CN113106546A - 用于单晶炉的导流筒、单晶炉及导流筒的加工方法 - Google Patents

用于单晶炉的导流筒、单晶炉及导流筒的加工方法 Download PDF

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CN113106546A CN202110320307.XA CN202110320307A CN113106546A CN 113106546 A CN113106546 A CN 113106546A CN 202110320307 A CN202110320307 A CN 202110320307A CN 113106546 A CN113106546 A CN 113106546A
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Abstract

本发明公开了一种用于单晶炉的导流筒、单晶炉导流筒的加工方法，导流筒的内轮廓线包括：第一直线段，第一直线段沿竖直方向延伸；第二直线段，第二直线段的一端与第一直线段的背离坩埚的一端连接，第二直线段的另一端朝向背离晶棒的方向倾斜向上延伸，第二直线段与竖直方向之间的夹角为α，且满足：α≥45°；线段组，线段组包含多个依次连接且倾斜角度不同的直线段，线段组用于将从晶棒传递至线段组上的热量朝向水冷套传递，利用水冷套阻挡热量反向传递至晶棒上。根据本发明的导流筒，可以加速晶棒的冷却，有利于降低晶棒内的热应力，从而可以避免晶棒内部出现孔洞或者差排缺陷，进而可以提升晶棒的生产品质。

Description

用于单晶炉的导流筒、单晶炉及导流筒的加工方法
技术领域
本发明涉及单晶炉技术领域，尤其是涉及一种用于单晶炉的导流筒、单晶炉及导流筒的加工方法。
背景技术
在硅晶体生长时，固液界面附近会产生结晶潜热，一般情况下会在晶体上方设置围绕晶棒的导流筒，并让气体沿着导流筒内测进入晶棒附近的提拉区域，吹扫该区域，以带走结晶潜热。随着单晶硅棒直径的增大，晶棒中心与外部的温差变大，不仅使得结晶速率难以提高，且会造成晶棒内部的热应力过大，晶棒内部容易出现孔洞或差排缺陷，影响晶棒的加工品质。
发明内容
本发明提出了一种用于单晶炉的导流筒，所述用于单晶炉的导流筒可以提升晶棒的加工品质。
本发明还提出了一种单晶炉，所述单晶炉包括上述用于单晶炉的导流筒。
本发明还提出了一种导流筒的加工方法，利用所述加工方法加工上述用于单晶炉的导流筒。
根据本发明实施例的用于单晶炉的导流筒，所述单晶炉包括：炉体、水冷套和坩埚，所述导流筒、水冷套和坩埚均设在所述炉体内，所述坩埚内形成有晶棒，所述导流筒和水冷套均环绕所述晶棒设置，且所述水冷套位于所述导流筒的上侧，将所述晶棒的轴截面所在的平面定义为参考面，所述导流筒经过所述参考面剖切后形成剖切面，所述剖切面的位于所述晶棒其中一侧的内轮廓线包括：第一直线段，所述第一直线段沿竖直方向延伸，且所述第一直线段的邻近所述坩埚液面的一端与所述液面间隔开；第二直线段，所述第二直线段的一端与所述第一直线段的背离所述坩埚的一端连接，所述第二直线段的另一端朝向背离所述晶棒的方向倾斜向上延伸，所述第二直线段与竖直方向之间的夹角为α，且满足：α≥45°；线段组，线段组包含多个依次连接且倾斜角度不同的直线段，所述线段组的一端与所述第二直线段的另一端连接，所述线段组的另一端朝向背离所述晶棒的方向倾斜向上延伸，所述线段组用于将从所述晶棒传递至所述线段组上的热量朝向所述水冷套传递，利用所述水冷套阻挡所述热量反向传递至所述晶棒上。
根据本发明实施例的用于单晶炉的导流筒，通过设置第二直线段，晶棒上的热量沿着晶棒的径向方向入射到第二直线段上时，由于第二直线段与竖直方向的夹角大于等于45°，因此这部分热量在第二直线段上的入射角也大于等于45°，根据反射角等于入射角的原理，经过第二直线段反射后的热量与入射热量之间的夹角大于等于90°，因此这部分热量经过反射后可以沿着与晶棒外壁面平行的方向传递，或者朝向背离晶棒外壁面的方向传递，从而可以避免这部分热量反射回晶棒。此外，通过设置线段组，从晶棒传递至线段组上的热量，经过线段组反射后可以朝向水冷套传递，利用水冷套阻挡热量反向传递至晶棒上，从而可以加速晶棒的冷却，有利于降低晶棒内的热应力，从而可以避免晶棒内部出现孔洞或者差排缺陷，进而可以提升晶棒的生产品质。
在本发明的一些实施例中，在所述晶棒的径向方向上，所述第二直线段的背离所述晶棒的一端与所述水冷套的外边缘平齐或者位于所述水冷套外边缘的外侧；或者，所述α满足：50°≥α≥45°。
在本发明的一些实施例中，将所述直线段的两端分别定义为A端和B端，将所述A端在所述晶棒上的正投影定义为C，将所述水冷套的径向方向的外边缘定义D，将所述水冷套的径向方向的内边缘定义E，且满足：线段AB与∠EAC的角平分线垂直，且线段AE 与线段BD平行设置，其中，所述A端为所述直线段的邻近所述晶棒的一端；或者，所述线段组包含的所述直线段的数量为X，且满足：30≥X≥10。
在本发明的一些实施例中，在所述晶棒的轴向方向上，所述第一直线段的邻近所述液面的一端与所述液面的间距为L，且满足：50mm≥L≥20mm。
在本发明的一些实施例中，在所述炉体径向的由内之外的方向上，所述导流筒的底面与所述液面的间距逐渐减小，且所述导流筒的底面与所述液面之间的夹角为β，且满足：8°≥β≥1°。
在本发明的一些实施例中，所述液面与所述坩埚的内周壁形成为第一弧形面，所述导流筒的底壁与所述导流筒的外周壁的连接处形成为与所述第一弧形面平行设置的第二弧形面；或者，所述液面与所述晶棒的外周壁形成为第三弧形面，所述导流筒的底壁与所述导流筒的内周壁的连接处形成为与所述第三弧形面平行设置的第四弧形面。
根据本发明实施例的单晶炉，包括：炉体；坩埚，所述坩埚设在所述炉体内，所述坩埚具有盛放空间，所述盛放空间内形成有晶棒；水冷套和根据权利要求1-9中任一项所述的用于单晶炉的导流筒，所述导流筒和水冷套均设在所述炉体内，且所述水冷套位于所述导流筒的上侧。
根据本发明实施例的单晶炉，通过设置第二直线段，晶棒上的热量沿着晶棒的径向方向入射到第二直线段上时，由于第二直线段与竖直方向的夹角大于等于45°，因此这部分热量在第二直线段上的入射角也大于等于45°，根据反射角等于入射角的原理，经过第二直线段反射后的热量与入射热量之间的夹角大于等于90°，因此这部分热量经过反射后可以沿着与晶棒外壁面平行的方向传递，或者朝向背离晶棒外壁面的方向传递，从而可以避免这部分热量反射回晶棒。此外，通过设置线段组，从晶棒传递至线段组上的热量，经过线段组反射后可以朝向水冷套传递，利用水冷套阻挡热量反向传递至晶棒上，从而可以加速晶棒的冷却，有利于降低晶棒内的热应力，从而可以避免晶棒内部出现孔洞或者差排缺陷，进而可以提升晶棒的生产品质。
在本发明的一些实施例中，所述水冷套包括：第一连接部，所述第一连接部环绕所述晶棒设置，所述第一连接部沿所述晶棒的轴向方向延伸；第二连接部，所述第二连接部与所述第一连接部的邻近所述液面的一端连接，且所述第二连接部沿所述晶棒的径向方向延伸。
在本发明的一些实施例中，所述第二连接部的邻近所述液面的一侧的表面形成为朝向所述第一连接部凹入的第一曲面；或者，所述第二连接部的邻近所述晶棒的一侧的表面形成为朝向背离所述晶棒的方向凹入的第二曲面。
根据本发明实施例的导流筒的加工方法，所述导流筒为上述用于单晶炉的导流筒，其中，所述线段组包含多个依次连接且倾斜角度不同的直线段一至直线段N，将所述水冷套的径向方向的外边缘定义D，将所述水冷套的径向方向的内边缘定义E，所述导流筒的加工方法包括：加工所述第一直线段；加工所述第二直线段，所述第二直线段的起点为所述第一直线段的上端点，所述第二直线段的终点为A1点，所述A1点与所述水冷套的D点在所述晶棒的径向方向上平齐；
加工所述直线段一，所述直线段一的起点为A1，所述直线段一的终点为B1，所述A1点在所述晶棒上的正投影为C1点，所述加工所述直线段一的步骤包括：以所述A1点为起点，作与∠EA1C1的角平分线垂直且倾斜向上的第一参考线；平移EA1至所述D点的位置处并与所述第一参考线形成交点B1，A1B1即为所述直线段一；
加工所述直线段二，所述直线段二的起点为A2，所述A2点与所述直线段一的所述B1点重合，所述直线段二的终点为B2，所述A2点在所述晶棒上的正投影为C2点，所述加工所述直线段二的步骤包括：以所述A2点为起点，作与∠EA2C2的角平分线垂直且倾斜向上的第二参考线；平移EA2至D点的位置处并与所述第二参考线形成交点B2，A2B2即为所述直线段二；
加工所述直线段三，所述直线段三的起点为A3，所述A3点与所述直线段二的所述B2点重合，所述直线段三的终点为B3，所述A3点在所述晶棒上的正投影为C3点，所述加工所述直线段三的步骤包括：以所述A3点为起点，作与∠EA3C3的角平分线垂直且倾斜向上的第三参考线；平移EA3至D点的位置处并与所述第三参考线形成交点B3，A3B3即为所述直线段三；
以此类推，最后加工所述直线段N，所述直线段N的起点为An，所述直线段N的终点为Bn，所述An点在所述晶棒上的正投影为Cn点，所述加工所述直线段N的步骤包括：以所述An点为起点，作与∠EAnCn的角平分线垂直且倾斜向上的第N参考线；平移EAn至D 点的位置处并与所述第N参考线形成交点Bn，AnBn即为所述直线段N。，其中所述N满足： N＞3。
根据本发明实施例的导流筒的加工方法，通过设置第二直线段，晶棒上的热量沿着晶棒的径向方向入射到第二直线段上时，由于第二直线段与竖直方向的夹角大于等于45°，因此这部分热量在第二直线段上的入射角也大于等于45°，根据反射角等于入射角的原理，经过第二直线段反射后的热量与入射热量之间的夹角大于等于90°，因此这部分热量经过反射后可以沿着与晶棒外壁面平行的方向传递，或者朝向背离晶棒外壁面的方向传递，从而可以避免这部分热量反射回晶棒。此外，通过设置线段组，从晶棒传递至线段组上的热量，经过线段组反射后可以朝向水冷套传递，利用水冷套阻挡热量反向传递至晶棒上，从而可以加速晶棒的冷却，有利于降低晶棒内的热应力，从而可以避免晶棒内部出现孔洞或者差排缺陷，进而可以提升晶棒的生产品质。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明实施例的单晶炉的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的单晶炉的局部结构示意图；
图3是图2中M处的放大图；
图4是根据本发明实施例的单晶炉的局部结构示意图；
图5是根据本发明实施例的单晶炉的局部结构示意图。
附图标记：
单晶炉100，
导流筒1，第一直线段11，第二直线段13，
线段组14，直线段一141，直线段二142，直线段三143，直线段四144，直线段五145，
第二弧形面15，第四弧形面16，
炉体2，水冷套3，第一连接部31，第二连接部32，
第一曲面321，第二曲面322，第三曲面323，
坩埚4，第一弧形面41，第三弧形面42，
晶棒5。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
下面参考附图描述根据本发明实施例的用于单晶炉100的导流筒1，单晶炉100包括：炉体2、水冷套3和坩埚4，导流筒1、水冷套3和坩埚4均设在炉体2内，坩埚4内形成有晶棒5，导流筒1和水冷套3均环绕晶棒5设置，且水冷套3位于导流筒1的上侧。
例如，在本发明的一个示例中，坩埚4具有盛放空间，用于加热融化的硅原料放置在盛放空间内，炉体2内设置有用于加热坩埚4的加热器，在加热器的加热下，盛放空间内的硅原料可以熔化成硅液。炉体2内还设置有导流筒1和氩气管，氩气管穿过炉体2的顶部伸入至炉体2内，并经过导流筒1与晶棒5形成的氩气通道，促进晶棒的生长。炉体2内还设置有水冷套3，水冷套3环绕晶棒5设置，且水冷套3位于导流筒1的上侧，水冷套3用于吸收晶棒5向外辐射的热量并向外传递，从而提升晶棒5 的散热效率。
如图1和图2所示，将晶棒5的轴截面所在的平面定义为参考面，导流筒1经过参考面剖切后形成剖切面，剖切面的位于晶棒5其中一侧的内轮廓线包括：第一直线段11、第二直线段13和线段组14。
具体地，如图1所示，第一直线段11沿竖直方向延伸，且第一直线段11的邻近坩埚4液面的一端与液面间隔开。由此，第一直线段11的底端与硅液的液面之间可以形成氩气的气流通道，第一直线段11是一段有一定距离的直线段，使得距离液面较近的区域能够保持稳定的温度梯度，有利于晶棒的生长。需要说明的是，第一直线段11的长度是要等于或大于晶棒5的转肩的高度，其中，晶棒5的转肩高度与晶棒5的生长直径有关。例如，在本发明的一些实施例中，若生长8inch的晶棒，其转肩长度大概是90mm，而第一直线段11 的长度是要等于或大于90mm；若生长12inch的晶棒，其转肩长度大概是160mm，而第一直线段11的长度是要等于或大于160mm。
如图2和图3所示，第二直线段13的一端与第一直线段11的背离坩埚4的一端连接，第二直线段13的另一端朝向背离晶棒5的方向倾斜向上延伸，第二直线段13与竖直方向之间的夹角为α(如图3所示的α)，且满足：α≥45°。通过设置第二直线段13，晶棒5上的热量沿着晶棒5的径向方向入射到第二直线段13上时，由于第二直线段13与竖直方向的夹角大于等于45°，因此这部分热量在第二直线段13上的入射角也大于等于45°，根据反射角等于入射角的原理，经过第二直线段13反射后的热量与入射热量之间的夹角大于等于90°，因此这部分热量经过反射后可以沿着与晶棒5外壁面平行的方向传递，或者朝向背离晶棒5外壁面的方向传递，从而可以避免这部分热量反射回晶棒5，由此可以加速晶棒5的冷却，有利于降低晶棒5内的热应力，从而可以避免晶棒5内部出现孔洞或者差排缺陷，进而可以提升晶棒5的生产品质。
具体地，在本发明的一些实施例中，第二直线段13与竖直方向的夹角可以为45°、48°、 50°、55°、60°等。第二直线段13与竖直方向的夹角具体可以根据单晶炉100的型号、尺寸选择设定。
例如，在本发明的一个示例中，第二直线段13与竖直方向的夹角为45°，晶棒5上的热量沿着晶棒5的径向方向入射到第二直线段13上时，热量在第二直线段13上形成的入射角为45°，根据反射角等于入射角的远离，反射角同样为45°，由于第二直线段13是倾斜向上设置的，因此经过反射后的热量会竖直向上传递，即经过反射后的热量沿着与晶棒5外壁面平行的方向传递，从而可以避免这部分热量反射回晶棒5。
再如，在本发明的另一个示例中，第二直线段13与竖直方向的夹角为60°，晶棒5上的热量沿着晶棒5的径向方向入射到第二直线段13上时，热量在第二直线段13上形成的入射角为60°，根据反射角等于入射角的远离，反射角同样为60°，由于第二直线段 13是倾斜向上设置的，因此经过反射后的热量会倾斜向上且朝向背离晶棒5的方向传递，即经过反射后的热量沿着朝向背离晶棒5的方向倾斜向上传递，从而可以避免这部分热量反射回晶棒5。
如图2和图3所示，线段组14包含多个依次连接且倾斜角度不同的直线段，线段组14 的一端与第二直线段13的另一端连接，线段组14的另一端朝向背离晶棒5的方向倾斜向上延伸。可以理解的是，线段组14包括多个直线段，且多个直线段是依次连接的，而且每个直线段均朝向背离晶棒5的方向倾斜向上延伸。例如，线段组14包括五条直线段，第一条直线段与第二直线段13连接，第二条直线段与第一条直线段连接，第三条直线段与第二条直线段连接，第四条直线段与第三条直线段连接，第五条直线段与第四条直线段连接。
如图1-图3所示，线段组14用于将从晶棒5传递至线段组14上的热量朝向水冷套3传递，利用水冷套3阻挡热量反向传递至晶棒5上。可以理解的是，从晶棒5传递至线段组14上的热量，经过线段组14反射后可以朝向水冷套3传递，利用水冷套3阻挡热量反向传递至晶棒5上，从而可以加速晶棒5的冷却，有利于降低晶棒5内的热应力，从而可以避免晶棒5内部出现孔洞或者差排缺陷，进而可以提升晶棒5的生产品质。此外，由于通过设置第二直线段13和线段组14可以加速晶棒5的冷却，从而可以减少在生产过程中晶棒5处于散热阶段的时长，进而可以加速晶棒5的生产效率。
根据本发明实施例的用于单晶炉100的导流筒1，通过设置第二直线段13，晶棒5上的热量沿着晶棒5的径向方向入射到第二直线段13上时，由于第二直线段13与竖直方向的夹角大于等于45°，因此这部分热量在第二直线段13上的入射角也大于等于45°，根据反射角等于入射角的原理，经过第二直线段13反射后的热量与入射热量之间的夹角大于等于90°，因此这部分热量经过反射后可以沿着与晶棒5外壁面平行的方向传递，或者朝向背离晶棒5外壁面的方向传递，从而可以避免这部分热量反射回晶棒5。此外，通过设置线段组14，从晶棒5传递至线段组14上的热量，经过线段组14反射后可以朝向水冷套3 传递，利用水冷套3阻挡热量反向传递至晶棒5上，从而可以加速晶棒5的冷却，有利于降低晶棒5内的热应力，从而可以避免晶棒5内部出现孔洞或者差排缺陷，进而可以提升晶棒5的生产品质。
在本发明的一些实施例中，如图1-图3所示，在晶棒5的径向方向上，第二直线段13的背离晶棒5的一端与水冷套3的外边缘平齐或者位于水冷套3外边缘的外侧。换言之，在晶棒5的径向方向上，第二直线段13的背离晶棒5的一端(即第二直线段13的上端) 可以是与水冷套3的外边缘平齐；或者，在晶棒5的径向方向上，第二直线段13的背离晶棒5的一端位于水冷套3外边缘的外侧。由此，经过第二直线段13反射后的热量可以反射到水冷套3的外边缘上，或者反射到水冷套3的外侧。例如，在本发明的一个具体的示例中，在晶棒5的径向方向上，第二直线段13的背离晶棒5的一端与水冷套3的外边缘平齐。
在本发明的一些实施例中，如图1-图3所示，α满足：50°≥α≥45°。可以理解的是，通过将第二直线段13与竖直方向之间的夹角设置在45°-50°之间，可以在保证热量不会回传到晶棒5的前提下，减小第二直线段13的上端的半径，从而可以缩小导流筒1的尺寸，进而减小导流筒1占用的空间。例如，在本发明的一些示例中，第二直线段13与竖直方向的夹角可以为45°、46°、47°、48°、49°或50°。
在本发明的一些实施例中，将直线段的两端分别定义为A端和B端，将A端在晶棒5上的正投影定义为C，将水冷套3的径向方向的外边缘定义D，将水冷套3的径向方向的内边缘定义E，且满足：线段AB与∠EAC的角平分线垂直，且线段AE与线段BD平行设置，其中，A端为直线段的邻近晶棒5的一端。
可以理解的是，线段组14中的每一个直线段均符合上述情况，通过上述设置，从晶棒 5上入射到直线段上的热量经过直线段反射后，可以反射到水冷套3内边缘的E处，由此利用水冷套3实现对热量的阻挡，从而可以有效的避免热量回传至晶棒5上。
例如，针对晶棒5的C点处的热量，这部分热量可以传递至直线段的A端，经过A端的反射后可以传递至水冷套3的E点，也就是说，CA可以认为是这部分热量的入射路径，由于入射表面AB的法线为∠EAC的角平分线，所以经过线段反射后的传递路径为AE，因此经过反射后的热量会传递至水冷套3的内边缘，从而可以有效的避免热量回传至晶棒 5上。由于每个直线段均存在相同的特征，因此，经过每个直线段反射后的热量均传递至水冷套3的内边缘的E处。
具体地，在本发明的一个具体的示例中，第二直线段13、及线段组14的直线段一141、直线段二142、直线段三143、直线段四144……直线段N的加工过程如下：
第一步：加工第二直线段13，第二直线段13的起点为第一直线段11的上端点，第二直线段13的终点为A1点，A1点与水冷套3的D点在晶棒5的径向方向上平齐，其中第二直线段13沿着倾斜角度为45°的方向倾斜向外延伸；
第二步：加工直线段一141，直线段一141的起点为A1，终点为B1，A1点在晶棒5上的正投影为C1点。具体地，首先找到∠EA1C1的角平分线，以A1点为起点，作一个与∠ EA1C1的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA1至D点的位置处并与上述壁面形成交点B1，A1B1即为直线段一141；
第三步：加工直线段二142，直线段二142的起点为A2，A2点与直线段一141中的B1点重合，直线段二142的终点为B2，A2点在晶棒5上的正投影为C2点。具体地，首先找到∠EA2C2的角平分线，以A2点为起点，作一个与∠EA2C2的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA2至D点的位置处并与上述壁面形成交点B2，A2B2即为直线段二142；
第四步：加工直线段三143，直线段三143的起点为A3，A3点与直线段二142中的B2点重合，直线段三143的终点为B3，A3点在晶棒5上的正投影为C3点。具体地，首先找到∠EA3C3的角平分线，以A3点为起点，作一个与∠EA3C3的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA3至D点的位置处并与上述壁面形成交点B3，A3B3即为直线段三143；
第五步：加工直线段四144，直线段四144的起点为A4，A4点与直线段三143中的B3点重合，直线段四144的终点为B4，A4点在晶棒5上的正投影为C4点。具体地，首先找到∠EA4C4的角平分线，以A4点为起点，作一个与∠EA4C4的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA4至D点的位置处并与上述壁面形成交点B4，A4B4即为直线段四144；
第六步：加工直线段五145，直线段五145的起点为A5，A5点与直线段四144中的B4点重合，直线段五145的终点为B5，A5点在晶棒5上的正投影为C5点。具体地，首先找到∠EA5C5的角平分线，以A5点为起点，作一个与∠EA5C5的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA5至D点的位置处并与上述壁面形成交点B5，A5B5即为直线段五145；
第七步：加工直线段六，直线段六的起点为A6，A6点与直线段五145中的B5点重合，直线段六的终点为B6，A6点在晶棒5上的正投影为C6点。具体地，首先找到∠EA6C6的角平分线，以A6点为起点，作一个与∠EA6C6的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA6至D点的位置处并与上述壁面形成交点B6，A6B6即为直线段六。
依次类推，假设线段组14包括24条直线段，则直线段二十四的加工步骤为：
直线段二十四的起点为A24，A24点与直线段二十三中的B23点重合，直线段二十四的终点为B24，A24点在晶棒5上的正投影为C24点。具体地，首先找到∠EA24C24的角平分线，以A24点为起点，作一个与∠EA24C24的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA24至D 点的位置处并与上述壁面形成交点B24，A24B24即为直线段二十四。
在本发明的一些实施例中，如图1-图3所示，线段组14包含的直线段的数量为X，且满足：30≥X≥10。可以理解的是，直线段的数量与导流筒1的尺寸、导流筒1与水冷套3 的相对位置以及导流筒1与晶棒5的相对位置相关，通过将直线段的数量设置在10-30之间，可以多数情况下的数量需求，从而可以更好的满足用户的需要。例如，在本发明的一个示例中，线段组14包含的直线段的数量为10条、12条、14条、16条、18条、20条、 22条、24条、26条、28条或30条。
在本发明的一些实施例中，如图1和图4所示，在晶棒5的轴向方向上，第一直线段11的邻近液面的一端与液面的间距为L(如图4所示的L)，且满足：50mm≥L≥20mm。可以理解的是，籽晶在转肩的时候，容易断线的问题，通过将第一直线段11的邻近液面的一端与液面的间距设置在20-50mm之间，可以确保这部分位置的温度梯度不会发生变化，而且气流也不会发生有太大变化，因此可以避免出现断线的问题。
例如，在本发明的一个示例中，晶棒5的加工过程如下：将高纯度的多晶硅原料放入单晶炉100的坩埚4内，然后在低真空有流动惰性气体的保护下加热熔化，把一支有着特定生长方向的单晶硅(也叫做籽晶)入籽晶夹持装置中，并使籽晶与硅溶液接触，调整熔融硅溶液的温度，使其接近熔点温度，然后驱动籽晶自上而下伸入熔融的硅溶液中并旋转，然后缓缓上提籽晶，此时，单晶硅进入锥体部分的生长，当锥体的直径接近目标直径时，提高籽晶的提升速度，使单晶硅体直径不再增大而进入晶体的中部生长阶段，在单晶硅体生长接近结束时，再提高籽晶的提升速度，单晶硅体逐渐脱离熔融硅，形成下锥体而结束生长
具体地，在本发明的一些示例中，在晶棒5的轴向方向上，第一直线段11的邻近液面的一端与液面的间距为20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm。
在本发明的一些实施例中，如图1和图4所示，在炉体2径向的由内之外的方向上，导流筒1的底面与液面的间距逐渐减小，且导流筒1的底面与液面之间的夹角为β(如图4 所示的β)，且满足：8°≥β≥1°。可以理解的是，硅液的自由液面的温度，随着与坩埚4 壁的间距的减小，自由液面的温度逐渐增加，随着温度差的增加，马戈兰尼也随之增强，加速了氧由坩埚4内壁向固液界面的运输，影响了晶棒5的生产品质。在本发明中，通过在炉体2径向的由内之外的方向上，导流筒1的底面与液面的间距逐渐减小，使氩气在流经导流筒1的底面与液面之间的通道时，氩气的流速逐渐增强，从而降低靠近坩埚4壁处的温度，进而减弱热对流和氧运输。
在本发明的一些实施例中，如图4所示，液面与坩埚4的内周壁形成为第一弧形面41，导流筒1的底壁与导流筒1的外周壁的连接处形成为与第一弧形面41平行设置的第二弧形面15。可以理解的是，通过在导流筒1的底壁与导流筒1的外周壁的连接处设置与第一弧形面41平行的第二弧形面15，可以降低氩气流动的阻力，从而可以提升氩气的流动速度，进而减弱热对流和氧运输。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，液面与晶棒5的外周壁形成为第三弧形面42，导流筒1的底壁与导流筒1的内周壁的连接处形成为与第三弧形面42平行设置的第四弧形面16。可以理解的是，通过在导流筒1的底壁与导流筒1的内周壁的连接处设置与第三弧形面42平行的第四弧形面16，可以降低氩气流动的阻力，从而可以提升氩气的流动速度，进而可以带走更多的氧。
下面参考附图描述根据本发明实施例的单晶炉100。
如图1所示，根据本发明实施例的单晶炉100，包括：炉体2、坩埚4、水冷套3和导流筒1，坩埚4设在炉体2内，坩埚4具有盛放空间，盛放空间内形成有晶棒5，导流筒1 和水冷套3均设在炉体2内，且水冷套3位于导流筒1的上侧。
根据本发明实施例的单晶炉100，通过设置第二直线段13，晶棒5上的热量沿着晶棒5 的径向方向入射到第二直线段13上时，由于第二直线段13与竖直方向的夹角大于等于45°，因此这部分热量在第二直线段13上的入射角也大于等于45°，根据反射角等于入射角的原理，经过第二直线段13反射后的热量与入射热量之间的夹角大于等于90°，因此这部分热量经过反射后可以沿着与晶棒5外壁面平行的方向传递，或者朝向背离晶棒5外壁面的方向传递，从而可以避免这部分热量反射回晶棒5。此外，通过设置线段组14，从晶棒5 传递至线段组14上的热量，经过线段组14反射后可以朝向水冷套3传递，利用水冷套3 阻挡热量反向传递至晶棒5上，从而可以加速晶棒5的冷却，有利于降低晶棒5内的热应力，从而可以避免晶棒5内部出现孔洞或者差排缺陷，进而可以提升晶棒5的生产品质。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，水冷套3包括：第一连接部31和第二连接部32，第一连接部31环绕晶棒5设置，第一连接部31沿晶棒5的轴向方向延伸，第二连接部32与第一连接部31的邻近液面的一端连接，且第二连接部32沿晶棒5的径向方向延伸。可以理解的是，位于晶棒5一侧的水冷套3的横截面形成为倒T型，通过上述设计可以增大水冷套3下边缘的宽度，使得水冷套3的下边缘可以遮挡的热量更多。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，第二连接部32的邻近液面的一侧的表面形成为朝向第一连接部31凹入的第一曲面321。可以理解的是，通过将第二连接部32的底面设置成朝向第一连接部31凹入的曲面，曲面与平面相比具有面积大的优点，由此可以遮挡和吸收更多的反射热量，从而可以进一步提升晶棒5的散热效率。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，第二连接部32的邻近晶棒5的一侧的表面形成为朝向背离晶棒5的方向凹入的第二曲面322。可以理解的是，通过将第二连接部32的邻近晶棒5的一侧的表面设置成朝向背离晶棒5的方向凹入的曲面，曲面与平面相比具有面积大的优点，由此可以晶棒5辐射到第二曲面322上的热量可以更多，利用水冷套3吸收的热量也可以更多，从而可以进一步提升晶棒5的散热效率。具体地，在本发明的另一个示例中，第二连接部32的背离晶棒5的一侧的表面形成为朝向晶棒5凹入的第三曲面 323。当然本发明不限于此，第二连接部32的背离晶棒5的一侧的表面也可以为平面。
下面参考附图描述根据本发明实施例的导流筒1的加工方法。
根据本发明实施例的导流筒1的加工方法，导流筒1为上述用于单晶炉100的导流筒1，其中，线段组14包含多个依次连接且倾斜角度不同的直线段一141至直线段N，将水冷套 3的径向方向的外边缘定义D，将水冷套3的径向方向的内边缘定义E，导流筒1的加工方法包括：加工第一直线段11；加工第二直线段13，第二直线段13的起点为第一直线段11 的上端点，第二直线段13的终点为A1点，A1点与水冷套3的D点在晶棒5的径向方向上平齐；
加工直线段一141，直线段一141的起点为A1，直线段一141的终点为B1，A1点在晶棒5上的正投影为C1点，加工直线段一141的步骤包括：以A1点为起点，作与∠EA1C1的角平分线垂直且倾斜向上的第一参考线；平移EA1至D点的位置处并与第一参考线形成交点B1，A1B1即为直线段一141；
加工直线段二142，直线段二142的起点为A2，A2点与直线段一141的B1点重合，直线段二142的终点为B2，A2点在晶棒5上的正投影为C2点，加工直线段二142的步骤包括：以A2点为起点，作与∠EA2C2的角平分线垂直且倾斜向上的第二参考线；平移EA2至 D点的位置处并与第二参考线形成交点B2，A2B2即为直线段二142；
加工直线段三143，直线段三143的起点为A3，A3点与直线段二142的B2点重合，直线段三143的终点为B3，A3点在晶棒5上的正投影为C3点，加工直线段三143的步骤包括：以A3点为起点，作与∠EA3C3的角平分线垂直且倾斜向上的第三参考线；平移EA3至 D点的位置处并与第三参考线形成交点B3，A3B3即为直线段三；
以此类推，最后加工直线段N，直线段N的起点为An，直线段N的终点为Bn，An点在晶棒上的正投影为Cn点，加工直线段N的步骤包括：以An点为起点，作与∠EAnCn的角平分线垂直且倾斜向上的第N参考线；平移EAn至D点的位置处并与第N参考线形成交点Bn，AnBn即为直线段N。，其中N满足：N＞3。
例如，在本发明的一个具体的实施例中，导流筒1的加工方法包括：
第一步：加工第一直线段11，第一直线段11沿竖直方向延伸，且第一直线段11的邻近坩埚4液面的一端与液面间隔开；
第二步：加工第二直线段13，第二直线段13的起点为第一直线段11的上端点，第二直线段13的终点为A1点，A1点与水冷套3的D点在晶棒5的径向方向上平齐，其中第二直线段13沿着倾斜角度为45°的方向倾斜向外延伸；
第三步：加工直线段一141，直线段一141的起点为A1，终点为B1，A1点在晶棒5上的正投影为C1点。具体地，首先找到∠EA1C1的角平分线，以A1点为起点，作一个与∠ EA1C1的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA1至D点的位置处并与上述壁面形成交点B1，A1B1即为直线段一141；
第四步：加工直线段二142，直线段二142的起点为A2，A2点与直线段一141中的B1点重合，直线段二142的终点为B2，A2点在晶棒5上的正投影为C2点。具体地，首先找到∠EA2C2的角平分线，以A2点为起点，作一个与∠EA2C2的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA2至D点的位置处并与上述壁面形成交点B2，A2B2即为直线段二142；
第五步：加工直线段三143，直线段三143的起点为A3，A3点与直线段二142中的B2点重合，直线段三143的终点为B3，A3点在晶棒5上的正投影为C3点。具体地，首先找到∠EA3C3的角平分线，以A3点为起点，作一个与∠EA3C3的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA3至D点的位置处并与上述壁面形成交点B3，A3B3即为直线段三143；
第六步：加工直线段四144，直线段四144的起点为A4，A4点与直线段三143中的B3点重合，直线段四144的终点为B4，A4点在晶棒5上的正投影为C4点。具体地，首先找到∠EA4C4的角平分线，以A4点为起点，作一个与∠EA4C4的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA4至D点的位置处并与上述壁面形成交点B4，A4B4即为直线段四144；
第七步：加工直线段五145，直线段五145的起点为A5，A5点与直线段四144中的B4点重合，直线段五145的终点为B5，A5点在晶棒5上的正投影为C5点。具体地，首先找到∠EA5C5的角平分线，以A5点为起点，作一个与∠EA5C5的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA5至D点的位置处并与上述壁面形成交点B5，A5B5即为直线段五145；
第八步：加工直线段六，直线段六的起点为A6，A6点与直线段五145中的B5点重合，直线段六的终点为B6，A6点在晶棒5上的正投影为C6点。具体地，首先找到∠EA6C6的角平分线，以A6点为起点，作一个与∠EA6C6的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA6至D点的位置处并与上述壁面形成交点B6，A6B6即为直线段六。
依次类推，假设线段组14包括24条直线段，则直线段二十四的加工步骤为：
直线段二十四的起点为A24，A24点与直线段二十三中的B23点重合，直线段二十四的终点为B24，A24点在晶棒5上的正投影为C24点。具体地，首先找到∠EA24C24的角平分线，以A24点为起点，作一个与∠EA24C24的角平分线垂直且倾斜向上的壁面；平移EA24至D 点的位置处并与上述壁面形成交点B24，A24B24即为直线段二十四。
根据本发明实施例的导流筒1的加工方法，通过设置第二直线段13，晶棒5上的热量沿着晶棒5的径向方向入射到第二直线段13上时，由于第二直线段13与竖直方向的夹角大于等于45°，因此这部分热量在第二直线段13上的入射角也大于等于45°，根据反射角等于入射角的原理，经过第二直线段13反射后的热量与入射热量之间的夹角大于等于 90°，因此这部分热量经过反射后可以沿着与晶棒5外壁面平行的方向传递，或者朝向背离晶棒5外壁面的方向传递，从而可以避免这部分热量反射回晶棒5。此外，通过设置线段组14，从晶棒5传递至线段组14上的热量，经过线段组14反射后可以朝向水冷套3传递，利用水冷套3阻挡热量反向传递至晶棒5上，从而可以加速晶棒5的冷却，有利于降低晶棒5内的热应力，从而可以避免晶棒5内部出现孔洞或者差排缺陷，进而可以提升晶棒5的生产品质。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于单晶炉的导流筒，其特征在于，所述单晶炉包括：炉体、水冷套和坩埚，所述导流筒、水冷套和坩埚均设在所述炉体内，所述坩埚内形成有晶棒，所述导流筒和水冷套均环绕所述晶棒设置，且所述水冷套位于所述导流筒的上侧，将所述晶棒的轴截面所在的平面定义为参考面，所述导流筒经过所述参考面剖切后形成剖切面，所述剖切面的位于所述晶棒其中一侧的内轮廓线包括：
第一直线段，所述第一直线段沿竖直方向延伸，且所述第一直线段的邻近所述坩埚液面的一端与所述液面间隔开；
第二直线段，所述第二直线段的一端与所述第一直线段的背离所述坩埚的一端连接，所述第二直线段的另一端朝向背离所述晶棒的方向倾斜向上延伸，所述第二直线段与竖直方向之间的夹角为α，且满足：α≥45°；
线段组，线段组包含多个依次连接且倾斜角度不同的直线段，所述线段组的一端与所述第二直线段的另一端连接，所述线段组的另一端朝向背离所述晶棒的方向倾斜向上延伸，所述线段组用于将从所述晶棒传递至所述线段组上的热量朝向所述水冷套传递，利用所述水冷套阻挡所述热量反向传递至所述晶棒上。
2.根据权利要求1所述的用于单晶炉的导流筒，其特征在于，在所述晶棒的径向方向上，所述第二直线段的背离所述晶棒的一端与所述水冷套的外边缘平齐或者位于所述水冷套外边缘的外侧；或者，所述α满足：50°≥α≥45°。
3.根据权利要求2所述的用于单晶炉的导流筒，其特征在于，将所述直线段的两端分别定义为A端和B端，将所述A端在所述晶棒上的正投影定义为C，将所述水冷套的径向方向的外边缘定义D，将所述水冷套的径向方向的内边缘定义E，且满足：线段AB与∠EAC的角平分线垂直，且线段AE与线段BD平行设置，其中，所述A端为所述直线段的邻近所述晶棒的一端；或者，所述线段组包含的所述直线段的数量为X，且满足：30≥X≥10。
4.根据权利要求1所述的用于单晶炉的导流筒，其特征在于，在所述晶棒的轴向方向上，所述第一直线段的邻近所述液面的一端与所述液面的间距为L，且满足：50mm≥L≥20mm。
5.根据权利要求1所述的用于单晶炉的导流筒，其特征在于，在所述炉体径向的由内之外的方向上，所述导流筒的底面与所述液面的间距逐渐减小，且所述导流筒的底面与所述液面之间的夹角为β，且满足：8°≥β≥1°。
6.根据权利要求1所述的用于单晶炉的导流筒，其特征在于，所述液面与所述坩埚的内周壁形成为第一弧形面，所述导流筒的底壁与所述导流筒的外周壁的连接处形成为与所述第一弧形面平行设置的第二弧形；或者，所述液面与所述晶棒的外周壁形成为第三弧形面，所述导流筒的底壁与所述导流筒的内周壁的连接处形成为与所述第三弧形面平行设置的第四弧形面。
7.一种单晶炉，其特征在于，包括：
炉体；
坩埚，所述坩埚设在所述炉体内，所述坩埚具有盛放空间，所述盛放空间内形成有晶棒；
水冷套和根据权利要求1-6中任一项所述的用于单晶炉的导流筒，所述导流筒和水冷套均设在所述炉体内，且所述水冷套位于所述导流筒的上侧。
8.根据权利要求7所述的单晶炉，其特征在于，所述水冷套包括：
第一连接部，所述第一连接部环绕所述晶棒设置，所述第一连接部沿所述晶棒的轴向方向延伸；
第二连接部，所述第二连接部与所述第一连接部的邻近所述液面的一端连接，且所述第二连接部沿所述晶棒的径向方向延伸。
9.根据权利要求8所述的单晶炉，其特征在于，所述第二连接部的邻近所述液面的一侧的表面形成为朝向所述第一连接部凹入的第一曲面；或者，所述第二连接部的邻近所述晶棒的一侧的表面形成为朝向背离所述晶棒的方向凹入的第二曲面。
10.一种导流筒的加工方法，其特征在于，所述导流筒为根据权利要求1-6中任一项所述的用于单晶炉的导流筒，其中，所述线段组包含多个依次连接且倾斜角度不同的直线段一至直线段N，将所述水冷套的径向方向的外边缘定义D，将所述水冷套的径向方向的内边缘定义E，所述导流筒的加工方法包括：
加工所述第一直线段；
加工所述第二直线段，所述第二直线段的起点为所述第一直线段的上端点，所述第二直线段的终点为A1点，所述A1点与所述水冷套的D点在所述晶棒的径向方向上平齐；
加工所述直线段一，所述直线段一的起点为A1，所述直线段一的终点为B1，所述A1点在所述晶棒上的正投影为C1点，所述加工所述直线段一的步骤包括：
以所述A1点为起点，作与∠EA1C1的角平分线垂直且倾斜向上的第一参考线；
平移EA1至所述D点的位置处并与所述第一参考线形成交点B1，A1B1即为所述直线段一；
加工所述直线段二，所述直线段二的起点为A2，所述A2点与所述直线段一的所述B1点重合，所述直线段二的终点为B2，所述A2点在所述晶棒上的正投影为C2点，所述加工所述直线段二的步骤包括：
以所述A2点为起点，作与∠EA2C2的角平分线垂直且倾斜向上的第二参考线；
平移EA2至D点的位置处并与所述第二参考线形成交点B2，A2B2即为所述直线段二；
加工所述直线段三，所述直线段三的起点为A3，所述A3点与所述直线段二的所述B2点重合，所述直线段三的终点为B3，所述A3点在所述晶棒上的正投影为C3点，所述加工所述直线段三的步骤包括：
以所述A3点为起点，作与∠EA3C3的角平分线垂直且倾斜向上的第三参考线；
平移EA3至D点的位置处并与所述第三参考线形成交点B3，A3B3即为所述直线段三；
以此类推，
最后加工所述直线段N，所述直线段N的起点为An，所述直线段N的终点为Bn，所述An点在所述晶棒上的正投影为Cn点，所述加工所述直线段N的步骤包括：
以所述An点为起点，作与∠EAnCn的角平分线垂直且倾斜向上的第N参考线；
平移EAn至D点的位置处并与所述第N参考线形成交点Bn，AnBn即为所述直线段N，其中所述N满足：N＞3。
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