CN109402728A - 石墨发热体以及晶体生长炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种石墨发热体以及晶体生长炉，包括石墨本体以及至少两个电极部，其中，石墨本体包括加热底壁和加热侧壁。加热侧壁包括至少四个加热侧板，至少四个加热侧板中的每两个加热侧板构成一个侧壁加热部，加热底壁包括至少两个加热底板，至少两个加热底板中的每一个加热底板相互间隔，相邻两个侧壁加热部的第二端通过加热底板连接。至少两个电极部分别设置于不同的侧壁加热部上。本申请的技术方案可以用于解决KY长晶工艺成本高的问题。

Description

石墨发热体以及晶体生长炉

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，具体而言，涉及一种石墨发热体以及晶体生长炉。

背景技术

当前晶体生长领域，尤其是高温晶体生长领域，多数采用钨钼等难熔金属作为发热体及保温层材料，虽然难熔金属具有熔点高，抗腐蚀性强，加工工艺简单，生产成本低等优点，但是在实际应用中，造成晶体生产设备能耗较高。对于进行大规模晶体生长的企业，电费的消耗为主要成本支出，使用难熔金属材料不利于企业降低生产成本，并且晶体生长炉所用的难熔金属材料不论是发热体还是隔热屛，在经过多次高温之后较为容易发生变形，在炉腔中有限的空间里，发生形变的材料之间较为容易发生拉弧等短路现象，因此晶体生长炉使用难熔材料作为热区材料易损件更换率较高。对于节约生产成本相当不利。

KY长晶工艺(Kyropoulos method，泡生法又称之为凯氏长晶法，简称KY法，)由于较低的缺陷密度及较高的成品率，备受广大晶体生长企业的青睐，但由于使用钨钼材料作为发热体和隔热屛，又使得其生产成本居高不下。

发明内容

本发明提供了一种石墨发热体以及晶体生长炉，用于解决KY长晶工艺成本高的问题。

第一方面，提供了一种石墨发热体，包括石墨本体以及至少两个电极部，其中，石墨本体包括加热底壁和加热侧壁。加热底壁与加热侧壁共同限定加热空间：加热侧壁包括至少四个加热侧板，至少四个加热侧板中的每一个加热侧板具有相对的第一端和第二端；至少四个加热侧板中的每两个加热侧板构成一个侧壁加热部，一个侧壁加热部中的两个加热侧板的第一端相互连接，一个侧壁加热部中的两个加热侧板的第二端相互远离；相邻两个侧壁加热部的相互靠近的加热侧板的第一端相互远离；加热底壁包括至少两个加热底板，至少两个加热底板中的每一个加热底板相互间隔，相邻两个侧壁加热部的第二端通过加热底板连接。至少两个电极部分别设置于不同的侧壁加热部上。

上述方案中，在KY长晶工艺中，晶体生长炉的坩埚置于加热空间中加热。其中，加热侧壁中每两个加热侧板构成一个侧壁加热部，相邻的两个侧壁加热部通过加热底板连接，使得石墨本体构成由多个发热件(石墨本体中的各个加热侧板以及各个加热底板，均为发热件)串联的加热结构，其中，当电极部外接电源后，石墨本体即对位于加热空间中的坩埚进行加热。由于石墨材料作为一种导电材料，其具有电阻适中，性能稳定，变形率小，膨胀系数低，抗腐蚀性能好，使用寿命长等特点，在KY长晶工艺中，能够在保证加热效果的条件下，降低晶体生长炉设备消耗的能量，并且能够避免出现由于高温导致加热元件变形的情况发生。

在一种可能的实现方式中，至少两个电极部中的至少一个电极部包括开设于侧壁加热部上的电极孔。

上述技术方案中，其中，在一种可能的方式中，电极部为开设于侧壁加热部，即，石墨本体上的电极孔，在制造工艺上，石墨本体开孔工序简单，成本低，并且通过电极孔的方式与石墨电极连接，能够方便将石墨发热体接电，从而加热。

可选地，在一种可能的实现方式中，电极孔位于侧壁加热部中两个加热侧壁之间。

上述技术方案中，提供了一种可实现的电极孔的布置方式，其外观整洁，并且在两个加热侧壁之间开设能够使得电极孔的生产具有多种制造方式，例如直接开孔或者该电极孔有两个半圆槽构成，从而降低了制造成本。

可选地，相邻两个侧壁加热部之间的相互靠近的两个第一端之间的间隙呈第一直线通槽，第一直线通槽向加热底壁延伸；

侧壁加热部中的两个加热侧板的两个第二端之间的间隙呈第二直线通槽，第二直线通槽向第一端延伸。

上述技术方案中，具体地给出了各个加热侧板之间的相对布置，通过以直线通槽(第一直线通槽和第二直线通槽)的方式，将相邻的两个侧壁加热部以及侧壁加热部中的两个加热侧板之间进行间隔，以使得石墨本体是一个由多个发热件(石墨本体中的各个加热侧板以及各个加热底板，均为发热件)依次串联的导电发热结构，由于是以直线通槽的方式进行分隔的，故，在制造上工艺简单，同时外观整洁，并且结构稳定。

可选地，相邻两个加热底板之间的间隙呈第三直线通槽，第三直线通槽与第二直线通槽连通；

第三直线通槽的槽宽与第二直线通槽的槽宽相同。

可选地，包括三个电极部；加热侧壁包括至少六个加热侧板，加热底壁包括至少四个加热底板；

其中，三个电极部分别设置于三个侧壁加热部上。

上述技术方案中，通过三个电极部，使得该石墨发热体的供电方式为三角形接法，该接法有效地的提高石墨发热体的热效率。

在一种可能的实现方式中，加热侧壁包括24个加热侧板，加热底壁包括12个加热底板；

其中，三个电极部呈正三角形阵列分别分布在三个侧壁加热部上。

进一步地，在一种可能的实现方式中，加热底板呈弧顶梯形，弧顶梯形具有相对的上顶和下顶，下顶与相邻两个侧壁加热部的第二端连接。至少两个加热底板的第一端向加热空间的轴线靠拢并共同限定支撑通孔。

上述技术方案中，弧顶梯形为一以梯形为基本形状的结构，该梯形的上顶和下顶为弧形，下顶与加热侧壁连接，多个加热底板的上顶相互靠拢，构成了能够为坩埚支撑柱放置的支撑通孔，其中，通过上述设计，使得石墨本体在制造时，能够一体成型或者分开制造。

进一步地，在一种可能的实现方式中，加热侧板与加热底板的厚度相同。

第二方面，提供了一种晶体生长炉，晶体生长炉包括第一方面以及第一方面中任意一种可实现的方式中的石墨发热体。晶体生长炉中的坩埚位于加热空间内。

上述技术方案中，提供了一种晶体生长炉。在KY长晶工艺中，在晶体生长炉中设置石墨发热体，由于石墨材料作为一种导电材料，其具有电阻适中，性能稳定，变形率小，膨胀系数低，抗腐蚀性能好，使用寿命长等特点，故能够在保证加热效果的条件下，降低晶体生长炉设备消耗的能量，并且能够避免出现由于高温导致加热元件变形的情况发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中石墨发热体在第一视角下的结构示意图；

图2为本发明实施例中石墨发热体在第二视角下的结构示意图；

图3为本发明实施例中石墨发热体在第三视角下的结构示意图；

图4为本发明实施例中晶体生长炉的结构示意图。

图标：10-石墨发热体；10a-石墨本体；10b-电极部；11-加热侧壁；11A-侧壁加热部；12-加热底壁；20-晶体生长炉；21-坩埚；22-炉膛；23-籽晶杆；60-支撑通孔；71-上顶；72-下顶；81-第一直线通槽；82-第二直线通槽；83-第三直线通槽；90-加热空间；110-加热侧板；110a-第一端；110b-第二端；120-加热底板；210-坩埚支撑柱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。

下面将对本申请中的技术方案进行描述。

本实施例提供一种石墨发热体10，用于解决KY长晶工艺成本高的问题。

请参考图1-图3，图1示出了本实施例中石墨发热体10在第一视角下的具体结构，图2示出了本实施例中石墨发热体10在第二视角下的具体结构，图3示出了本实施例中石墨发热体10在第三视角下的具体结构

石墨发热体10，包括石墨本体10a以及至少两个电极部10b，其中，石墨本体10a包括加热底壁12和加热侧壁11。加热底壁12与加热侧壁11共同限定加热空间90：加热侧壁11包括至少四个加热侧板110，至少四个加热侧板110中的每一个加热侧板110具有相对的第一端110a和第二端110b；至少四个加热侧板110中的每两个加热侧板110构成一个侧壁加热部11A，一个侧壁加热部11A中的两个加热侧板110的第一端110a相互连接，一个侧壁加热部11A中的两个加热侧板110的第二端110b相互远离；相邻两个侧壁加热部11A的相互靠近的加热侧板110的第一端110a相互远离；加热底壁12包括至少两个加热底板120，至少两个加热底板120中的每一个加热底板120相互间隔，相邻两个侧壁加热部11A的第二端110b通过加热底板120连接。至少两个电极部10b分别设置于不同的侧壁加热部11A上。

其中，在KY长晶工艺中，晶体生长炉的坩埚置于加热空间90中加热。其中，加热侧壁11中每两个加热侧板110构成一个侧壁加热部11A，相邻的两个侧壁加热部11A通过加热底板120连接，使得石墨本体10a构成由多个发热件(石墨本体10a中的各个加热侧板110以及各个加热底板120，均为发热件)串联的加热结构，其中，当电极部10b外接电源后，石墨本体10a即对位于加热空间90中的坩埚21进行加热。由于石墨材料作为一种导电材料，其具有电阻适中，性能稳定，变形率小，膨胀系数低，抗腐蚀性能好，使用寿命长等特点，在KY长晶工艺中，能够在保证加热效果的条件下，降低晶体生长炉设备消耗的能量，并且能够避免出现由于高温导致加热元件变形的情况发生。

进一步地，如图1，在一些实施例中，至少两个电极部10b中的至少一个电极部10b包括开设于侧壁加热部11A上的电极孔。其中，电极部10b为开设于侧壁加热部11A，即，石墨本体10a上的电极孔，在制造工艺上，石墨本体10a开孔工序简单，成本低，并且通过电极孔的方式与石墨电极连接，能够方便将石墨发热体10接电，从而加热,本实施例中，电极孔可与石墨电极螺纹配合。

进一步地，电极孔位于侧壁加热部11A中两个加热侧壁11之间。

其中，上述实施例中，提供了一种可实现的电极孔的布置方式，其外观整洁，并且在两个加热侧壁11之间开设能够使得电极孔的生产具有多种制造方式，例如直接开孔或者该电极孔有两个半圆槽构成，从而降低了制造成本。

可选地，在一些实施例中，如图1和图2，相邻两个侧壁加热部11A之间的相互靠近的两个第一端110a之间的间隙呈第一直线通槽81，第一直线通槽81向加热底壁12延伸；侧壁加热部11A中的两个加热侧板110的两个第二端110b之间的间隙呈第二直线通槽82，第二直线通槽82向第一端110a延伸。

其中，上述的一些实施例中具体地给出了各个加热侧板110之间的相对布置，通过以直线通槽(第一直线通槽81和第二直线通槽82)的方式，将相邻的两个侧壁加热部11A以及侧壁加热部11A中的两个加热侧板110之间进行间隔，以使得石墨本体10a是一个由多个发热件(石墨本体10a中的各个加热侧板110以及各个加热底板120，均为发热件)依次串联的导电发热结构，由于是以直线通槽的方式进行分隔的，故，在制造上工艺简单，同时外观整洁，并且结构稳定。

可选地，在一些实施例中，如图3，相邻两个加热底板120之间的间隙呈第三直线通槽83，第三直线通槽83与第二直线通槽82连通，第三直线通槽83的槽宽与第二直线通槽82的槽宽相同。

具体地，在一些实施例中，包括三个电极部10b，加热侧壁11包括至少六个加热侧板110，加热底壁12包括至少四个加热底板120，其中，三个电极部10b分别设置于三个侧壁加热部11A上。其中，通过三个电极部10b，使得该石墨发热体10的供电方式为三角形接法，该接法有效地的提高石墨发热体10的热效率。

具体地，在一些实施例中，加热侧壁11包括24个加热侧板110，加热底壁12包括12个加热底板120；其中，三个电极部10b呈正三角形阵列分别分布在三个侧壁加热部11A上。

可选地，在一些实施例中，如图3，加热底板120呈弧顶梯形，弧顶梯形具有相对的上顶71和下顶72，下顶72与相邻两个侧壁加热部11A的第二端110b连接。至少两个加热底板120的第一端110a向加热空间90的轴线靠拢并共同限定支撑通孔60。需要说明的是，弧顶梯形为一以梯形为基本形状的结构，该梯形的上顶71和下顶72为弧形，下顶72与加热侧壁11连接，多个加热底板120的上顶71相互靠拢，构成了能够为坩埚支撑柱放置的支撑通孔60，其中，通过上述设计，使得石墨本体10a在制造时，能够一体成型或者分开制造。

其中，本实施例中，加热侧板110与加热底板120的厚度相同。

进一步地，本实施例中，还提供一种晶体生长炉20，请参考图4，晶体生长炉20包括石墨发热体10。晶体生长炉20中的坩埚21位于加热空间90内。

在图4中，坩埚21由坩埚支撑柱210通过支撑通孔60支撑于石墨发热体10内部，并位于炉膛22中央位置，籽晶杆23为晶体生长的籽晶夹持机构。

其中，提供了一种晶体生长炉20。在KY长晶工艺中，在晶体生长炉20中设置石墨发热体10，由于石墨材料作为一种导电材料，其具有电阻适中，性能稳定，变形率小，膨胀系数低，抗腐蚀性能好，使用寿命长等特点，故能够在保证加热效果的条件下，降低晶体生长炉20设备消耗的能量，并且能够避免出现由于高温导致加热元件变形的情况发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种石墨发热体，其特征在于，包括：

石墨本体，所述石墨本体包括加热底壁和加热侧壁，所述加热底壁与所述加热侧壁共同限定加热空间：

所述加热侧壁包括至少四个加热侧板，所述至少四个加热侧板中的每一个加热侧板具有相对的第一端和第二端；

所述至少四个加热侧板中的每两个所述加热侧板构成一个侧壁加热部，一个所述侧壁加热部中的两个所述加热侧板的第一端相互连接，一个所述侧壁加热部中的两个所述加热侧板的第二端相互远离；

相邻两个所述侧壁加热部的相互靠近的所述加热侧板的第一端相互远离；

所述加热底壁包括至少两个加热底板，所述至少两个加热底板中的每一个所述加热底板相互间隔，相邻两个所述侧壁加热部的第二端通过所述加热底板连接；以及

至少两个电极部，所述至少两个电极部分别设置于不同的所述侧壁加热部上。

2.根据权利要求1所述的石墨发热体，其特征在于：

所述至少两个电极部中的至少一个所述电极部包括开设于所述侧壁加热部上的电极孔。

3.根据权利要求2所述的石墨发热体，其特征在于：

所述电极孔位于所述侧壁加热部中两个所述加热侧壁之间。

4.根据权利要求1所述的石墨发热体，其特征在于：

相邻两个所述侧壁加热部之间的相互靠近的两个所述第一端之间的间隙呈第一直线通槽，所述第一直线通槽向所述加热底壁延伸；

所述侧壁加热部中的两个所述加热侧板的两个所述第二端之间的间隙呈第二直线通槽，所述第二直线通槽向所述第一端延伸。

5.根据权利要求4所述的石墨发热体，其特征在于：

相邻两个所述加热底板之间的间隙呈第三直线通槽，所述第三直线通槽与所述第二直线通槽连通；

所述第三直线通槽的槽宽与所述第二直线通槽的槽宽相同。

6.根据权利要求1所述的石墨发热体，其特征在于，包括：

三个所述电极部；

所述加热侧壁包括至少六个加热侧板，所述加热底壁包括至少四个加热底板；

其中，三个所述电极部分别设置于三个所述侧壁加热部上。

7.根据权利要求6所述的石墨发热体，其特征在于：

所述加热侧壁包括24个所述加热侧板，所述加热底壁包括12个加热底板；

其中，三个所述电极部呈正三角形阵列分别分布在三个所述侧壁加热部上。

8.根据权利要求1所述的石墨发热体，其特征在于：

所述加热底板呈弧顶梯形，所述弧顶梯形具有相对的上顶和下顶，所述下顶与相邻两个所述侧壁加热部的第二端连接；

所述至少两个加热底板的所述第一端向所述加热空间的轴线靠拢并共同限定支撑通孔。

9.根据权利要求1所述的石墨发热体，其特征在于：

所述加热侧板与所述加热底板的厚度相同。

10.一种晶体生长炉，其特征在于：

所述晶体生长炉包括权利要求1-9中任意一项所述的石墨发热体；

所述晶体生长炉中的坩埚位于所述加热空间内。