CN106087035B - 一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，包括线圈主体、冷却水管道、主缝、若干副缝和若干横缝；所述线圈主体为平板线圈，所述线圈主体的上表面向线圈内部凹陷成关于中心对称的阶梯结构；所述线圈主体几何中心处设有线圈眼；所述冷却水管道位于所述线圈主体最外层台阶内部；所述主缝沿径向设置在所述线圈主体上并穿透线圈主体上表面和下表面；所述若干副缝设置在所述线圈主体的最内层台阶面上且贯穿该台阶面上表面和下表面；部分或全部副缝上设有横缝，且横缝与各自所在的副缝垂直。本发明所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，由于采用上述技术方案，可同时改善区熔硅单晶径向电阻率的均匀性。

Description

一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构
技术领域
本发明属于区熔硅单晶技术领域，尤其是涉及一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构。
背景技术
单晶硅生长主要有直拉法和区熔法。而区熔硅单晶生长过程中，因单晶及熔体不与辅料直接接触，故几乎不会引入其它杂质。同时，区熔法拉晶时，熔体内杂质通过熔体与炉内环境存在的浓度差而向外挥发，达到提纯效果，因此，区熔硅单晶从品质上远优于直拉硅单晶，也因此被应用于中高端电力电子器件；但是，随着电力电子器件的发展及市场竞争越来越激烈。合理的控制单晶轴向电阻率均匀性，可提高单晶合格率，降低成本；而径向电阻率均匀性，可提高单晶品质，提升产品竞争力。
常规区熔硅气相掺杂，受单晶转速、气体对流及掺杂量波动的影响，导致单晶轴向和径向电阻率均匀性波动较大，因此避免或减小单晶转速、气体对流及掺杂波动的影响，是改善区熔硅单晶轴向电阻率均匀性的关键。
美国专利US 7011704B2公开的一种方法，其通过控制区熔硅单晶的转速，调整正反转比例，可有效改善单晶的圆滑度及径向电阻率均匀性。而此专利只考虑晶转对电阻率的影响，未考虑掺杂气体溶入熔体的均匀性及熔体自然对流对电阻率的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，以解决现有技术中区熔硅单晶径向电阻率均匀性波动较大的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，包括线圈主体、冷却水管道、主缝、若干副缝和若干横缝；
所述线圈主体为平板线圈，所述线圈主体的上表面向线圈内部凹陷成关于中心对称的阶梯结构；所述线圈主体几何中心处设有线圈眼，所述线圈眼为通孔；
所述冷却水管道位于所述线圈主体最外层台阶内部，且沿周向设置；所述冷却水管道内表面为机械化学抛光面；
所述主缝沿径向设置在所述线圈主体上并穿透线圈主体上表面和下表面；所述主缝一端与所述线圈眼连通，另一端延伸至所述线圈主体的外边沿；
所述若干副缝设置在所述线圈主体的最内层台阶面上且贯穿该台阶面上表面和下表面；所述若干副缝沿逆时针方向分布，且相邻两个副缝之间的夹角和紧邻所述主缝的副缝与主缝之间的夹角均相等；
部分或全部副缝上设有横缝，且横缝与各自所在的副缝垂直。
进一步的，所述线圈主体的上表面向线圈内部凹陷成包含最外层台阶面、中间层台阶面和最内层台阶面的3层阶梯结构；所述最外层台阶面、中间层台阶面均与水平面平行；所述最内层台阶面为倾斜面，且与水平面呈第一倾斜角度。
进一步的，所述最内层台阶面边沿止于所述线圈眼顶部外边沿。
进一步的，所述线圈主体的下表面与所述线圈眼的底部外边沿连接成的斜面与水平面呈第二倾斜角度。
进一步的，所述冷却水管道的材质为铜或银。
进一步的，所述冷却水管道由沿周向设置于所述线圈主体最外层台阶内部的凹槽和密封焊接于其上的铜板组成。
进一步的，所述冷却水管道为沿周向以焊接方式内嵌于所述线圈主体最外层台阶内部的独立水管。
进一步的，所述副缝的数量为3个，包括从所述主缝所在位置开始依次沿逆时针设置的第一副缝、第二副缝和第三副缝；所述第一副缝、第二副缝和第三副缝相邻两者之间夹角为90°。
进一步的，所述横缝位于所述副缝径向长度的二分之一处，且位置偏差在±20mm内。
相对于现有技术，本发明所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构具有以下优势：
(1)本发明所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，由于设置了横缝：首先，可将掺杂剂气体沿线圈眼的流量分流到横缝上，使熔体表面上掺杂气体浓度边界层厚度更均匀，从而改善掺杂气体溶入熔体的均匀性；其次，增加了熔体内部的温度梯度，加强熔体自然对流，使熔体内杂质混合均匀，改善电阻率均匀性；最后，可以避免局部电磁场过密，改善单晶生长状态。
(2)本发明所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，由于对冷却水管道内部表面进行了机械化学抛光处理，可降低冷却水管道内表面的粗糙度，进而一方面减弱管道内部离子吸附导致的线圈电磁效率及强度的微观变化，减小对单晶正常生长的影响；另一方面，延长线圈使用寿命，降低拉晶成本。
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为本发明实施例1所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构的俯视图；
图2为本发明实施例1所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构的俯视图中沿第一副缝和第三副缝所在直线的剖面图；
图3为本发明实施例2所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构的俯视图；
图4为本发明实施例2所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构的工作示意图。
附图标记说明：
1-线圈主体；2-冷却水管道；3-主缝；4-副缝；5-横缝；6-线圈眼；7-最外层台阶面；8-中间层台阶面；9-最内层台阶面；10-第一副缝；11-第二副缝；12-第三副缝；13-流线；14-对流；15-熔体。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
如图1、图2所示，一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，包括线圈主体1、冷却水管道2、主缝3、若干副缝4和若干横缝5；
所述线圈主体1为平板线圈，所述线圈主体1的上表面向线圈内部凹陷成关于中心对称的阶梯结构；所述线圈主体1几何中心处设有线圈眼6，所述线圈眼6为通孔；
所述冷却水管道2位于所述线圈主体1最外层台阶内部，且沿周向设置；所述冷却水管道2内表面为机械化学抛光面；
所述主缝3沿径向设置在所述线圈主体1上并穿透线圈主体1上表面和下表面；所述主缝3一端与所述线圈眼6连通，另一端延伸至所述线圈主体1的外边沿；
所述若干副缝4设置在所述线圈主体1的最内层台阶面9上且贯穿该台阶面上表面和下表面；所述若干副缝4沿逆时针方向分布，且相邻两个副缝4之间的夹角和紧邻所述主缝3的副缝4与主缝3之间的夹角均相等；
部分或全部副缝4上设有横缝5，且横缝5与各自所在的副缝4垂直。
所述线圈主体1的上表面向线圈内部凹陷成包含最外层台阶面7、中间层台阶面8和最内层台阶面9的3层阶梯结构；所述最外层台阶面7、中间层台阶面8均与水平面平行；所述最内层台阶面9为倾斜面，且与水平面呈第一倾斜角度。
所述最内层台阶面9边沿止于所述线圈眼6顶部外边沿。
所述线圈主体1的下表面与所述线圈眼6的底部外边沿连接成的斜面与水平面呈第二倾斜角度。
所述冷却水管道2的材质为铜或银。
所述冷却水管道2为沿周向以焊接方式内嵌于所述线圈主体1最外层台阶内部的独立水管。
所述副缝4的数量为3个，包括从所述主缝3所在位置开始依次沿逆时针设置的第一副缝10、第二副缝11和第三副缝12；所述第一副缝10、第二副缝11和第三副缝12相邻两者之间夹角为90°。
所述横缝5位于所述副缝4径向长度的二分之一处，且位置偏差在±20mm内。
所述横缝5的数量为3个，分别设在所述第一副缝10、第二副缝11和第三副缝12上。
实施例2
如图3所示，一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，包括线圈主体1、冷却水管道2、主缝3、若干副缝4和若干横缝5；
所述线圈主体1为平板线圈，所述线圈主体1的上表面向线圈内部凹陷成关于中心对称的阶梯结构；所述线圈主体1几何中心处设有线圈眼6，所述线圈眼6为通孔；
所述冷却水管道2位于所述线圈主体1最外层台阶内部，且沿周向设置；所述冷却水管道2内表面为机械化学抛光面；
所述主缝3沿径向设置在所述线圈主体1上并穿透线圈主体1上表面和下表面；所述主缝3一端与所述线圈眼6连通，另一端延伸至所述线圈主体1的外边沿；
所述若干副缝4设置在所述线圈主体1的最内层台阶面9上且贯穿该台阶面上表面和下表面；所述若干副缝4沿逆时针方向分布，且相邻两个副缝4之间的夹角和紧邻所述主缝3的副缝4与主缝3之间的夹角均相等；
部分或全部副缝4上设有横缝5，且横缝5与各自所在的副缝4垂直。所述线圈主体1的上表面向线圈内部凹陷成包含最外层台阶面7、中间层台阶面8和最内层台阶面9的3层阶梯结构；所述最外层台阶面7、中间层台阶面8均与水平面平行；所述最内层台阶面9为倾斜面，且与水平面呈第一倾斜角度。
所述最内层台阶面9边沿止于所述线圈眼6顶部外边沿。
所述线圈主体1的下表面与所述线圈眼6的底部外边沿连接成的斜面与水平面呈第二倾斜角度。
所述冷却水管道2的材质为铜或银。
所述冷却水管道2由沿周向设置于所述线圈主体1最外层台阶内部的凹槽和密封焊接于其上的铜板组成。
所述副缝4的数量为3个，包括从所述主缝3所在位置开始依次沿逆时针设置的第一副缝10、第二副缝11和第三副缝12；所述第一副缝10、第二副缝11和第三副缝12相邻两者之间夹角为90°。
所述横缝5位于所述副缝4径向长度的二分之一处，且位置偏差在±20mm内。
所述横缝5的数量为1个，且该横缝5设在与所述主缝3相对的第二副缝11上。
采用本实施例的有益效果为：
如图4所示，采用本实施例所述线圈结构拉制电阻率20－30Ωcm的6寸区熔硅单晶，其掺杂气体对流增加了流线13和对流14，同时熔体15内部的熔体流速增加；单晶径向电阻率均匀性可以得到改善，横截面电阻率波动可以控制在±2Ωcm以内；由于对冷水管道内表面进行了机械化学抛光处理，可改善表面粗糙度，降低表面对杂质的吸附率，线圈寿命可提升50－100小时。
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 (9)

1.一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，其特征在于：包括线圈主体(1)、冷却水管道(2)、主缝(3)、若干副缝(4)和若干横缝(5)；
所述线圈主体(1)为平板线圈，所述线圈主体(1)的上表面向线圈内部凹陷成关于中心对称的阶梯结构；所述线圈主体(1)几何中心处设有线圈眼(6)，所述线圈眼(6)为通孔；
所述冷却水管道(2)位于所述线圈主体(1)最外层台阶内部，且沿周向设置；所述冷却水管道(2)内表面为机械化学抛光面；
所述主缝(3)沿径向设置在所述线圈主体(1)上并穿透线圈主体(1)上表面和下表面；所述主缝(3)一端与所述线圈眼(6)连通，另一端延伸至所述线圈主体(1)的外边沿；
所述若干副缝(4)设置在所述线圈主体(1)的最内层台阶面(9)上且贯穿该台阶面上表面和下表面；所述若干副缝(4)沿逆时针方向分布，且相邻两个副缝(4)之间的夹角和紧邻所述主缝(3)的副缝(4)与主缝(3)之间的夹角均相等；
部分或全部副缝(4)上设有横缝(5)，且横缝(5)与各自所在的副缝(4)垂直。
2.根据权利要求1所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，其特征在于：所述线圈主体(1)的上表面向线圈内部凹陷成包含最外层台阶面(7)、中间层台阶面(8)和最内层台阶面(9)的3层阶梯结构；所述最外层台阶面(7)、中间层台阶面(8)均与水平面平行；所述最内层台阶面(9)为倾斜面，且与水平面呈第一倾斜角度。
3.根据权利要求2所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，其特征在于：所述最内层台阶面(9)边沿止于所述线圈眼(6)顶部外边沿。
4.根据权利要求1或2所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，其特征在于：所述线圈主体(1)的下表面与所述线圈眼(6)的底部外边沿连接成的斜面与水平面呈第二倾斜角度。
5.根据权利要求1所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，其特征在于：所述冷却水管道(2)的材质为铜或银。
6.根据权利要求1或5所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，其特征在于：所述冷却水管道(2)由沿周向设置于所述线圈主体(1)最外层台阶内部的凹槽和密封焊接于其上的铜板组成。
7.根据权利要求1或5所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，其特征在于：所述冷却水管道(2)为沿周向以焊接方式内嵌于所述线圈主体(1)最外层台阶内部的独立水管。
8.根据权利要求1所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，其特征在于：所述副缝(4)的数量为3个，包括从所述主缝(3)所在位置开始依次沿逆时针设置的第一副缝(10)、第二副缝(11)和第三副缝(12)；所述第一副缝(10)、第二副缝(11)和第三副缝(12)相邻两者之间夹角为90°。
9.根据权利要求1所述的一种改善区熔径向电阻率均匀性的线圈结构，其特征在于：所述横缝(5)位于所述副缝(4)径向长度的二分之一处，且位置偏差在±20mm内。
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