CN109338462B - 一种直拉单晶用变径籽晶及引晶方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直拉单晶用变径籽晶，包括粗籽晶部、变径籽晶部和细籽晶部，粗籽晶部、变径籽晶部与细籽晶部依次连接。本发明的有益效果是由于采用上述技术方案，使得籽晶的结构更加简单，采用变径设计，从粗籽晶部分到细籽晶部分直径变小，粗籽晶部保证了籽晶的强度，细籽晶部横截面积变小，与硅溶液液面接触时产生的位错少，降低位错的产生，缩短了引晶长度，提高了设备整体效率OEE。
Description
技术领域
本发明属于单晶生产技术领域，尤其是涉及一种直拉单晶用变径籽晶及引晶方法。
背景技术
单晶生长过程包括，拆清、熔料、熔接、稳温、引晶、扩肩、转肩、等径、收尾、停炉工步。在熔接时需要将籽晶下降与硅熔液接触，此时因为热应力会产生很多位错，产生位错的因素主要有：接触时籽晶与硅熔液液面温差、接触时籽晶的截面积大小，但采用细籽晶，风险较大，在单晶炉运行过程中易断裂发生事故。
发明内容
鉴于上述问题，本发明要解决的问题是提供一种直拉单晶用变径籽晶及引晶方法，尤其适合直拉单晶过程中使用，保证籽晶强度，降低位错的产生。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种直拉单晶用变径籽晶，包括粗籽晶部、变径籽晶部和细籽晶部，粗籽晶部、变径籽晶部与细籽晶部依次连接。
进一步的，粗籽晶部、变径籽晶部与细籽晶部一体成型。
进一步的，粗籽晶部的直径大于变径籽晶部的直径。
进一步的，变径籽晶部的直径大于细籽晶部的直径。
进一步的，还包括籽晶夹头，籽晶夹头与粗籽晶部连接。
进一步的，籽晶夹头的材料为石墨或碳碳材料。
一种直拉单晶用变径籽晶引晶方法，包括以下步骤：
S1：引晶，引晶距离为180-230mm；
S2：缩细径，缩细径过程的拉速为35-55mm/min；
S3：拉制细径单晶，细径单晶生长过程的拉速为70-150mm/min。
进一步的，步骤S1中引晶时变径籽晶的细籽晶部与硅液面接触的面积为50-70mm2。
进一步的，步骤S1中引晶过程为：熔化后的硅溶液的温度达到引晶温度后，细籽晶部降低至硅溶液的液面上部，与硅溶液的液面保持一定距离。
进一步的，细籽晶部与硅溶液的液面距离为180-230mm。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.由于采用上述技术方案，使得籽晶的结构更加简单，采用变径设计，从粗籽晶部分到细籽晶部分直径变小，粗籽晶部保证了籽晶的强度，细籽晶部横截面街变小，与硅溶液液面接触时产生的位错少，降低位错的产生，缩短了引晶长度；
2.籽晶采用变径的设计，提高了单晶一次成晶率，有效提高了产能和工时利用率，降低了籽晶的消耗。
附图说明
图1是本发明的一实施例的结构示意图；
图2是本发明的一实施例的籽晶夹头的结构示意图。
图中：
1、粗籽晶部 2、变径籽晶部 3、细籽晶部
4、籽晶夹头
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
图1示出了本发明的一实施例的结构示意图，具体示出了本实施例的结构，本实施例涉及一种直拉单晶用变径籽晶，用于直拉单晶在拉单晶时引晶使用，便于直拉单晶引晶，该直拉单晶用变径籽晶采用变径设计，直径产生变化，保证了籽晶的强度，降低了籽晶熔接时位错的产生，提高了单晶一次成晶率，提升了产能和工时利用率。
上述的直拉单晶用变径籽晶，如图1所示，包括粗籽晶部1、变径籽晶部2和细籽晶部3，粗籽晶部1、变径籽晶部2与细籽晶部3依次连接，构成变径籽晶整体，粗籽晶部1用于与籽晶夹头4连接，便于将该变径籽晶安装在直拉单晶的单晶提升装置上，便于进行引晶及拉单晶，细籽晶部3用于与坩埚中的硅溶液液面熔接，进行引晶用；变径籽晶部2用于连接粗籽晶部1与细籽晶部3，且承受由粗籽晶部1到细籽晶部3由于直径的变化而产生的应力变化，保证籽晶在直径变化的同时，籽晶的强度不变，不会在单晶炉运行过程中发生断裂事故。在粗籽晶部1与变径籽晶部2的连接处设有锥形的台阶肩，在变径籽晶部2与细籽晶部3的连接处同样设有锥形的台阶肩，使得该变径籽晶能够承受直拉单晶在提升旋转过程中产生的剪切力，保证了变径籽晶的强度。
进一步优化方案，上述变径籽晶的粗籽晶部1、变径籽晶部2与细籽晶部3优选为一体成型，以此保证变径籽晶的强度，也就是，该变径籽晶由同一根籽晶通过单晶开方机或滚圆机加工而成。同时，粗籽晶部1的直径大于变径籽晶部2的直径，变径籽晶部2的直径大于细籽晶部3的直径，粗籽晶部1与籽晶夹头4接触，籽晶夹头4夹住粗籽晶部1，粗籽晶部1直径大于变径籽晶部2，变径籽晶部2的直径大于细籽晶部3，进而粗籽晶部1的直径大于细籽晶部3的直径，直径较大的粗籽晶部1保证了该变径籽晶的强度，保证了粗籽晶部1与籽晶夹头4接触处的强度，防止在直拉单晶过程中产生断晶现象。细籽晶部3的直径最小，细籽晶部3在进行直拉单晶引晶时，细籽晶部3与坩埚内的硅溶液熔接，进行引晶，细籽晶部直径较小时，即细籽晶部3的横截面面积较小，降低了该变径籽晶熔接时位错的产生，提升了单晶一次成晶率，降低了原籽晶的消耗，同时可以缩短引细晶长度，节约工时，提高设备整体效率OEE。因籽晶在熔接时需要将籽晶下降与硅溶液接触，此时因为热应力会产生很多位错，产生位错的主要因素有：接触时籽晶与硅溶液液面温差和接触时籽晶的横截面积，接触时籽晶与硅溶液液面温差变化越小，产生的位错越少，接触时籽晶的横截面积越小产生的位错的越少。在接触时籽晶与硅溶液液面温差不变的情况下，接触时籽晶的横截面积越小，产生的位错越少，所以，该变径籽晶与现有的籽晶相比，细籽晶部3的直径小于现有的籽晶的直径，使得该变径籽晶在熔接时与硅溶液接触时，产生的位错比现有籽晶在熔接时与硅溶液接触时产生的位错少，单晶一次成晶率高，比现有籽晶的单晶一次成晶率提高了5％，有效提升了产生和工时利用率，产能提升了3％，工时利用率提高了5％。
进一步优化方案，该直拉单晶用变径籽晶还包括籽晶夹头4，该籽晶夹头4用于与变径籽晶的粗籽晶部1连接。如图2所示，该籽晶夹头4为内部有空腔的圆柱状结构，且该空腔的上部与下部分别与外界连通，该籽晶夹头4也可以是内部具有空腔的圆锥状结构，还可以是其他内部有空腔的结构，根据实际需求进行选择。该籽晶夹头4的内部空腔形状与变径籽晶的粗籽晶部1和变径籽晶部2的形状相适应，便于变径籽晶与籽晶夹头4连接，籽晶夹头4对变径籽晶的粗籽晶部1进行夹持，该籽晶夹头4不与细籽晶部3接触，细籽晶部3延长出籽晶夹头4，便于细籽晶部3与硅溶液接触进行熔接引晶。该籽晶夹头4的材质为石墨或碳碳材料，耐高温，化学性质稳定，且不会在拉单晶过程中产生杂质，对造成单晶质量造成影响。
由于变径籽晶具有变径籽晶部，且变径籽晶部的直径小于粗籽晶部的直径，细籽晶部的直径小于变径籽晶部的直径，使得变径籽晶相对于现有籽晶来说，细籽晶部的直径小于现有籽晶下端的直径，使得该变径籽晶在进行直拉单晶引晶时，变径籽晶的下端与熔融硅溶液接触的减小，变径籽晶的接触面积为50-70mm2，减小接触面积，降低了接触时产生的位错。
一种直拉单晶用变径籽晶引晶方法，包括以下步骤：
S1：引晶，将变径籽晶的粗籽晶部1与籽晶夹头4连接，使得变径籽晶在直拉单晶炉中保持竖直状态，变径籽晶的细籽晶部3位于石英坩埚中的熔融硅溶液的正上方，在进行直拉单晶引晶时，熔化后的硅溶液的温度达到引晶温度后，细籽晶部3降低至硅溶液的液面上部，与硅溶液的液面保持一定距离，进行引晶，这里，细籽晶部3与硅溶液的液面距离为引晶距离，该引晶距离为180-230mm，即变径籽晶的细籽晶部3的下端与熔融的硅溶液的距离为180-230mm，由原有的280-250mm降低至180-230mm，降低了引晶的长度，降低了接触产生的位错，提高一次成晶率，同时，在引晶时变径籽晶的细籽晶部3与硅液面接触的面积为50-70mm2，由原有的接触面积为180-200mm2降低至50-70mm2，降低了变径籽晶下端与硅溶液的接触的面积，降低了接触时产生的位错，提高了一次成晶率；
S2：缩细径，在引晶成功后，进行缩细径的过程的拉制，在缩细径过程提高变径籽晶的拉速，该过程中的拉速为35-55mm/min，由原有的拉速15-35mm/min提高至35-55mm2，提高了缩细径过程的拉速，在达到原缩细径过程拉制的效果时，缩短了拉制的时间，提高了工时利用率；
S3：拉制细径单晶，在缩细径结束后，为使得细径的长度达到规定的长度，以便后续进行放肩和转肩、等径等工序，进行细径长度的拉制，在细径单晶生长过程中的提高变径籽晶的拉速，该过程的拉速为70-150mm/min，由原有的10-50mm/min提高到了70-150mm/min，提高了拉速，提高了工时利用率，提升产能。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，使得籽晶的结构更加简单，采用变径设计，从粗籽晶部分到细籽晶部分直径变小，粗籽晶部保证了籽晶的强度，细籽晶部横截面街变小，与硅溶液液面接触时产生的位错少，降低位错的产生，缩短了引晶长度；籽晶采用变径的设计，提高了单晶一次成晶率，有效提高了产能和工时利用率，降低了籽晶的消耗。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种直拉单晶用变径籽晶引晶方法，采用直拉单晶用变径籽晶进行引晶，变径籽晶包括粗籽晶部、变径籽晶部和细籽晶部，所述粗籽晶部、所述变径籽晶部与所述细籽晶部依次连接；所述粗籽晶部与所述变径籽晶部的连接处设有锥形的台阶肩，所述变径籽晶部与所述细籽晶部的连接处同样设有锥形的台阶肩；所述粗籽晶部与籽晶夹头连接，引晶方法包括以下步骤：
S1：引晶，将变径籽晶下降至硅溶液上方，所述细籽晶部与硅溶液的液面保持引晶距离，所述引晶距离为180-230mm，对变径籽晶进行烘烤；继续下降变径籽晶，变径籽晶与硅溶液接触，进行引晶；
S2：缩细径，所述缩细径过程的拉速为35-55mm/min；
S3：拉制细径单晶，所述细径单晶生长过程的拉速为70-150mm/min。
2.根据权利要求1所述的直拉单晶用变径籽晶引晶方法，其特征在于：所述步骤S1中引晶时所述变径籽晶的细籽晶部与硅液面接触的面积为50-70mm2。
3.根据权利要求2所述的直拉单晶用变径籽晶引晶方法，其特征在于：所述步骤S1中引晶过程为：熔化后的硅溶液的温度达到引晶温度后，所述细籽晶部降低至硅溶液的液面上部，与所述硅溶液的液面保持一定距离。
4.根据权利要求1所述的直拉单晶用变径籽晶引晶方法，其特征在于：所述粗籽晶部、所述变径籽晶部与所述细籽晶部一体成型。
5.根据权利要求1或4所述的直拉单晶用变径籽晶引晶方法，其特征在于：所述粗籽晶部的直径大于所述变径籽晶部的直径。
6.根据权利要求5所述的直拉单晶用变径籽晶引晶方法，其特征在于：所述变径籽晶部的直径大于细籽晶部的直径。
7.根据权利要求1或4或6所述的直拉单晶用变径籽晶引晶方法，其特征在于：还包括籽晶夹头，所述籽晶夹头与所述粗籽晶部连接。
8.根据权利要求7所述的直拉单晶用变径籽晶引晶方法，其特征在于：所述籽晶夹头的材料为石墨或碳碳材料。
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