CN106637387A - 直拉单晶用加热器及直拉单晶方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的直拉单晶用加热器，具有相对的第一端部和第二端部，加热器主体具有多个第一狭槽以及第二狭槽，第一狭槽与多个第二狭槽交替设置，相邻的两个第一狭槽之间形成发热单元，发热单元包括加热段，至少一个加热段具有开口。本发明公开的直拉单晶方法，包括：装料；化料以形成熔体；调节直晶功率，控制熔体的纵向温度梯度，将籽晶插入熔体表面进行熔接，并依次引晶、放肩、转肩、等径生长及收尾后即得单晶硅。本发明的直拉单晶用加热器在发热单元的加热段上具有开口结构，可根据产品品质需求进行相应调整，本发明的直拉单晶方法拉制单晶硅，能形成适应高拉速、低杂质含量、低缺陷等各种需求的、优化的温度梯度，从而最终获得高品质的单晶硅。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅制备技术领域，具体涉及一种直拉单晶用加热器，还涉及利用前述直拉单晶用加热器的直拉单晶方法。
背景技术
直拉法又称为切克劳斯基法，简称CZ法。CZ法的特点是将装在坩埚中的多晶硅化料以形成熔体，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动并提升籽晶，依次经过引晶、放肩、转肩、等径生长及收尾过程，提拉生长硅单晶。
随着光伏产业的发展，直拉单晶的生产成本及成品品质面临着更高的要求。热场与单晶提拉速度、杂质含量及缺陷分布等一系列参数息息相关，直接影响直拉单晶的成本与品质。现有的直拉单晶热场，通常采用对筒形石墨元件开槽加工而成的方波形加热器，其控制方式单一、加热功率相对固定，难以配合热场的其他部件、形成优化的温度分布，逐渐跟不上产业发展的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直拉单晶用加热器，可以形成调节直拉单晶生长时的温度梯度。
本发明的目的还在于提供一种利用上述直拉单晶用加热器的直拉单晶方法，以方便地调节直拉单晶生长工艺、提高直拉单晶的单晶硅品质。
本发明所采用的一种技术方案是：直拉单晶用加热器，包括加热器主体，加热器主体具有相对的第一端部和第二端部，加热器主体具有多个自第一端部向第二端部延伸的第一狭槽以及多个自第二端部向第一端部延伸的第二狭槽，多个第一狭槽与多个第二狭槽交替设置，相邻的两个第一狭槽之间形成一个发热单元，每个发热单元均包括多个相连接的加热段，至少一个加热段具有开口。
本发明的特点还在于，
发热单元包括沿加热器主体的轴向设置的第一加热段与第二加热段，第一加热段或第二加热段形成于一个第一狭槽与一个相邻的第二狭槽之间，开口开设于第一加热段和/或第二加热段，并靠近第一端部或第二端部。
发热单元还包括垂直于加热器主体的轴向设置的第一连接加热段以及第二连接加热段，第一连接加热段靠近第一端部、并连接于第一加热段和第二加热段之间，第二连接加热段靠近第二端部、且用于连接两个相邻的发热单元，开口还开设于第一连接加热段或第二连接加热段。
开口开设于第一连接加热段，而且第一加热段和/或第二加热段的开口靠近第一连接加热段。
自第二连接加热段向第一连接加热段方向，开口垂直加热器主体的轴向方向截面积逐渐增大。
本发明所提供的另一种技术方案为：直拉单晶方法，包括以下步骤：
装料；
利用前述直拉单晶用加热器化料以形成熔体；
调节直拉单晶用加热器的功率，控制熔体的纵向温度梯度，将籽晶插入熔体表面进行熔接，并依次进行引晶、放肩、转肩、等径生长及收尾后即得单晶硅。
本发明的特点还在于，
直拉单晶用加热器包括加热器主体，加热器主体具有相对的第一端部和第二端部，加热器主体具有多个自第一端部向第二端部延伸的第一狭槽以及多个自第二端部向第一端部延伸的第二狭槽，多个第一狭槽与多个第二狭槽交替设置，相邻的两个第一狭槽之间形成一个发热单元，每个发热单元均包括多个相连接的加热段，至少一个加热段具有开口。
发热单元包括沿加热器主体的轴向设置的第一加热段与第二加热段，第一加热段或第二加热段形成于一个第一狭槽与一个相邻的第二狭槽之间，开口开设于第一加热段和/或第二加热段，并靠近第一端部或第二端部。
发热单元还包括垂直于加热器主体的轴向设置的第一连接加热段以及第二连接加热段，第一连接加热段靠近第一端部、并连接于第一加热段和第二加热段之间，第二连接加热段靠近第二端部、且用于连接两个相邻的发热单元，开口还开设于第一连接加热段或第二连接加热段。
自第二连接加热段向第一连接加热段方向，开口垂直加热器主体的轴向方向截面积逐渐增大。
本发明的有益效果是：本发明的直拉单晶用加热器，在发热单元的加热段上具有开口结构，可根据产品品质需求进行相应地调整，如，改变开口的位置、形状及大小，利用该直拉单晶用加热器的直拉单晶方法拉制单晶硅，能形成适应高拉速、低杂质含量、低缺陷等各种需求的、优化的温度梯度，从而最终获得高品质的单晶硅。
附图说明
图1是本发明的直拉单晶用加热器的一种结构示意图；
图2是本发明的直拉单晶用加热器的另一种结构示意图。
图中，10.第一端部，20.第二端部，1.第一狭槽，2.第二狭槽，3.第一加热段，4.第二加热段，5.第一连接加热段，6.第二连接加热段，7.第一开口，8.第二开口。
具体实施方式
本发明提供的直拉单晶用加热器包括加热器主体，加热器主体具有相对的第一端部10和第二端部20，加热器主体具有多个自第一端部10向第二端部20延伸的第一狭槽1以及多个自第二端部20向第一端部10延伸的第二狭槽2，多个第一狭槽1与多个第二狭槽2交替设置，相邻的两个第一狭槽1之间形成一个发热单元，每个发热单元均包括多个相连接的加热段，至少一个所述加热段具有开口。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提供的直拉单晶用加热器的结构如图1所示，其加热器主体具有相对的第一端部10及第二端部20，加热器主体具有多个自第一端部10向第二端部20延伸的第一狭槽1以及多个自第二端部20向第一端部10延伸的第二狭槽2，多个第一狭槽1与多个第二狭槽2交替设置，相邻的两个第一狭槽1之间形成一个发热单元。每个发热单元均包括多个相连接的加热段。本实施例中，发热单元包括第一加热段3、第二加热段4、第一连接加热段5以及第二连接加热段6，加热段包括第一加热段3和第二加热段4。第一加热段3与第二加热段4沿该加热器主体的轴向设置。第一加热段3与第二加热段4分别形成于一个第一狭槽1与一个相邻的第二狭槽2之间。第一连接加热段5与第二连接加热段6均垂直于该加热器主体的轴向设置。第一连接加热段5靠近第一端部10，且连接于第一加热段3与第二加热段4的端部之间，第二连接加热段6靠近第二端部20，且将该发热单元连接于另一发热单元。开口可同时开设于第一加热段3和第二加热段4，或者开设于上述两个加热段的任意一个。本实施例中，开口包括第一开口7和第二开口8，第一加热段3与第二加热段4在靠近第二端部20处具有第一开口7，第二连接加热段6在靠近第二端部20处具有第二开口8。具体地，第一开口7与第二开口8均为矩形。当然，也可以选择性地在部分发热单元的第一加热段3与第二加热段4上开口，或者选择性地在第一连接加热段5上开口，仅需发热部分相对于该加热器主体的轴线对称即可。
当然，本发明的直拉单晶用加热器的第一开口7并不限于在第一加热段3与第二加热段4的靠近第二端部20处，也可以在第一加热段3与第二加热段4的靠近第一端部10处。第二开口8并不限于在第二连接加热段6的靠近第二端部20处，也可以在第一连接加热段5的靠近第一端部10处。以上开口也可以选择性地部分设置而部分不设置，均能实现温度调节，其差异只在于调节加热强度的不同。同样，本发明的直拉单晶用加热器的第一开口7和第二开口8的数量都并不限于一个，还可以为两个或三个或者更多个，相应的加热器各实体之间的间隙也随之调整。
本实施例的直拉单晶用加热器的加热段具有开口，可以改变加热器电阻分布，从而改变加热器各处的加热功率，实现直拉单晶热场的优化，可获得各种所需的温度梯度。
实施例2
本实施例的直拉单晶加热器与实施例1的结构基本相同，其区别在于，本实施例的第一开口7和第二开口8的截面并非矩形。其中，第一开口7垂直该加热器轴向的截面积逐渐增大。具体地，第一开口7形状为梯形或三角形，第二开口8的形状为梯形、三角形或长圆形等。当然，还可以根据需要调节开口的形状，或者将开口设计成不贯穿该加热器内外侧的盲槽结构。
本实施例开口形状的变化可以形成更有利于温度梯度的精细化调节。
本发明还提供一种直拉单晶方法，该方法可用于制造各种尺寸的直拉单晶，本处以8吋为例，说明该直拉单晶方法。具体地，包括以下步骤：
第一步，装料，按常规方法将单晶炉清炉处理，安装热场，确认无故障后，开始加入多晶硅，投料量200kg，合炉后进行抽真空、检漏、压力化；
第二步，利用前述的直拉单晶用加热器化料以形成熔体，提升加热器的功率至85kw左右，保持氩气流量为50-90slpm，炉压为10-20Torr，埚转4-9转/分钟，多晶硅熔融后形成熔体；
第三步，使用常规工艺，依次进行引晶、放肩、转肩与等径生长，最后进行收尾及冷却。其中，引晶长度达到150mm后，进行放肩与转肩；等径生长时，保持晶转8-14rpm、埚转4-10rpm，氩气流量为50-90slpm，炉压为10-20Torr，可实现晶体生长平均拉速为1.2mm/min；收尾后，冷却完成即可拆炉。
本发明的直拉单晶方法，能借助该直拉单晶用加热器形成适应高拉速、低杂质含量、低缺陷等各种需求的、优化的温度梯度，从而保证最终直拉得到的单晶硅的品质。
Claims (10)
1.直拉单晶用加热器，其特征在于，包括加热器主体，加热器主体具有相对的第一端部(10)和第二端部(20)，所述加热器主体具有多个自所述第一端部(10)向所述第二端部(20)延伸的第一狭槽(1)以及多个自所述第二端部(20)向所述第一端部(10)延伸的第二狭槽(2)，所述多个第一狭槽(1)与多个第二狭槽(2)交替设置，相邻的两个第一狭槽(1)之间形成一个发热单元，每个发热单元均包括多个相连接的加热段，至少一个所述加热段具有开口。
2.如权利要求1所述的直拉单晶用加热器，其特征在于，所述发热单元包括沿所述加热器主体的轴向设置的第一加热段(3)与第二加热段(4)，所述第一加热段(3)或第二加热段(4)形成于一个第一狭槽(1)与一个相邻的第二狭槽(2)之间，所述开口开设于所述第一加热段(1)和/或第二加热段(2)，并靠近第一端部(10)或第二端部(20)。
3.如权利要求2所述的直拉单晶用加热器，其特征在于，所述发热单元还包括垂直于所述加热器主体的轴向设置的第一连接加热段(5)以及第二连接加热段(6)，所述第一连接加热段(5)靠近所述第一端部(10)、并连接于所述第一加热段(3)和第二加热段(4)之间，所述第二连接加热段(6)靠近所述第二端部(2)、且用于连接两个相邻的发热单元，所述开口还开设于所述第一连接加热段(5)或第二连接加热段(6)。
4.如权利要求3所述的直拉单晶用加热器，其特征在于，所述开口开设于所述第一连接加热段(5)，而且所述第一加热段(3)和/或第二加热段(4)的开口靠近所述第一连接加热段(5)。
5.如权利要求4所述的直拉单晶用加热器，其特征在于，自所述第二连接加热段(6)向所述第一连接加热段(5)方向，所述开口垂直所述加热器主体的轴向方向截面积逐渐增大。
6.直拉单晶方法，其特征在于，包括以下步骤：
装料；
利用如权利要求1-5任一项所述的直拉单晶用加热器化料以形成熔体；
调节所述直拉单晶用加热器的功率，控制所述熔体的纵向温度梯度，将籽晶插入熔体表面进行熔接，并依次进行引晶、放肩、转肩、等径生长及收尾后即得单晶硅。
7.如权利要求6所述的直拉单晶方法，其特征在于，所述直拉单晶用加热器包括加热器主体，加热器主体具有相对的第一端部(10)和第二端部(20)，所述加热器主体具有多个自所述第一端部(10)向所述第二端部(20)延伸的第一狭槽(1)以及多个自所述第二端部(20)向所述第一端部(10)延伸的第二狭槽(2)，所述多个第一狭槽(1)与多个第二狭槽(2)交替设置，相邻的两个第一狭槽(1)之间形成一个发热单元，每个发热单元均包括多个相连接的加热段，至少一个所述加热段具有开口。
8.如权利要求7所述的直拉单晶方法，其特征在于，所述发热单元包括沿所述加热器主体的轴向设置的第一加热段(3)与第二加热段(4)，所述第一加热段(3)或第二加热段(4)形成于一个第一狭槽(1)与一个相邻的第二狭槽(2)之间，所述开口开设于所述第一加热段(1)和/或第二加热段(2)，并靠近第一端部(10)或第二端部(20)。
9.如权利要求8所述的直拉单晶方法，其特征在于，所述发热单元还包括垂直于所述加热器主体的轴向设置的第一连接加热段(5)以及第二连接加热段(6)，所述第一连接加热段(5)靠近所述第一端部(10)、并连接于所述第一加热段(3)和第二加热段(4)之间，所述第二连接加热段(6)靠近所述第二端部(2)、且用于连接两个相邻的发热单元，所述开口还开设于所述第一连接加热段(5)或第二连接加热段(6)。
10.如权利要求9所述的直拉单晶方法，其特征在于，自所述第二连接加热段(6)向所述第一连接加热段(5)方向，所述开口垂直所述加热器主体的轴向方向截面积逐渐增大。
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