CN110172730B - 一种单晶炉用加热器及其加热工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单晶炉用加热器，包括主加热部、副加热部和底加热部，副加热部与主加热部并行设置且位于主加热部下方，副加热部包括对称设置的第一副加热件和第二副加热件；底加热部与副加热部垂直设置且位于副加热部下端，底加热部包括对称设置的第一底加热件和第二底加热件；第一副加热件与第一底加热件并联连接形成一循环回路，第二副加热件与第二底加热件并联连接形成一循环回路；主加热部与副加热部之间设有第一间隙通道，副加热部与底加热部之间设有第二间隙通道。本发明还提出一种该加热器的加热工艺。本发明可保证热场温度均匀，提升石英坩埚和热场使用时间，降低生产成本，使单晶头部间隙氧含量降低，提高硅单晶质量，提高晶体成晶率。

Description

一种单晶炉用加热器及其加热工艺

技术领域

本发明属于直拉硅单晶配件技术领域，尤其是涉及一种单晶炉用加热器及其加热工艺。

背景技术

单晶正常生长离不开加热器，加热器已成为当前直拉单晶炉的重要系统之一，而随着直拉单晶炉热场尺寸的增大导致单晶炉所用加热器也随着增大。加热器的主要作用是为石英坩埚提供热量，使初始的固态原料融化为液态并保证单晶生长所需的温度梯度，维持单晶正常生长，保证单晶成晶率。目前常用的加热器主要有两个，一个是设置在热场侧面上部的主加热部，一个是设置在热场底部的底部加热部，且主加热部与底部加热部之间被空置，也就是说在热场中部和下部没有设置加热器，随着单晶热场炉子温度不断升高，导致热场上部和底部温度较高、中部温度较低，致使热场炉内会产生受热不均现象，尤其在熔料时使石英坩埚受热不均导致局部高温受损，降低石英坩埚使用时间，也严重影响单晶的成晶率；同时这一结构的布置，需使主加热部局部温度过高同时需要功率增大才能辐射到空置热场处，这样会降低主加热部使用时间，同时还会因主加热部加热过程中局部过热导致石英坩埚变形的问题。而且，底部加热部为一体式设计的结构，需要很大一块的石墨片，若某一部分损坏会导致整个底部加热部不能使用，也无法修复，需要重新更换，不仅材料加工的利用率低而且还增加成本。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种单晶炉用加热器及其加热工艺，尤其是适用于大尺寸热场的使用，不仅可保证热场温度均匀，降低生产成本，而且可降低单晶间隙氧含量，提升单晶品质，同时也提升石英坩埚和热场的使用时间。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种单晶炉用加热器，包括主加热部、副加热部和底加热部，所述副加热部与所述主加热部并行设置且位于所述主加热部下方，所述副加热部包括对称设置的第一副加热件和第二副加热件；所述底加热部与所述副加热部垂直设置且位于所述副加热部下端，所述底加热部包括对称设置的第一底加热件和第二底加热件；所述第一副加热件与所述第一底加热件并联连接形成一循环回路，所述第二副加热件与所述第二底加热件并联连接形成一循环回路；所述主加热部与所述副加热部之间设有第一间隙通道，所述副加热部与所述底加热部之间设有第二间隙通道。

进一步的，第一副加热件和第二副加热件均包括半环形副加热体和与所述副加热体一体连接的副加热电极柱，所述副加热体包括多个倒V型体首尾相接的上部和多个U型体首尾连接的下部，所述倒V型体与所述U型体为一体连接。

进一步的，所述倒V型体与所述U型体错位设置。

进一步的，所述主加热部包括环形主加热件和与所述主加热件一体连接的主加热电极柱，所述主加热件包括多个倒U型体首尾相接的上部和多个V型体首尾连接的下部，所述倒U型体与所述V型体为一体连接。

进一步的，所述倒U型体与所述V型体错位设置；所述V型体与所述U型体中心线重合；所述倒U型体与所述倒V型体中心线重合。

进一步的，所述第一副加热件与所述第一底加热件同侧设置；所述第二副加热件与所述第二底加热件同侧设置。

进一步的，所述第一底加热件和所述第二底加热件均包括底加热体和与所述底加热体一体连接的底加热电极柱，所述底加热体包括串联连接的长U型体和分设在所述长U型体两侧的连接体，所述连接体的一端与所述长U型体连接，另一端与所述底加热电极柱连接。

进一步的，所述第一底加热件和所述第二底加热件内缘共同形成一内切的圆型或椭圆形第三间隙通道。

进一步的，所述底加热电极柱的正极与所述副加热电极柱的正极、所述主加热电极柱的正极为同侧设置。

一种单晶炉用加热器的加热工艺，包括如上所述的加热器，包括：

S1：熔料时，总加热功率为100-150KW，其中，所述主加热部功率为总加热功率的1/3-1/2倍，所述副加热部功率和所述底加热部功率均为总加热功率的1/4-1/3倍，且所述副加热部中的所述第一副加热件和所述第二副加热件的加热功率相同，所述底加热部中的所述第一底加热件和所述第二底加热件的加热功率相同；

S2：长晶时，总加热功率为50-58KW，其中，所述主加热部功率与所述总加热功率相同，此时关闭所述副加热部和所述底加热部。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、采用本发明设计的加热器，优化热场主加热部和底加热部的结构并保证热场上部和底部温度稳定的情况下，再加入侧面的副加热部以向热场中部进行加热，这一结构使得单晶热场四周均设有加热器，使得在熔料与晶体生长过程中热场炉内受热均匀，进而可保证单晶生长所需的温度梯度，维持单晶正常生长，保证单晶成晶率，提高单晶品质。同时副加热部与主加热部、底部加热部配合使用，使硅料在加热熔化过程中温度更均匀，有效避免了因主加热部加热过程中局部过热导致石英坩埚损耗过快，进而影响单晶拉制产能和成品效率，同时还可以避免石英坩埚在加热器局部高温位置变形的问题，还可延长石英坩埚的使用时间，进而可增加投料量，降低单晶硅生产成本。

2、副加热部和底部加热部分开式的设计结构，每一部分的生产无需大块石墨材料即可完成加工，大大提高了石墨材料的利用率；分体式设计还易于加工，节约加工时间，维护方便更易于更换。同时在使用过程中任一加热件的损坏都不会影响其它加热件的使用，而且加热器作为易耗材料，需经常更换，分体式设计的结构可最大限度地降低了生产成本。

3、第一间隙通道、第二间隙通道和第三间隙通道的设置可有效均衡各加热器的能量，避免热量集中的情况发生，使热场整体温度变化平缓，从而降低熔体与石英坩埚的反应达到降低熔体中氧含量的目的。整体加热器本身的温度低、效率高且没有高温点，从而可降低石英坩埚与熔体的反应，减少氧含量的摄入，进而有效降低单晶间隙氧含量，提升单晶品质，提高拉晶的成晶率。

附图说明

图1是本发明一实施例的一种单晶炉用加热器的立体图；

图2是本发明一实施例的一种单晶炉用加热器的正面图；

图3是本发明一实施例的主加热部的立体图；

图4是本发明一实施例的副加热部中第一副加热件的立体图；

图5是本发明一实施例的副加热部中第一副加热件的俯视图；

图6是本发明一实施例的底加热部中第一底加热件的立体图；

图7是本发明一实施例的副加热部与底加热部配合的立体图；

图8是本发明一实施例的副加热部与底加热部的电极脚配合图；

图9是本发明一实施例的底部加热部与副加热部、主加热部的电极位置俯视图；

图10是本发明另一实施例的底加热部中第一底加热件的立体图；

图11是本发明另一实施例的副加热部与底加热部配合的立体图；

图12是本发明另一实施例的副加热部与底加热部的电极脚配合图；

图13是本发明另一实施例的底部加热部与副加热部、主加热部的电极位置俯视图；

图14为本发明加热功率与现有技术加热功率对长晶工艺的变化对比。

图中：

100、主加热部 101、倒U型体 102、V型体

103、主加热电极柱 104、电极脚 105、通孔

106、凹槽 107、凹槽 200、第一副加热件

201、倒V型体 202、U型体 203、副加热电极柱

204、电极脚 205、通孔 206、凹槽

207、凹槽 300、第一底加热件 301、长U型体

302、直体 303、圆弧体 304、短U型体

305、底加热电极柱 306、电极脚 307、通孔

300′、第一底加热件 301′、长U型体 302′、底加热电极柱

303′、电极脚 304′、通孔 400、第二副加热件

500、第二底加热件 600、第一间隙通道 700、第二间隙通道

800、第三间隙通道 800′、第三间隙通道

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例一：

本发明提出一种单晶炉用加热器，如图1和2所示，包括位于石英坩埚上部的主加热部100、石英坩埚中部的副加热部和石英坩埚底部的底加热部。其中，副加热部与主加热部100竖直平行设置且位于主加热部100的正下方，副加热部包括对称设置的第一副加热件200和第二副加热件400；底加热部与副加热部垂直设置且位于副加热部的下端，底加热部包括对称设置的第一底加热件300和第二底加热件500。第一副加热件200与第一底加热件300并联连接形成一循环回路，第二副加热件400与第二底加热件500并联连接形成一循环回路；主加热部100与副加热部之间设有第一间隙通道600，副加热部与底加热部之间设有第二间隙通道700。

进一步的，如图3所示，主加热部100包括环形设置的主加热件和与主加热件一体连接的主加热电极柱103，主加热件包括多个倒U型体101首尾相接的上部和多个V型体102首尾连接的下部，倒U型体101与V型体102为一体连接加工而成，且倒U型体101与V型体102错位设置；相邻倒U型体101之间设有开口朝上的凹槽106、相邻V型体102之间设有开口朝下的凹槽107，且凹槽106的中心线与V型体102的中心线重合，凹槽107的中心线与倒U型体101的中心线重合。主加热电极柱103对称设置在主加热件的中心线上，主加热电极柱103的一端与主加热件的V型体102，另一端设有电极脚104，电极脚104与底加热部同一个平面，在电极脚104上设有通孔105。在本实施例中，优化了主加热部100的结构，由倒U型体101与V型体102一体连接设置的主加热件中还设有凹槽106和凹槽107，这一优化的结构是因石墨的电阻有限，且对单晶炉加热的电压都是直流电，而且是低电压大电流，故需设计出凹槽106和凹槽107，以调整主加热部100的电阻适于标准电阻的要求。V型体102的设计使得主加热部100更易于与副加热部传导，使主加热件上的热量传递到副加热件200和副加热件400中，防止过多热量的损耗，提高主加热部的加热效率，降低加热功率，提高主加热部100的使用时间。

进一步的，如图4和5所示，第一副加热件200和第二副加热件400对称设置在主加热件电极柱103的两侧，结构一样，即第一副加热件200和第二副加热件400均包括半环形副加热体和与副加热体一体连接的副加热电极柱203。其中，副加热体包括多个倒V型体201首尾相接的上部和多个U型体202首尾连接的下部，倒V型体201与U型体202为一体连接设置，且倒V型体201与U型体202错位设置。相邻倒V型体201之间设有开口朝上的凹槽206、相邻U型体202之间设有开口朝下的凹槽207，且凹槽206的中心线与U型体202的中心线重合，凹槽207的中心线与倒V型体201的中心线重合。对于凹槽206与凹槽207的设计原则与凹槽105、凹槽106相同，在此不再详述。副加热电极柱203为L型结构，一端与倒V型体201的一半端面一体连接，另一端为水平设置的结构，且在另一端设有电极脚204，在电极脚204上设有通孔205，电极脚204的下端面与水平面平行一致，电极脚204的上端面凹嵌于电极柱203的上端面，且电极脚204的厚度是电极柱厚度的一半，这一结构易于与底加热部中的电极脚306配合，使得两者叠加的高度与主加热电极柱103中的电极脚104的高度一致，保证底部加热部所在平面的平整度。

同时，主加热体中的V型体102与第一副加热体的U型体202的中心线重合，主加热体中的倒U型体101与第一副加热体的倒V型体201的中心线重合。也即是说主加热体中的V型体102与第一副加热体或第二副加热体中的倒V型体201错位设置，使得在V型体102与倒V型体201之间有一条第一间隙通道600，第一间隙通道600的设置可有效均衡主副加热器之间的能量，避免热量集中的情况发生，使热场整体温度变化平缓，从而降低熔体与石英坩埚的反应达到降低熔体中氧含量的目的，提升单晶品质，提高拉晶的成晶率。再者，对于倒U型体101、V型体102、倒V型体201和U型体202的结构更易于一体化的加工，适于批量生产。还有V型体102与倒V型体201结构的设计更易于热量的传输，因石墨的导热性能非常好，在生产过程中，主加热部100的功率较底部加热部的功率高，副加热部至于两者之间，使得主加热部100中的多余热量可通过副加热部进行向下传递，即使副加热部本身不通电也可吸收主加热部100的热量对石英坩埚进行加热，进而实现温度的传递以使温度均衡，无需通过石墨坩埚的锅壁进行温度传递再对石英坩埚进行加热，不仅减少了温度能量的损坏而且还可对石墨坩埚及石英坩埚起到保温的作用。还有，副加热部的设置可分担主加热部100的加热功率，从而降低主加热部100功率，延长主加热部100的使用时间，降低生产成本。副加热部还可减少主加热部的功率损耗，同时还可保证单晶拉制过程中热场温度的一致性和均匀性，整体加热器的加热功率的均匀性亦可降低各加热部能量的损耗，还可阻止临近热场的其他配件，如石墨坩埚、碳碳坩埚、保温筒及其它保温材料，温度损耗过快，以保证这些配件的使用效果并延长其使用时间。

进一步的，如图6所示，底部加热部包括对称设置的第一底加热件300和第二底加热件500，第一底加热件300和第二底加热件500均位于副加热部的下端内部，且对称设置在主加热件电极柱103的两侧，结构一样，第一底加热件300和第二底加热件500均包括底加热体和与所述底加热体一体连接的底加热电极柱305。在本实施例中，底加热体包括多组串联连接的长U型体301和分设在长U型体301两侧的连接体，连接体的一端与长U型体301一体连接，另一端与底加热电极柱305一体连接，底加热电极柱305的另一端设有圆型的电极脚306，在电极脚306上设有通孔307，其中连接体从长U型体301到底加热电极柱305依次包括直体302、圆弧体303、短U型体304，其中圆弧体303与电极脚306是同圆心设置的，底加热电极柱305与短U型体304连接的圆弧与主加热电极柱103中电极脚104的圆心重叠。而且长U型体301、直体302、圆弧体303、短U型体304与底加热电极柱305的连接处均为圆弧，所有圆弧折弯处的内外圆不同心且外圆弧半径较内弧半径大出一个加热器的宽度，这一设计的目的是减小各加热体折弯处的损耗，因为加热器是有阻值的，电流会走最短的地方，所以电流在折弯处的内测与外侧的电流是不同的，不同心是为了增加折弯处的导电面积，内外半径差异是为了保证各加热器体之间距离的一致性。还有考虑到底部加热部的中心散热，短U型体304位置处内外圆弧的圆心较其他折弯处圆弧的距离近，则对于其他折弯处的导电截面减小，这样短U型体304圆弧折弯处的电阻相对于其他折弯处的电阻增大，进而也相对增大了其加热功率。而且本实施例中底部加热部的设计完全考虑到热场散热部分的补偿，如热场来补偿能量的损失，以保证整体能量的均衡。同时，对内侧圆弧圆心偏离方向为远离外侧圆弧，偏移距离根据加热器折弯角度与加热器瓣宽决定，目的是保证加热器折弯处内侧电流不超过平均电流的1.15倍。

进一步的，副加热部与底部加热部的配合结构如图7所示，第一副加热件200与第一底加热件300为同侧设置，相应地，第二副加热件400与第二底加热件500同侧设置。具体地，电极脚204与电极脚306的配合如图8所示，电极脚306为下部设有向上的凹槽的圆片与电极脚204中上部设有向上凹槽的圆片相匹配，可保证相互配合的平面为一平整平面，有利于底部加热部平面的平整性。主加热部的电极位置与副加热部和底加热部配合的电极位置的结构示意图如图9所示，优选地，底加热电极柱305的正极与副加热电极柱203的正极、主加热电极柱103的正极均为同侧设置，目的是为了避免加热器之间电压差过大造成他们之间打火。从图9中亦可看出，第一底加热件300和第二底加热件500的内缘共同形成一内切的圆型第三间隙通道800，同时亦可从图7看出，第一副加热件200和第一底加热件300之间、第二副加热件400与第二底加热件500之间均形成第二间隙通道700，第一间隙通道600、第二间隙通道700和第三间隙通道800一起形成一个上中下立体式的间隙通道，使得整体加热器本身的温度降低、效率提高且没有高温点，从而可降低石英坩埚与熔体的反应，减少氧含量的摄入，进而有效降低单晶间隙氧含量，提升单晶品质，提高拉晶的成晶率。

进一步的，第一副加热件200和第一底加热件300之间为并联连接形成一循环回路，第二副加热件400与第二底加热件500之间为并联连接形成一循环回路，优选地，两组循环回路的电流流向为同向设置，即第一副加热件200和第一底加热件300共同的正极与第二副加热件400与第二底加热件500共同的正极为同侧设置。并联设计的循环回路可以单独调节第一副加热件200、第一底加热件300、第二副加热件400和第二底加热件500的功率，以分配底加热部和副加热部的发热比例，即使底加热部或副加热部中出现某一个断裂或损坏，还可保证其它加热件仍然可以使用，避免出现因任一段损坏而导致整体加热部失效的可能。

本实施例中所设计的加热器，优化热场主加热部100和底加热部的结构并保证热场上部和底部温度稳定的情况下，再加入侧面的副加热部以向热场中部进行加热，这一结构使得单晶热场四周均设有加热器，使得在熔料与晶体生长过程中热场炉内受热均，进而可保证单晶生长所需的温度梯度，维持单晶正常生长，保证单晶成晶率，提高单晶品质。同时副加热部与主加热部100、底部加热部配合使用，使硅料在加热熔化过程中温度更均匀，有效避免了因主加热部加热过程中局部过热导致石英坩埚损耗过快，进而影响单晶拉制产能和成品效率，同时还可以避免石英坩埚在加热器局部高温位置变形的问题，还可延长石英坩埚的使用时间，进而可增加投料量，降低单晶硅生产成本。

实施例二：

如图10所示，与实施例一相比，本实施例最大的区别是底部加热部，其中底部加热部包括对称设置的第一底加热件300′和第二底加热件500′，第一底加热件300′和第二底加热件500′设置在主加热件电极柱103的两侧，结构一样。第一底加热件300′和第二底加热件500′均包括底加热体和与所述底加热体一体连接的底加热电极柱302′。在本实施例中，底加热体包括多组串联连接的长U型体301′和分设在长U型体301′两侧的连接体，连接体的一端与长U型体301′一体连接，另一端与底加热电极柱302′一体连接，底加热电极柱302′的另一端设有圆型的电极脚303′，在电极脚303′上设有通孔304′，其中连接体为一圆弧形结构。在本实施例中，底部加热部的设计中设有若干间隙通道，同时，从副加热部与底部加热部的配合结构图中亦可看出，如图11所示，第一底加热件300′和第二底加热件500′的内缘共同形成一内切的椭圆形的第三间隙通道800′，在第一副加热件200和第一底加热件300′之间、第二副加热件400与第二底加热件500′之间均形成第二间隙通道700′，有效均衡各加热器的能量，避免热量集中的情况发生，使热场整体温度变化平缓，从而降低熔体与石英坩埚的反应达到降低熔体中氧含量的目的，进而可有效降低单晶间隙氧含量，提升单晶品质，提升拉晶的成晶率。

进一步的，第一副加热件200与第一底加热件300′为同侧设置，第二副加热件400与第二底加热件500′均为同侧设置。具体地，电极脚204与电极脚303′的配合如图12所示，主加热部的电极位置与副加热部和底加热部配合的电极位置的结构示意图如图13所示，从这两个图上可以看出，电极脚303′与电极脚204相互嵌合匹配，可保证配合的平面为一平整平面，有利于底部加热部平面的平整性。同时还可看出，第一副加热件200和第一底加热件300′之间为并联连接形成一循环回路，第二副加热件400与第二底加热件500′之间为并联连接形成一循环回路，优选地，两组循环回路的电流流向为同向设置，即第一副加热件200和第一底加热件300′共同的正极与第二副加热件400与第二底加热件500′共同的正极为同侧设置。优选地，底加热电极柱302′的正极与副加热电极柱203的正极、主加热电极柱103的正极均为同侧设置，目的是为了避免加热器之间电压差过大造成他们之间打火。在本实施例中，底部加热部亦完全考虑到热场散热部分的补偿，如热场来补偿能量的损失，以保证整体能量的均衡。同时，第一底加热件300′和第二底加热件500′的结构设计简单，方便加工，用料更少，长U型体301′的圆弧采用内外同心设计的方式，以便增加局部发热弥补底部加热部热场中心与边缘的散热，进而可使底部加热部的热场温度更加均衡。

一种单晶炉用加热器的加热工艺，包括如上所述的加热器，包括：

S1：熔料时，总加热功率为100-150KW，其中，主加热部功率为总加热功率的1/3-1/2倍，副加热部功率和底加热部功率均为总加热功率的1/4-1/3倍，且副加热部中的第一副加热件和第二副加热件的加热功率相同，底加热部中的第一底加热件和第二底加热件的加热功率相同。

具体地，若总加热功率为150KW，其中，主加热件的加热功率为50KW，副加热部中的第一副加热件200和第二副加热件400的加热功率相同均为25KW；底加热部中的第一底加热件300和第二底加热件500的加热功率相同均为25KW；相应地，对于同一侧的第一副加热件200与第一底加热件300的整体加热温度与另一侧的第二副加热件400和第二底加热件500整体加热温度相同均为50KW，与主加热件的加热功率相同，进而加热器的加热温度全覆盖坩埚外表面，使得加热器的整体发热面积与坩埚外表面积相同。

这一加热工艺可最大化地对硅料进行熔融，有利于坩埚整体受热均匀，无热量集中区域，因而使石墨坩埚或碳碳坩埚使用炉次会延长、保温筒与其保温材料使用寿命延长，热场件寿命延长。同时加热温度的均匀可使得熔料中的氧含量和晶体碳含量低，碳杂质缺陷低，进而提升了拉晶品质，这一结构可使石英坩埚的使用时间延长50％以上。

S2：长晶时，总加热功率为50-58KW，其中，主加热部功率与总加热功率相同，此时关闭副加热部和底加热部。

具体地，长晶时仅需要主加热件通电加热，无需副加热部和底加热部加热，且主加热件的加热功率与总价热功率相同为50-58KW。

使用本发明加热功率与现有技术加热功率对长晶工艺的变化对比，如图14所示，X轴为晶体长晶长度，Y轴为加热功率，a为现有技术中加热功率与晶体长晶长度的变化曲线，b为本发明加热功率与晶体长晶长度的变化曲线。从中发现，对于同一热场中，本发明的加热功率整体能耗低，功率变化幅度小，加热器对热场加热的能量利用率高，促使拉制出的单晶硅料中头尾功率偏差小，晶体品质稳定。具体地，长晶状态时，本发明的加热功率明显低于现有技术中加热器的加热功率；同时长晶后期，本发明的加热功率升高的幅度也低于现有技术中加热器的加热功率升高的幅度，进而可知本发明加热工艺在晶体生长中的功率变化率小且上下波动小。而加热功率对硅棒低氧、低碳和低缺陷起到关键作用，进而可知利用本发明设计的加热器的加热工艺有利于单晶晶体的拉制，可确保晶体质量，提高产品的合格率。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、采用本发明设计的加热器，优化热场主加热部和底加热部的结构并保证热场上部和底部温度稳定的情况下，再加入侧面的副加热部以向热场中部进行加热，这一结构使得单晶热场四周均设有加热器，使得在熔料与晶体生长过程中热场炉内受热均匀，进而可保证单晶生长所需的温度梯度，维持单晶正常生长，保证单晶成晶率，提高单晶品质。同时副加热部与主加热部、底部加热部配合使用，使硅料在加热熔化过程中温度更均匀，有效避免了因主加热部加热过程中局部过热导致石英坩埚损耗过快，进而影响单晶拉制产能和成品效率，同时还可以避免石英坩埚在加热器局部高温位置变形的问题，还可延长石英坩埚的使用时间，进而可增加投料量，降低单晶硅生产成本。

2、副加热部的设置可分担主加热部的加热功率，从而降低主加热部功率，延长主加热部的使用时间，降低生产成本。副加热部还可减少主加热部的功率损耗，同时还可保证单晶拉制过程中热场温度的一致性和均匀性。同时加热器加热功率的均匀亦可降低各加热部能量的损耗，还可阻止临近热场的其他配件，如石墨坩埚、碳碳坩埚、保温筒及其它保温材料，温度损耗过快，以保证这些配件的使用效果并延长其使用时间。

3、副加热部和底部加热部分开式的设计结构，每一部分的生产无需大块石墨材料即可完成加工，大大提高了石墨材料的利用率；分体式设计还易于加工，节约加工时间，维护方便更易于更换。同时在使用过程中任一加热件的损坏都不会影响其它加热件的使用，而且加热器作为易耗材料，需经常更换，分体式设计的结构可最大限度地降低了生产成本。

4、第一间隙通道、第二间隙通道和第三间隙通道的设置可有效均衡各加热器的能量，避免热量集中的情况发生，使热场整体温度变化平缓，从而降低熔体与石英坩埚的反应达到降低熔体中氧含量的目的，整体加热器本身的温度低、效率高且没有高温点，从而可降低石英坩埚与熔体的反应，减少氧含量的摄入，进而有效降低单晶间隙氧含量，提升单晶品质，提高拉晶的成晶率。

5、在底部加热部中，所有圆弧折弯处的内外圆不同心且外圆弧半径较内弧半径大出一个加热器的宽度，这一设计的目的是减小各加热体折弯处的损耗，因为加热器是有阻值的，电流会走最短的地方，所以电流在折弯处的内测与外侧的电流是不同的，不同心是为了增加折弯处的导电面积，内外半径差异是为了保证各加热器体之间距离的一致性。

6、本实施例中底部加热部的设计完全考虑到热场散热部分的补偿，如热场来补偿能量的损失，以保证整体能量的均衡。同时，对内侧圆弧圆心偏离方向为远离外侧圆弧，偏移距离根据加热器折弯角度与加热器瓣宽决定，目的是保证加热器折弯处内侧电流不超过平均电流的1.15倍。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，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 (6)

1.一种单晶炉用加热器，其特征在于，包括主加热部、副加热部和底加热部，所述副加热部与所述主加热部并行设置且位于所述主加热部下方，所述副加热部包括对称设置的第一副加热件和第二副加热件；所述底加热部与所述副加热部垂直设置且位于所述副加热部下端，所述底加热部包括对称设置的第一底加热件和第二底加热件；所述第一副加热件与所述第一底加热件并联连接形成一循环回路，所述第二副加热件与所述第二底加热件并联连接形成一循环回路；所述主加热部与所述副加热部之间设有第一间隙通道；

第一副加热件和第二副加热件均包括半环形副加热体和与所述副加热体一体连接的副加热电极柱，所述副加热体包括多个倒V型体首尾相接的上部和多个U型体首尾连接的下部，所述倒V型体与所述U型体为一体连接；

所述倒V型体与所述U型体错位设置；

所述主加热部包括环形主加热件和与所述主加热件一体连接的主加热电极柱，所述主加热件包括多个倒U型体首尾相接的上部和多个V型体首尾连接的下部，所述倒U型体与所述V型体为一体连接；

所述倒U型体与所述V型体错位设置；所述V型体与所述U型体中心线重合；所述倒U型体与所述倒V型体中心线重合。

2.根据权利要求1所述的一种单晶炉用加热器，其特征在于，所述第一底加热件和所述第二底加热件均包括底加热体和与所述底加热体一体连接的底加热电极柱，所述底加热体包括串联连接的长U型体和分设在所述长U型体两侧的连接体，所述连接体的一端与所述长U型体连接，另一端与所述底加热电极柱连接。

3.根据权利要求1所述的一种单晶炉用加热器，其特征在于，所述第一底加热件和所述第二底加热件内缘共同形成一内切的圆型或椭圆形第三间隙通道；所述副加热部与所述底加热部之间设有第二间隙通道。

4.根据权利要求1所述的一种单晶炉用加热器，其特征在于，所述底加热电极柱的正极与所述副加热电极柱的正极、所述主加热电极柱的正极为同侧设置。

5.根据权利要求3或4所述的一种单晶炉用加热器，其特征在于，所述第一副加热件与所述第一底加热件同侧设置；所述第二副加热件与所述第二底加热件同侧设置。

6.一种单晶炉用加热器的加热工艺，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的加热器，包括：

S1：熔料时，总加热功率为100-150KW，其中，所述主加热部功率为总加热功率的1/3-1/2倍，所述副加热部功率和所述底加热部功率均为总加热功率的1/4-1/3倍，且所述副加热部中的所述第一副加热件和所述第二副加热件的加热功率相同，所述底加热部中的所述第一底加热件和所述第二底加热件的加热功率相同；

S2：长晶时，总加热功率为50-58KW，其中，所述主加热部功率与所述总加热功率相同，此时关闭所述副加热部和所述底加热部。