CN110257900A - 一种单晶炉及其坩埚托杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坩埚托杆，包括用以支撑连接坩埚托盘的上托杆；可拆卸地与所述上托杆底部连接的下托杆；其中，所述下托杆由碳/碳复合材料制成。上述坩埚托杆的强度高，不易损坏，而且外露于炉腔的部分导热率系数低，解决了单晶炉内热量流失较多的问题。本发明还公开了一种包括上述坩埚托杆的单晶炉。

Description

一种单晶炉及其坩埚托杆

技术领域

本发明涉及单晶硅制造技术领域，特别是涉及一种坩埚托杆。此外，本发明还涉及一种包括上述坩埚托杆的单晶炉。

背景技术

单晶炉是一种能够在惰性气体环境中将多晶硅材料融化并用直拉法生长单晶硅的设备。单晶炉主要包括炉腔、石英坩埚、坩埚托盘、坩埚托杆以及驱动装置，其中，石英坩埚设在炉腔内并用于加热多晶硅材料，坩埚托盘设于炉腔内并用于支撑石英坩埚，坩埚托杆的顶端设在炉腔内并与坩埚托盘相连，坩埚托杆的底部贯穿炉腔的底部并与炉腔底部的驱动装置相连，驱动装置通过坩埚托杆实现在炉腔之外驱动石英坩埚旋转和上下移动。

如图1所示，目前现有技术中的坩埚托杆01均一体成型并采用等静压石墨材料制成，由于单晶炉内一次性投料量能够重达300kg，而且未来还有逐渐增大的趋势，因此坩埚托杆01很容易损坏；此外，单晶炉内的炉温需稳定保持在1400℃，由于等静压石墨材料的导热效果好，因此坩埚托杆01外露于炉腔的部分很容易向外界散热，进而需要提高单晶炉的功率来弥补炉腔内的热量损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种坩埚托杆，该坩埚托杆的强度高，不易损坏，而且外露于炉腔的部分导热率系数低，解决了单晶炉内热量流失较多的问题。本发明的另一目的是提供一种包括上述坩埚托杆的单晶炉。

为实现上述目的，本发明提供一种坩埚托杆，包括：用以支撑连接坩埚托盘的上托杆；可拆卸地与所述上托杆底部连接的下托杆；其中，所述下托杆由碳/碳复合材料制成。

优选地，所述上托杆的底部设有内螺纹孔，所述下托杆的顶部设有外螺纹，以供所述上托杆与所述下托杆可拆卸连接。

优选地，所述上托杆的高度为650-850mm；所述下托杆的外露部分的高度为200-300mm。

优选地，所述下托杆底部的侧表面为锥形面。

优选地，所述上托杆由等静压石墨材料制成。

优选地，所述上托杆的顶部具有用以与坩埚托盘相连的连接盘；其中，所述连接盘的顶部设有三个沿周向均匀分布的定位螺孔。

优选地，所述上托杆内部沿其高度方向贯穿地设有用以供固定螺栓穿过的第一通道；所述下托杆内部沿其高度从上至下依次设有用以供固定螺栓穿过的第二通道和固定通道；其中，所述第一通道与所述第二通道连通，以供固定螺栓依次穿过所述第一通道和所述第二通道；所述第二通道与所述固定通道连通；所述固定通道的截面尺寸大于固定螺栓的螺杆的截面尺寸并小于固定螺栓的螺头的截面尺寸；所述固定通道的长度小于固定螺栓的螺杆的长度。

优选地，所述第二通道的截面为正六边形。

相对于上述背景技术，本发明提供的坩埚托杆，通过上托杆和下托杆的分段设计以提高强度并减少炉腔内的热量损失。具体来说，下托杆由强度高且导热系数低的碳/碳复合材料制成，其中，上托杆位于炉腔内，而下托杆位于炉腔外，由于下托杆导热系数低，因此炉腔内的热量难以通过上托杆传递给下托杆，使炉腔内的散失热量减少，进而可以减小单晶炉的功率，并提高单晶硅生产的经济效益；此外，下托杆的强度更高，进而可以提高坩埚托杆的承载能力，以便于承载装有更多硅原料的石英坩埚。

本发明还提供一种单晶炉，包括坩埚托盘和驱动装置，还包括与所述坩埚托盘和所述驱动装置相连、如上述任一项所述的坩埚托杆。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中坩埚托杆的结构示意图；

图2为本发明所提供的坩埚托杆中上托杆的俯视图；

图3为图2中A-A向剖视图；

图4为本发明所提供的坩埚托杆中下托杆的剖视图；

其中，

01-坩埚托杆、1-上托杆、11-内螺纹孔、12-连接盘、121-定位螺孔、13-第一通道、2-下托杆、21-外螺纹、22-第二通道、23-固定通道。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2至图4，图2为本发明所提供的坩埚托杆中上托杆的俯视图；图3为图2中A-A向剖视图；图4为本发明所提供的坩埚托杆中下托杆的剖视图。

本发明所提供的一种坩埚托杆，如图3和图4所示，该坩埚托杆包括上托杆1和下托杆2。上托杆1用于设置在炉腔内部并且使其顶部与坩埚托盘固定连接，以通过支撑坩埚托盘来支撑石英坩埚；下托杆2的顶部与上托杆1的底部可拆卸连接，进而通过下托杆2与上托杆1的连接来形成本坩埚托杆，下托杆2还用于设置在炉腔之外，下托杆2的底部与驱动装置固定连接，其中，下托杆2由碳/碳复合材料制成。

需要说明的是，相比于等静压石墨材料来说，碳/碳复合材料在低温条件(相比于炉腔内温度)下的强度更高且导热系数更低，一方面可以使本坩埚托杆具有更高的强度，以便于进一步提高单晶炉内一次性能够投料的最大值；另一方面，下托杆2难以通过上托杆1和炉腔吸收热量并向炉腔之外的环境散失，使炉腔内散失的热量减小，进而可以无需耗费额外的功率以保持炉腔内的高温环境，最终提高单晶硅生产的经济效益。

此外，由于本坩埚托杆是分体式设计的，因此若上托杆1和下托杆2二者之一发生损坏，则仅更换损坏的上托杆1或下托杆2即可，而并未损坏的部分还可以继续使用，进而减少因更换整个坩埚托杆所耗费的检修成本。

为了实现上托杆1与下托杆2的可拆卸连接，作为优选，如图3和图4所示，上述上托杆1的底部设置内螺纹孔11，而下托杆2的顶部设置外螺纹21，进而通过螺纹配合实现上托杆1与下托杆2的可拆卸连接。当然也可以在上托杆1的底部设置外螺纹，而在下托杆2的顶部设置内螺纹孔以实现上托杆1与下托杆2之间的螺纹配合。

其中，内螺纹孔11以及外螺纹21的螺纹形状以及尺寸大小应根据上托杆1和下托杆2的粗细程度等实际情况而定，作为优选，上述内螺纹孔11的螺纹形状设计为M60×5.5的粗牙螺纹，且深度尺寸设计为80mm；而外螺纹11的螺纹形状以及尺寸大小与内螺纹孔11保持一致。

为了使下托杆2全部位于炉腔之外，将上托杆1与下托杆2外露部分的高度比设计约为2：1至4：1，其中，上托杆1的高度优选设为650-850mm，而下托杆2外露部分的高度优选设为200-300mm。

需要说明的是，上述“下托杆2的外露部分”是指下托杆2除其顶部外螺纹21之外的部分；上托杆1与下托杆2的具体高度设计应根据炉腔的尺寸等实际因素而定，只要使下托杆2能够完全外露于炉腔即可。

为了使下托杆2的底部与下轴杆托开口向上的锥形表面相抵，下托杆2底部的侧表面设计为锥形面，且该锥形面具体为倒锥形表面，以供下托杆2与下轴杆托的锥形表面紧密贴合。

为了保证上托杆1在炉腔内高温的环境中仍具备足够的强度，上托杆1优选由等静压石墨制成。

而为了实现上托杆1与坩埚托盘的固定连接，如图2和图3所示，上托盘的顶部设置连接盘12，作为优选，该连接盘12的高度设为30-50mm，直径设为280-350mm，连接盘12的顶部设有三个沿圆周方向均匀分布的定位螺孔121，以通过三个石墨螺栓将坩埚托盘固定于上托杆1的顶部。

为了实现下托杆2与驱动装置固定连接，如图3所示，上托杆1内部沿其高度方向设有第一通道13，该第一通道13从上托杆1的顶端延伸至内螺纹孔11，也即沿上托杆1的回转轴贯通上托杆1；如图4所示，下托杆2内部沿高度由上至下依次设有第二通道22和固定通道23，第二通道22从下托杆2的顶端向下延伸，固定通道23则从第二通道22的底端延伸至下托杆2的底端，使第二通道22和固定通道23沿下托杆2的高度方向贯通下托杆2。

需要说明的是，在上托杆1与下托杆2连接时，第一通道13与第二通道22连通，其中，第一通道13和第二通道22二者的截面尺寸优选相同并应供固定螺栓穿过，使固定螺栓能够从本坩埚托杆的顶端依次进入第一通道13和第二通道22；固定通道23的截面尺寸大于固定螺栓的螺杆的截面尺寸，以供螺杆进入固定通道23，并且固定通道23的截面尺寸小于固定螺栓的螺帽的截面尺寸，以限制螺帽进入固定通道23，进而将固定螺栓卡接于第二通道22底端与固定通道23顶端之间的平面处，此外，固定通道23的长度小于上述螺杆的长度，使螺杆的末端从固定通道23的底端伸出，以便于将螺杆与驱动装置固定连接，进而实现驱动装置与本坩埚托杆的固定连接。

若固定螺栓的螺帽呈正六角形设计，则优选将第二通道22的截面也设计为正六角形的形状，并且其截面尺寸与螺帽的截面尺寸设计相同，使固定螺栓通过其螺帽与第二通道22的内壁贴合，以避免固定螺栓相对于下托杆2转动，进而便于驱动装置驱动下托杆2转动并带动石英坩埚旋转。当然，第二通道22的截面也可以设计为圆形或其他形状，只要能够足以供固定螺栓到达固定通道23处即可。

本发明所提供的一种单晶炉，包括坩埚托盘和驱动装置，还包括如上所述的坩埚托杆，其中，坩埚托杆与坩埚托盘和驱动装置二者连接的具体方式在上文中已作出详细描述，这里不再赘述；其中，以上内容中所出现的坩埚托盘、驱动装置、固定螺栓、下轴杆托以及单晶炉的其他部分均可以参考现有技术，本文不再展开。

需要说明的是，在本发明的描述中，所采用的“上”、“下”、“顶”和“底”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是限定所指的元件或部分必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的单晶炉及其坩埚托杆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种坩埚托杆，其特征在于，包括：

用以支撑连接坩埚托盘的上托杆(1)；

可拆卸地与所述上托杆(1)底部连接的下托杆(2)；

其中，所述下托杆(2)由碳/碳复合材料制成。

2.根据权利要求1所述的坩埚托杆，其特征在于，所述上托杆(1)的底部设有内螺纹孔(11)，所述下托杆(2)的顶部设有外螺纹(21)，以供所述上托杆(1)与所述下托杆(2)可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的坩埚托杆，其特征在于，

所述上托杆(1)的高度为650-850mm；

所述下托杆(2)的外露部分的高度为200-300mm。

4.根据权利要求2所述的坩埚托杆，其特征在于，所述下托杆(2)底部的侧表面为锥形面。

5.根据权利要求1所述的坩埚托杆，其特征在于，所述上托杆(1)由等静压石墨材料制成。

6.根据权利要求5所述的坩埚托杆，其特征在于，所述上托杆(1)的顶部具有用以与坩埚托盘相连的连接盘(12)；其中，所述连接盘(12)的顶部设有三个沿周向均匀分布的定位螺孔(121)。

7.根据权利要求2至6任一项所述的坩埚托杆，其特征在于，

所述上托杆(1)内部沿其高度方向贯穿地设有用以供固定螺栓穿过的第一通道(13)；

所述下托杆(2)内部沿其高度从上至下依次设有用以供固定螺栓穿过的第二通道(22)和固定通道(23)；

其中，

所述第一通道(13)与所述第二通道(22)连通，以供固定螺栓依次穿过所述第一通道(13)和所述第二通道(22)；

所述第二通道(22)与所述固定通道(23)连通；

所述固定通道(23)的截面尺寸大于固定螺栓的螺杆的截面尺寸并小于固定螺栓的螺头的截面尺寸；

所述固定通道(23)的长度小于固定螺栓的螺杆的长度。

8.根据权利要求7所述的坩埚托杆，其特征在于，所述第二通道(22)的截面为正六边形。

9.一种单晶炉，包括坩埚托盘和驱动装置，其特征在于，还包括与所述坩埚托盘和所述驱动装置相连、如权利要求1至8任一项所述的坩埚托杆。