墨纸以隔绝石英坩埚与石墨坩埚，石墨坩埚的内腔全部铺设石墨纸后，避免了石英坩埚和石墨坩埚高温发生氧化反应，提高了石墨坩埚的使用寿命，宜在此领域普遍推广应用。

所述的石墨纸为长条形加锯齿形结构，聚拢围合石墨纸后刚好可以形成一与石墨坩埚内腔一致的形状，便于制作又便于更换，且合理计算出石墨坩埚内壁面积和形状后，利用石墨纸模板可以成批量制作石墨纸，易于制造生产。

石墨纸采用长条状加锯齿状的结构，长条状的宽边相接可以围合成圆柱形以与石墨坩埚内壁贴合，锯齿状部分的各个锯齿的边与边相接齿尖相对以围合成与石墨坩埚内腔埚底相配的形状，此种形状更加易于使用。

石墨坩埚是石墨热系统中最易消耗品，提高其使用寿命，间接的降低了生产成本和事故率。

该石墨纸厚度只有0.2mm，其价格便宜，且经济耐用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明各部件位置示意图；

图3为本发明石墨纸结构示意图；

图4为石墨纸使用状态图；

图中所带有的附图标记为：石英坩埚—1、石墨纸—2、石墨坩埚—3；

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明

如图1和图2所示，提供了一种带有石墨纸夹层的硅料加热埚，其包括用以熔融硅晶体的石英坩埚1和承载石英坩埚1的石墨坩埚3，所述的石墨坩埚3具有圆筒形内腔，所述的石英坩埚1位于石墨坩埚3的圆筒形内腔中，石英坩埚1的外形与石墨坩埚3内腔的形状相配，所述石英坩埚1的外表面与石墨坩埚3的内腔之间还设有防止二者反应的石墨纸夹层，石墨纸2完全覆盖住石墨坩埚3的内腔，石墨纸2在不影响热传导率的情况下将石英坩埚1和石墨坩埚3完全隔绝开来，石墨纸2的外形与石墨坩埚3内腔的形状相配，所述的石墨纸2的内壁紧密贴合石英坩埚1的外表面，所述石墨纸2的外表面紧密贴合石墨坩埚3的内壁，石墨纸2的上沿与石墨坩埚3的上表面相齐平。

如图3和图4所示，石墨纸2整体的展开形状为带有多个锯齿的长条状结构，所述的石墨坩埚3内壁相对应位置的石墨纸2为长条状，所述的石墨坩埚3内腔埚底相对应位置的石墨纸2为锯齿状，所述石墨纸(2)的长度与石英坩埚(1)口部内壁的周长相同，所述石墨纸2的长条状部分的宽边相接和锯齿状部分的各个锯齿边缘重合齿尖相对以旋转排列，使得石墨纸2围合聚拢成与石墨坩埚3内腔相配的圆筒形状，并贴合在石墨坩埚3的内腔中。

所述的石墨坩埚3的上沿倒有外倒角。

所述石墨纸2的厚度为0.2mm。

结合附图对本发明的使用方法进行说明，在使用中加热线圈烘烤石墨坩埚3及石英坩埚1，石英坩埚1高温下容易变软必须加以石墨坩埚3作为埚托以进行支撑，但在温度极高的情况下石英坩埚1的性质极不稳定易发生化学反应，对石英坩埚1和石墨坩埚3造成损伤，而加入石墨纸2后，石墨纸2的存在将石墨坩埚3和石英坩埚1隔绝开来，使得石墨坩埚3不与石英坩埚1接触，以杜绝二者发生反应，进而提高石墨坩埚3的寿命，达到降低成本的效果。

结合图1、2、3、4对石墨纸的使用方法进行阐述：

步骤一，进入石墨纸工艺图研究设计阶段，绘制石墨坩埚内壁的结构图，将该结构图展开得到石墨坩埚内壁的展开图，将石墨坩埚内壁的侧壁部分展开为长方形，将石墨坩埚内壁的埚底部分平均分割为若干三角形，以得到带有多个锯齿的长条状结构的石墨坩埚内壁的展开图，依据该展开图制作石墨纸模型。

步骤二，裁剪石墨纸阶段，依照石墨纸模型裁剪石墨纸。

步骤三，进入预安装阶段，拆解单晶炉取出石英坩埚和石墨坩埚，待石墨坩埚冷却后将石墨坩埚清理干净，准备装炉。

步骤四，铺设石墨纸，将清理干净的石墨坩埚进行安装，石墨坩埚安装完毕后检查是否装偏，检查完毕后将加工完毕的石墨纸纸尖朝下把石墨纸顺在石墨坩埚内，使得石墨纸的长方形部分的宽边相接和三角形部分的多个锯齿的边缘相重合，以围合聚拢成与石墨坩埚内腔形状相配的形状，完整贴合石墨坩埚的内腔。

步骤五，进入石英坩埚安装阶段，待石墨纸铺设完毕，将装料完 毕的石英坩埚吊入炉内，合炉、抽空、开始加热生产单晶硅。

Claims (4)

1.一种带有石墨纸夹层的硅料加热埚，其特征在于：包括用以熔融硅晶体的石英坩埚(1)和用于承载石英坩埚(1)的石墨坩埚(3)，所述的石英坩埚(1)位于石墨坩埚(3)的内腔中，石英坩埚(1)的外形与石墨坩埚(3)内腔的形状相配，石英坩埚(1)的上沿高于石墨坩埚(3)的上表面；所述石英坩埚(1)的外表面与石墨坩埚(3)的内腔之间还铺设有石墨纸(2)，石墨纸(2)的外形与石墨坩埚(3)内腔的形状相配；石英坩埚(1)的外表面贴合石墨纸(2)的内腔，所述石墨纸(2)的外表面贴合石墨坩埚(3)的内腔；所述的石墨纸(2)的展开形状为带有多个锯齿的长条状结构，所述石墨纸(2)的长度与石英坩埚(1)口部内壁的周长相同；所述石墨纸(2)的多个锯齿的边缘相重合以旋转排列围合聚拢成与石墨坩埚(3)内腔相配的形状。

2.根据权利要求1所述一种带有石墨纸夹层的硅料加热埚，其特征在于：所述的石墨坩埚(3)的上沿倒有外倒角。

3.根据权利要求1所述一种带有石墨纸夹层的硅料加热埚，其特征在于：所述石墨纸(2)的厚度为0.2mm。

4.根据权利要求1所述一种带有石墨纸夹层的硅料加热埚，其特征在于：所述的石墨纸(2)的展开形状由长方形区域(2a)组合锯齿形区域(2b)构成，所述的锯齿形区域(2b)拼接在长方形区域(2a)的长边上，所述的锯齿形区域(2b)由沿着长方形区域(2a)的长边排列的多个锯齿组成。