CN1115843A - 用于加热熔炼坩埚的加热元件 - Google Patents

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彼得·弗尔兹曼
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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/02—Ohmic resistance heating
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Abstract

本发明涉及一种用于加热熔炼坩埚的加热元件，该加热元件包括被切口分成了若干个波形分割段的圆筒体。为了开发损耗少且适于单晶生长的改进型加热元件，本发明提出把波形段的侧面间的过滤区做成圆形。

Description

用于加热熔炼坩埚的加热元件
本发明涉及的是一种用于加热熔炼坩埚的加热元件。
附图1a给出了一种已知的通用型加热元件的纵剖图，附图1b给出了它的横剖图。这种加热元件具有圆筒状筒体1。且通常是用石墨制成的，例如，在用坩埚拉制由半导体材料组成的单晶时需要用到这种加热元件。在所说的圆筒体上每隔一段距离有一狭长形切口2，这些切口交替地分别由筒体的上边缘或下边缘切向各自的相对边缘，但并未切及到边缘。这些切口将筒体分成了一个个尚有一部分相连的分割段，这些分割段也被称为波形段3。每一波形段又被切口不完全地分成了左右两个半波形段3a。在靠近所说的加热元件的下边缘处装有至少两个电源接头4，使电源能够与之相连。
加热元件的直径越到筒体的下边缘可以越小，这样，可以使加热元件做成与欲加热的熔炼坩埚的形状相匹配的桶状。附图所示的是直径不变的实例类型。
为了保证坩埚中的内容物尽可能均匀地接受加热元件热辐射的加热，通常加热元件的上边缘是伸出熔炼坩埚上边缘外的。在由半导体材料，尤其是硅所组成的单晶生长过程中，经常可以观察到有熔融的半导体材料从坩埚中飞溅到加热元件的表面上。伸出坩埚边缘的这段加热元件边缘尤其会受此影响，这是因为在一定的掺杂条件(doping ondition)下，熔融的材料是有可能从坩埚中飞溅出来的。另外，由坩埚逃逸出的气态半导体材料很容易重新冷凝在加热元件的边缘。当为硅时，所说的这些沉积物可以与加热元件的石墨起反应生成碳化物相(carbidic phase)，由于热膨胀系数不同，所说的碳化物相能够使加热元件产生应力。这类应力通常是靠从加热元件上剥落下一部分，掉落入晶体正在生长的熔炼坩埚中而消除的。而在坩埚中它们会明显地干扰单晶的无位错生长。在更糟的情况下，因为这类事故甚而有必要终止晶体生长。另外，加热元件上的部分物质重复剥落也会大大降低它的使用寿命，以致不得不及早更换一个新的。由于半导体材料的额外冷凝，特别是在加热元件的下边缘附近冷凝，从而减小了波形段之间的切口宽度和/或减小了加热元件与系统中相邻部件的间隙，使得电飞弧变得更加频繁而进一步不利于晶体的无破坏生长和加热元件的使用寿命。
因此，本发明的目的是开发一种损耗较小且更适于晶体生长的改进型加热元件。
本发明的目的是通过以下的一种用于加热熔炼坩埚的加热元件实现的：该加热元件包括一被切口6分成了若干波形分割段的圆形筒体5，其中波形段7侧表面之间的过渡区为圆形。
附图简要说明如下：
图1a和图1b分别为已知的通用型加热元件的纵剖图和横剖图。
本发明的加热元件绘制在附图2a(纵剖图)和2b(横剖图)中。图2c为图2b的局部放大图。
圆筒体5上有纵向狭长切口6，这些切口交替地分别由上边缘和下边缘切向各自的相对边缘，形成典型的并列波形形状7(附图2a)。在筒体的下边缘区中至少两点处有电源接头8伸出波形段。在该加热元件操作过程中，电源接头与电源相连。
每一波形段的两个侧面间的过渡区是具有半径r的圆形，这样使波形无棱角(附图2c)。从波形段7的纵剖面看，在筒体5上下边缘处的横截面的周边9分别为圆弧形(附图2a)。这使得边缘轮廓具有花样外观。圆弧形的曲率半径R最好等于或约等于半波形7a的横截面长度L。从波形段的横剖面看，截面的周边10只具有直线或曲线部分(附图2b)。
为了生产本发明的加热元件，可以将适宜尺寸的成形品如石墨块或石墨筒通过例如冲孔、切割、磨削、铣削等机加工成形。首先，用成形的实心体加工出筒圆体，然后在筒体上做切口，这样即分成了若干个波形分割段。最后，使波形段的邻接侧面间的带角过渡区变为圆形，并且除去相对于波形段纵剖面而言的筒体上下边缘处的多余材料以达到预期设想的圆形。在本发明的说明书中，即使在数控机床上进行机加工但在足够高的分辨率下仍可以分辨出所产生的曲面是梯形水平变化的那些情况中，边界也同样被视为是圆形的。
只要具有必要的电源接头，本发明的加热元件即可特别有益于用作电阻加热器来加热制备半导体材料尤其是硅的单晶的熔炼坩埚。具有本发明特征的加热元件其特点在于所产生的加热区具有特别均匀的温度分布。在拉制由半导体材料组成的单晶时使用这种加热元件可以减少可能由加热元件的故障而直接或间接引起的晶体生长被破坏的次数。以无位错单晶可达到的长度计，使用本发明的加热元件可以提高产率。另外，根据初步试验，更换加热元件后的平均操作寿命比常规加热元件的寿命要长两倍多。

Claims (5)

1、一种用于加热熔炼坩埚的加热元件，该加热元件包括一被切口(6)分成了若干波形分割段的圆形筒体(5)，其中波形段(7)侧表面之间的过渡区为圆形。
2、根据权利要求1的加热元件，其中在通过波形段(7)纵剖面并分别位于筒体(5)上下边缘的横截面的周边(9)是曲率半径R等于或约等于半波形段(7a)的横截面长度L的圆弧形。
3、根据权利要求1或2的加热元件，其中在通过波形段(7)的横剖面上的横截面的周边(10)只具有直线或曲线部分。
4、根据权利要求1-3任一项的加热元件，其中波形段(7)是用石墨制成的。
5、权利要求1-4任一项的加热元件在半导体材料特别是硅的单晶生长时加热熔炼坩埚中的应用。
CN95107691A 1994-07-01 1995-06-20 用于加热熔炼坩埚的加热元件 Pending CN1115843A (zh)

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