CN108486648B - 一种多点支撑的单晶炉坩埚杆 - Google Patents

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Abstract

本发明属于单晶炉技术领域，具体涉及一种多点支撑的单晶炉坩埚杆。针对现有坩埚杆结构中，冷却水的冷却作用无法满足坩埚杆盘状顶部的充分散热，使得坩埚杆上部易出现局部高温，从而使得坩埚杆使用寿命下降的问题，本发明的技术方案是：包括坩埚杆，坩埚杆中设置有上行流道和下行流道，上行流道和下行流道在坩埚杆顶部连通，所述坩埚杆顶部设置有一个中心支撑脚和多个对称设置的侧面支撑脚，中心支撑脚内部设置有冷却支水道Ⅰ，所述冷却支水道Ⅰ的两端分别与上行流道和下行流道连通，所述侧面支撑脚内部设置有冷却支水道Ⅱ，冷却支水道Ⅱ的两端分别与上行流道和下行流道连通。本发明适用于单晶炉。

Description

一种多点支撑的单晶炉坩埚杆
技术领域
本发明属于单晶炉技术领域，具体涉及一种多点支撑的单晶炉坩埚杆。
背景技术
单晶炉是一种在惰性气体(氮气、氦气为主)环境中,用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化,用直拉法生长无错位单晶的设备。多晶材料熔化后盛装在一个坩埚中，坩埚底部设置有坩埚杆用于旋转或带动坩埚升降。由于坩埚杆周围是用于对坩埚进行加热的加热装置，因此在单晶炉工作时，坩埚杆的温度非常高，若不进行冷却，高温将影响坩埚杆的使用寿命。
为了与坩埚结合更加牢固，坩埚杆的顶部通常设置为盘状(如图1所示)，盘状的顶部与坩埚托盘完全贴合。高温的坩埚会通过坩埚托盘和坩埚杆盘状的顶部向坩埚杆传递大量的热。现有的坩埚杆冷却技术通常是在坩埚杆的中空腔内设置一根水管，通过水管将冷却水送入到坩埚杆的中空腔的顶部，然后使冷却水从水管与坩埚杆之间的夹层流下。
在这种结构设置下，冷却水的冷却作用无法满足坩埚杆盘状顶部的充分散热，使得坩埚杆上部易出现局部高温，从而使得坩埚杆使用寿命下降。
发明内容
针对现有坩埚杆结构中，冷却水的冷却作用无法满足坩埚杆盘状顶部的充分散热，使得坩埚杆上部易出现局部高温，从而使得坩埚杆使用寿命下降的问题，本发明提供一种多点支撑的单晶炉坩埚杆，其目的在于：通过改变坩埚杆顶部与坩埚托盘的结合处的结构，降低了坩埚向坩埚杆的传热量，降低了坩埚杆顶部的冷却难度，从而使得坩埚杆的冷却效果更好，延长了设备的使用寿命。
本发明采用的技术方案如下：
一种多点支撑的单晶炉坩埚杆，包括坩埚杆，坩埚杆中设置有上行流道和下行流道，上行流道和下行流道在坩埚杆顶部连通，所述坩埚杆顶部设置有一个中心支撑脚和多个对称设置的侧面支撑脚，中心支撑脚内部设置有冷却支水道Ⅰ，所述冷却支水道Ⅰ的两端分别与上行流道和下行流道连通，所述侧面支撑脚内部设置有冷却支水道Ⅱ，冷却支水道Ⅱ的两端分别与上行流道和下行流道连通。
采用该技术方案后，利用中心支撑脚和侧面支撑脚对坩埚托盘形成多点支撑，一方面这种结构能够达到良好稳定的支撑坩埚的效果；另一方面由于相比于传统的盘状的顶部本方案的接触面积小，因而坩埚向坩埚杆传递的热量也更少，降低了坩埚杆顶部的冷却难度，从而使得坩埚杆的冷却效果更好，避免了坩埚杆顶部出现局部高温，从而延长了设备的使用寿命。
优选的，侧面支撑脚的设置方向与坩埚杆的轴线的具有45-75度的角度，侧面支撑脚的设置方向朝向远离坩埚杆的轴线的方向。该优选方案中，侧面支撑脚对坩埚托盘的支撑更加稳定，提高了坩埚杆与坩埚托盘的结合强度。
优选的，坩埚杆顶部设置有圆盘状的强化部，所述中心支撑脚和侧面支撑脚均设置在强化部上。由于侧面支撑脚有多个，如果支撑脚直接与圆柱状的坩埚杆的顶部连接，会由于连接部的截面太小导致结合不牢固。设置强化部后，能够有效提高侧面支撑脚与坩埚杆顶部的结合面积，增强结合强度，从而进一步使得坩埚杆与坩埚托盘的结合强度更高。此外，强化部相对于坩埚杆主体更加粗大，能够削弱坩埚杆内部设置中空的冷却水流道造成的坩埚杆强度下降的问题。
进一步优选的，侧面支撑脚设置在强化部上表面的边缘。
进一步优选的，侧面支撑脚下部和强化部外侧面之间设置有加腋板。
采用上述优选方案能够进一步增强侧面支撑脚与强化部的结合强度，从而使得侧面支撑脚更加牢固不易折断。
进一步优选的，强化部中设置有进水腔和出水腔，所述进水腔底部与上行流道连通，所述进水腔上部分别与冷却支水道Ⅰ和冷却支水道Ⅱ的一端连通，所述出水腔底部与下行流道连通，所述出水腔上部分别与冷却支水道Ⅰ和冷却支水道Ⅱ的另一端连通。本优选方案设置进水腔和出水腔，使所有的冷却支水道Ⅰ和冷却支水道Ⅱ分别与上述两个腔室连通，从而使得强化部中的流道设计更加有条理，降低装置的加工难度。
优选的，冷却支水道Ⅰ和冷却支水道Ⅱ的形状为U形。该优选结构的冷却支水道Ⅰ和冷却支水道Ⅱ具有更好的冷却效果。
优选的，上行流道为直线型，所述下行流道为螺旋状，下行流道环绕上行流道设置。下行流道为螺旋下降，能够减缓水流速度，使得冷却水能够充分与发热部位发生热交换，达到更好的冷却效果。且相对于现有技术中下行流道为一个夹层的设置，该优选方案中，水流更加均匀，避免了坩埚杆的侧面出现局部区域无法与冷却水接触的可能，从而进一步避免了局部高温造成的坩埚杆损坏。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.由于相比于传统的盘状的顶部本方案的接触面积小，因而坩埚向坩埚杆传递的热量也更少，降低了坩埚杆顶部的冷却难度，从而使得坩埚杆的冷却效果更好，避免了坩埚杆顶部出现局部高温，从而延长了设备的使用寿命。
2.通过优化侧面支撑脚的设置方向，使侧面支撑脚对坩埚托盘的支撑更加稳定，提高了坩埚杆与坩埚托盘的结合强度。
3.设置强化部后，能够有效提高侧面支撑脚与坩埚杆顶部的结合面积，增强结合强度，从而进一步使得坩埚杆与坩埚托盘的结合强度更高。此外，强化部相对于坩埚杆主体更加粗大，能够削弱坩埚杆内部设置中空的冷却水流道造成的坩埚杆强度下降的问题。
4.设置加腋板进一步增强侧面支撑脚与强化部的结合强度，从而使得侧面支撑脚更加牢固不易折断。
5.设置为U形使冷却支水道Ⅰ和冷却支水道Ⅱ具有更好的冷却效果。
6.下行流道为螺旋下降，能够减缓水流速度，使得冷却水能够充分与发热部位发生热交换，达到更好的冷却效果。且相对于现有技术中下行流道为一个夹层的设置，该优选方案中，水流更加均匀，避免了坩埚杆的侧面出现局部区域无法与冷却水接触的可能，从而进一步避免了局部高温造成的坩埚杆损坏。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是现有技术中坩埚杆顶部的结构示意图；
图2是本发明的剖视图；
图3是本发明的仰视图。
其中，1-坩埚托盘，2-坩埚杆，3-冷却水管，4-中心支撑脚，5-冷却支水道Ⅰ，6-侧面支撑脚，7-冷却支水道Ⅱ，8-加腋板，9-出水腔，10-进水腔，11-强化部，12-下行流道，13-上行流道。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图2、图3对本发明作详细说明。
实施例1
一种多点支撑的单晶炉坩埚杆，包括坩埚杆2，坩埚杆2中设置有上行流道13和下行流道12，上行流道13和下行流道12在坩埚杆2顶部连通，所述坩埚杆2顶部设置有一个中心支撑脚4和多个对称设置的侧面支撑脚6，中心支撑脚4内部设置有冷却支水道Ⅰ5，所述冷却支水道Ⅰ5的两端分别与上行流道13和下行流道12连通，所述侧面支撑脚6内部设置有冷却支水道Ⅱ7，冷却支水道Ⅱ7的两端分别与上行流道13和下行流道12连通。
优选的，为了使侧面支撑脚6具有更好的强度，侧面支撑脚6的设置方向与坩埚杆2的轴线的具有45-75度的角度，侧面支撑脚6的设置方向朝向远离坩埚杆2的轴线的方向。
本实施例中，坩埚杆2与坩埚托盘1的接触部位仅限于中心支撑脚4和侧面支撑脚6的顶部，总接触面积小，降低了坩埚通过坩埚托盘1向坩埚杆2传递的热量。
实施例2
在实施例1的基础上，坩埚杆2顶部设置有圆盘状的强化部11，所述中心支撑脚4和侧面支撑脚6均设置在强化部11上。侧面支撑脚6设置在强化部11上表面的边缘。所述侧面支撑脚6下部和强化部11外侧面之间设置有加腋板8。强化部11中设置有进水腔10和出水腔9，所述进水腔10底部与上行流道13连通，所述进水腔10上部分别与冷却支水道Ⅰ5和冷却支水道Ⅱ7的一端连通，所述出水腔9底部与下行流道12连通，所述出水腔9上部分别与冷却支水道Ⅰ5和冷却支水道Ⅱ7的另一端连通。所述冷却支水道Ⅰ5和冷却支水道Ⅱ7的形状为U形。所述上行流道13为直线型，所述下行流道12为螺旋状，下行流道12环绕上行流道13设置。
通过本实施例的流道设计，冷却水由上行流道13进入进水腔10，在进水腔10的顶部，冷却水流分别进入冷却支水道Ⅰ5和冷却支水道Ⅱ7从而分别对中心支撑脚4和侧面支撑脚6进行冷却，然后汇入出水腔9并经由螺旋状的下行流道12排出。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种多点支撑的单晶炉坩埚杆，包括坩埚杆(2)，坩埚杆(2)中设置有上行流道(13)和下行流道(12)，上行流道(13)和下行流道(12)在坩埚杆(2)顶部连通，其特征在于：所述坩埚杆(2)顶部设置有一个中心支撑脚(4)和多个对称设置的侧面支撑脚(6)，中心支撑脚(4)内部设置有冷却支水道Ⅰ(5)，所述冷却支水道Ⅰ(5)的两端分别与上行流道(13)和下行流道(12)连通，所述侧面支撑脚(6)内部设置有冷却支水道Ⅱ(7)，冷却支水道Ⅱ(7)的两端分别与上行流道(13)和下行流道(12)连通；
所述侧面支撑脚(6)的设置方向与坩埚杆(2)的轴线的具有45-75度的角度，侧面支撑脚(6)的设置方向朝向远离坩埚杆(2)的轴线的方向；
所述坩埚杆(2)顶部设置有圆盘状的强化部(11)，所述中心支撑脚(4)和侧面支撑脚(6)均设置在强化部(11)上。
2.按照权利要求1所述的一种多点支撑的单晶炉坩埚杆，其特征在于：所述侧面支撑脚(6)设置在强化部(11)上表面的边缘。
3.按照权利要求1所述的一种多点支撑的单晶炉坩埚杆，其特征在于：所述侧面支撑脚(6)下部和强化部(11)外侧面之间设置有加腋板(8)。
4.按照权利要求1所述的一种多点支撑的单晶炉坩埚杆，其特征在于：所述强化部(11)中设置有进水腔(10)和出水腔(9)，所述进水腔(10)底部与上行流道(13)连通，所述进水腔(10)上部分别与冷却支水道Ⅰ(5)和冷却支水道Ⅱ(7)的一端连通，所述出水腔(9)底部与下行流道(12)连通，所述出水腔(9)上部分别与冷却支水道Ⅰ(5)和冷却支水道Ⅱ(7)的另一端连通。
5.按照权利要求1所述的一种多点支撑的单晶炉坩埚杆，其特征在于：所述冷却支水道Ⅰ(5)和冷却支水道Ⅱ(7)的形状为U形。
6.按照权利要求1所述的一种多点支撑的单晶炉坩埚杆，其特征在于：所述上行流道(13)为直线型，所述下行流道(12)为螺旋状，下行流道(12)环绕上行流道(13)设置。
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