CN105200512A - 一种用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构 - Google Patents
一种用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，包括尖角线圈、中热屏和下热屏，所述尖角线圈位于炉体内多晶棒料与单晶棒料之间的熔区处，所述尖角线圈为一圆形线圈，圆形线圈的中心处设置有线圈眼，圆形线圈外缘与所述线圈眼之间设置有若干条以圆形线圈中心为起点呈圆周分布的线圈缝，所述相邻两线圈缝之间的线圈形成尖角台阶，所述炉体内设置有环形钢板，所述钢板上端固定有中热屏，所述钢板下端固定有下热屏。本发明所述的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构通过尖角线圈的设置，可增强线圈对原料的化料能力，可降低线圈功率，避免或降低因功率高而导致的拉晶腰型差；通过中热屏与下热屏的设置，可降低位错产生的可能。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅生产设备领域，尤其是涉及一种用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构。
背景技术
区熔法生长单晶硅是目前生产单晶硅最先进的应用技术，因此被应用于中高端电力电子器件，随着电力电子器件的发展，大直径化成为必然趋势，然而随着区熔硅单晶直径的增加，可能出现以下几个问题：首先原料直径增加，所需发生器的功率相应增加，从而导致电离击穿的概率增加，而且上料化料不均或上料出刺概率增加；其次热应力增加，导致位错产生概率增加；再次区熔生长炉内气体及熔体内对流速度增加，易产生温度波动，导致界面处自由能波动而产生位错。
现有技术普遍通过加磁场、同时在线圈与保温筒之间加反射环来控制大直径区熔硅单晶的热应力问题，从而降低位错产生的概率，但是，大直径区熔硅单晶的化料难问题仍未得到解决，同时也未明显降低区熔硅单晶的热应力。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种可同时改善大直径区熔硅单晶化料难问题和降低单晶应力、减少位错产生的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，包括尖角线圈、中热屏和下热屏；所述尖角线圈位于炉体内多晶棒料与单晶棒料之间的熔区处，所述尖角线圈为一圆形线圈，所述圆形线圈的中心处设置有通孔，所述通孔称为线圈眼，所述圆形线圈外缘与所述线圈眼之间设置有若干条以圆形线圈中心为起点呈圆周分布的线圈缝，所述线圈缝包括一条主缝和若干条副缝，所述主缝一端与所述线圈眼相连通，所述主缝另一端延伸至所述圆形线圈的外缘处，所述副缝的长度短于所述主缝的长度，所述副缝一端与所述线圈眼相连通，所述副缝另一端未延伸至尖角线圈的外缘处，所述相邻两线圈缝之间的线圈形成纵截面为一矩形和一三角形相连的尖角台阶，所述矩形的侧边与所述三角形的底边相连，且所述矩形与所述三角形相连边的长度相等；所述炉体内设置有环形钢板，所述环形钢板位于所述单晶棒料外侧，所述钢板上端固定有中热屏，所述中热屏为一圆柱形筒体，所述钢板下端固定有下热屏，所述下热屏为一直径从下到上逐渐减小的锥形筒体。
进一步的，所述尖角线圈的直径为160-300mm。
进一步的，所述副缝的个数为3条，所述副缝的宽度为1-2mm，所述主缝的宽度为1-3mm。
进一步的，所述三角形为等腰三角形，所述等腰三角形的底边长1-5mm，高为1-3mm。
进一步的，所述钢板上端设置有将所述中热屏固定住的凸起螺丝，所述钢板下端设置有将所述下热屏吊起的螺丝。
进一步的，所述中热屏采用的材料是钨或钼，所述下热屏采用的材料是钨或钼。
进一步的，所述中热屏包括1-10层，单层厚度为0.5-2mm，层与层之间的间距为2-5mm。
进一步的，所述中热屏的内壁直径为250-500mm，高度为100-300mm。
进一步的，所述下热屏包括1-5层，单层厚度为0.5-2mm，层与层之间的间距为2-5mm。
进一步的，所述下热屏的下口内壁直径为250-300mm，上口内壁直径为300-400mm。
相对于现有技术，本发明所述的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构具有以下优势：
(1)尖角线圈的设置，一方面可增强线圈对原料的化料能力，避免原料出刺等现象，另一方面可降低线圈功率，避免或降低因功率高而导致的拉晶腰型差、击穿打火等问题的概率；
(2)中热屏与下热屏的设置，一方面可以避免或降低硅单晶直接增加而导致的温度梯度增加，进而可减小单晶中热应力，降低位错产生的可能，或减少单晶开裂；另一方面，可改善区熔拉晶过程的气体对流，降低因气体对流波动，引起的温度波动，进而可降低温度波动引起的位错或断棱断苞。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明尖角线圈的主视图；
图3为本发明尖角线圈的俯视图；
图4为本发明中热屏、下热屏和钢板的结构示意图。
附图标记说明：
1-尖角线圈，11-线圈眼，12-尖角台阶，13-主缝，14-副缝，2-中热屏，3-下热屏，4-钢板，5-单晶棒料，6-多晶棒料。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-4所示，一种用于拉制区熔8－12寸硅单晶5的热场结构，包括尖角线圈1、中热屏2和下热屏3；
所述尖角线圈1位于炉体内多晶棒料6与单晶棒料5之间的熔区处，所述多晶棒料6位于炉内上部，所述单晶棒料5位于所述多晶棒料的下方，所述尖角线圈1为一圆形线圈，所述圆形线圈的直径为160-300mm，所述圆形线圈的中心处设置有线圈眼11，所述圆形线圈外缘与所述线圈眼11之间设置有四条以圆形线圈中心为起点呈圆周分布的线圈缝，所述线圈缝包括一条主缝13和三条副缝14，所述主缝13一端与所述线圈眼11相连通，所述主缝13另一端延伸至所述圆形线圈的外缘处，所述主缝13的宽度为1-3mm，所述副缝14的长度短于所述主缝13的长度，所述副缝14一端与所述线圈眼11相连通，所述副缝14另一端未延伸至尖角线圈1的外缘处，所述副缝14的宽度为1-2mm，所述线圈缝的设置可降低线圈功率，避免或降低因功率高而导致的拉晶腰型差、击穿打火等问题的概率；
所述相邻两线圈缝之间的线圈形成纵截面为一矩形和一等腰三角形相连的尖角台阶12，所述矩形的侧边与所述等腰三角形的底边相连，且所述矩形与所述等腰三角形的相连边长度相等，所述若干等腰三角形的顶点形成所述线圈眼11的边缘，所述等腰三角形的底边相连形成一圆周，所述圆周的半径小于等于所述副缝14的长度，所述等腰三角形的底边长1-5mm，高为1-3mm，尖角台阶12的设置可增强线圈对原料的化料能力，避免原料出刺等现象；
所述炉体内设置有环形钢板4，所述环形钢板4位于所述单晶棒料5外侧，所述钢板4上端固定有中热屏2，所述钢板4上端设置有将所述中热屏2固定住的凸起螺丝，所述中热屏2为一圆柱形筒体，所述中热屏2的内壁直径为250-500mm，高度为100-300mm，所述中热屏2采用的材料是钨或钼，所述中热屏2包括1-10层，单层厚度为0.5-2mm，层与层之间的间距为2-5mm；
所述钢板4下端固定有下热屏3，所述钢板4下端设置有将所述下热屏3吊起的螺丝，所述下热屏3为一直径从下到上逐渐减小的锥形筒体，下热屏3的下口内壁直径为250-300mm，上口内壁直径为300-400mm，所述下热屏3采用的材料是钨或钼，所述下热屏3包括1-5层，单层厚度为0.5-2mm，层与层之间的间距为2-5mm；
中热屏2和下热屏3的设置使晶体内的热应力大大降低，从而降低了因热应力导致的位错或断棱。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，其特征在于：包括尖角线圈(1)、中热屏(2)和下热屏(3)；
所述尖角线圈(1)位于炉体内多晶棒料(6)与单晶棒料(5)之间的熔区处，所述尖角线圈(1)为一圆形线圈，所述圆形线圈的中心处设置有通孔，所述通孔称为线圈眼(11)，所述圆形线圈外缘与所述线圈眼(11)之间设置有若干条以圆形线圈中心为起点呈圆周分布的线圈缝，所述线圈缝包括一条主缝(13)和若干条副缝(14)，所述主缝(13)一端与所述线圈眼(11)相连通，所述主缝(13)另一端延伸至所述圆形线圈的外缘处，所述副缝(14)的长度短于所述主缝(13)的长度，所述副缝(14)一端与所述线圈眼(11)相连通，所述副缝(14)另一端未延伸至尖角线圈(1)的外缘处，所述相邻两线圈缝之间的线圈形成纵截面为一矩形和一三角形相连的尖角台阶(12)，所述矩形的侧边与所述三角形的底边相连，且所述矩形与所述三角形相连边的长度相等；
所述炉体内设置有环形钢板(4)，所述环形钢板(4)位于所述单晶棒料(5)外侧，所述钢板(4)上端固定有中热屏(2)，所述中热屏(2)为一圆柱形筒体，所述钢板(4)下端固定有下热屏(3)，所述下热屏(3)为一直径从下到上逐渐减小的锥形筒体。
2.根据权利要求1所述的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，其特征在于：所述尖角线圈(1)的直径为160-300mm。
3.根据权利要求1所述的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，其特征在于：所述副缝(14)的个数为3条，所述副缝(14)的宽度为1-2mm，所述主缝(13)的宽度为1-3mm。
4.根据权利要求1所述的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，其特征在于：所述三角形为等腰三角形，所述等腰三角形的底边长1-5mm，高为1-3mm。
5.根据权利要求1所述的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，其特征在于：所述钢板(4)上端设置有将所述中热屏(2)固定住的凸起螺丝，所述钢板(4)下端设置有将所述下热屏(3)吊起的螺丝。
6.根据权利要求1所述的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，其特征在于：所述中热屏(2)采用的材料是钨或钼，所述下热屏(3)采用的材料是钨或钼。
7.根据权利要求1所述的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，其特征在于：所述中热屏(2)包括1-10层，单层厚度为0.5-2mm，层与层之间的间距为2-5mm。
8.根据权利要求1所述的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，其特征在于：所述中热屏(2)的内壁直径为250-500mm，高度为100-300mm。
9.根据权利要求1所述的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，其特征在于：所述下热屏(3)包括1-5层，单层厚度为0.5-2mm，层与层之间的间距为2-5mm。
10.根据权利要求1所述的用于拉制区熔8－12寸硅单晶的热场结构，其特征在于：所述下热屏(3)的下口内壁直径为250-300mm，上口内壁直径为300-400mm。
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