CN114277430A - 一种直拉单晶硅烧结炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硅材料加工技术领域，且公开了一种直拉单晶硅烧结炉，包括主炉室，所述主炉室的顶端连接有副炉室，所述主炉室的内部顶端固定连接有导流框，所述导流框的中部等角度开设有气流孔。通过导流框的内侧设置有固定板，使氩气气流通过导流框的内侧流过时，被导流框内侧的固定板进行分流，一部分氩气流向直接到达坩埚的顶端，另一部分通过环形板的顶端进入主炉室和支撑板之间再通过支撑板和连接板之间，最后通过连接板和加热器之间，利用支撑板和加热器之间的温度梯度进行氩气气流的加热，直到气流流到承接盒的顶端侧，使坩埚顶端外侧的硅受到氩气气流作用始终处于熔化状态，且使坩埚顶端内侧壁不会有硅的结晶，提高坩埚的使用寿命。

Description

一种直拉单晶硅烧结炉

技术领域

本发明涉及硅材料加工技术领域，具体为一种直拉单晶硅烧结炉。

背景技术

直拉单晶硅烧结炉的总体由炉体、电气部分、热系统、水冷系统、真空系统和氩气供给装置六部分组成，主炉室内为热场由加热器、保温系统、支持机构、托杆、托碗等组成，保温结构用于构成下热上冷的温度梯度，加热器是由高纯石墨制成，副炉室由提升机构等其他结构组成，且直拉法制备单晶硅的原理为将多晶硅通过热场加热，融化成熔融状态，通过控制热场将液面温度控制在结晶的临界点，副炉室的提升机构连接的单晶籽晶从液面向上提拉进行引晶，引晶结束，进行放肩，使晶体慢慢放大至目标直径，放肩过渡到等径的过程为转肩工艺，最后生长完成后，冷却至室温，全程环境为真空的氩气保护，氩气通过副炉室顶端通入，主炉室下端通出。

严重的硅跳会烧坏单晶炉底，传统一般在炉底都有碳毡，做保护，但是很多漏硅是顺着坩埚支撑托碗流下的，先开始会在底部流到金属波纹管，出现星点的烧损，就是硅料已经碰到金属波纹管，这时是最危险的，只能停炉，使锅内硅料报废；晶体在放肩工序时，可能坩埚边产生结晶，若不及时处理，结晶会逐渐长大，严重影响单晶的生长，提高了废料产生的机率，增加了成本。

发明内容

针对背景技术中提出的现有硅烧结炉在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种直拉单晶硅烧结炉，具备更安全、成本低的优点，解决了上述背景技术中提出的技术问题。

本发明提供如下技术方案：一种直拉单晶硅烧结炉，包括主炉室，所述主炉室的顶端连接有副炉室，所述主炉室的内部顶端固定连接有导流框，所述导流框的中部等角度开设有气流孔，所述导流框的内侧固定连接有位于气流孔下方的固定板，所述导流框的外侧固定连接有与固定板同周向的环形板，所述环形板的底端外侧固定连接有支撑板，所述主炉室的内部底端固定连接有位于支撑板下方的连接板，所述连接板的顶端固定连接有加热器，所述的底端中部活动连接有坩埚，所述坩埚的底端固定连接有升降结构，所述坩埚的顶端外侧周向等角度开设有滑槽，所述坩埚通过滑槽滑动连接有承接盒，所述承接盒的底端周向开设有位于滑槽下方的固定孔，所述固定孔的内部一侧固定连接有弹簧，所述弹簧的另一端固定连接有活动杆，所述加热器的内部周向固定连接有支架，且加热器通过支架固定连接有位于活动杆下方的抵位板，所述坩埚的外侧面固定连接有位于两个滑槽之间的突杆组。

优选的，所述固定板位于气流孔的下方呈圆弧形，且固定板的外侧与导流框的底端内侧位于同一竖直线上。

优选的，所述连接板的截面形状呈弧形，所述连接板连接有主炉室内侧和加热器的底端之间，使气流有流通的方向。

优选的，所述承接盒整体形状呈圆环型，所述承接盒位于滑槽外侧部分的底端为朝向坩埚的内部方向的斜坡型，承接盒位于非滑槽外侧部分的底端为水平。

优选的，所述活动杆靠近承接盒侧的面为斜面，所述抵位板的顶端面呈斜面，且活动杆的斜面和抵位板的斜面平行，所述抵位板相对活动杆上活动杆的方向移动，活动杆会伸出固定孔的内部朝向坩埚的内部方向。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过导流框的内侧设置有固定板，使氩气气流通过导流框的内侧流过时，被导流框内侧的固定板进行分流，一部分氩气流向直接到达坩埚的顶端，另一部分通过环形板的顶端进入主炉室和支撑板之间再通过支撑板和连接板之间，最后通过连接板和加热器之间，利用支撑板和加热器之间的温度梯度进行氩气气流的加热，直到气流流到承接盒的顶端侧，使坩埚顶端外侧的硅受到氩气气流作用始终处于熔化状态，且使坩埚顶端内侧壁不会有硅的结晶，提高坩埚的使用寿命。

2、本发明通过承接盒的设置，使承接盒能够在坩埚的外侧承接顺着坩埚的外壁留下的熔化硅，且通过承接盒底部固定孔的设置，在向坩埚的内部补充硅料时，坩埚向下移动，承接盒跟随坩埚向下移动，承接盒被抵位板抵住停止移动，坩埚移动到承接盒的底端下方时，承接盒自身重力使抵位板抵住活动杆的侧面，活动杆伸出向坩埚的内侧方向，通出承接盒内部收集的硅，使熔化硅回收到坩埚的内部，减少硅的回收工序成本。

3、本发明通过突杆组在坩埚的顶端外侧时，熔化硅流出坩埚的外壁的过程中同时在突杆组的外侧流动，斜向的突杆组使熔化硅在坩埚的外侧分流，令氩气气流的与熔化硅表面的接触面积增加，提高热传递效率，同时，突杆组斜向设置，能够减缓熔化硅的移动速度，使热传递过程的作用时间增加，提高作用效果，流到承接盒的内部底端后，承接盒底端对应的温度对熔化硅持续保温，保持熔化硅的状态。

附图说明

图1为本发明结构剖开正视示意图；

图2为本发明坩埚结构俯视示意图；

图3为本发明图1中A处结构放大示意图；

图4为本发明坩埚结构外侧顶端表面放大示意图。

图中：1、主炉室；2、副炉室；3、导流框；4、气流孔；5、固定板；6、环形板；7、支撑板；8、连接板；9、加热器；10、坩埚；11、升降结构；12、滑槽；13、承接盒；14、固定孔；15、弹簧；16、活动杆；17、抵位板；18、突杆组。

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。

请参阅图1，一种直拉单晶硅烧结炉，包括主炉室1，主炉室1的顶端连接有副炉室2，主炉室1的内部顶端固定连接有导流框3，导流框3的中部等角度开设有气流孔4，导流框3的内侧固定连接有位于气流孔4下方的固定板5，导流框3的外侧固定连接有与固定板5同周向的环形板6，环形板6的底端外侧固定连接有支撑板7，支撑板7为导热材质，支撑板7能够吸收加热器9向主炉室1的方向发出的辐射热，且减少主炉室1向外侧传递的热量，主炉室1的内部底端固定连接有位于支撑板7下方的连接板8，连接板8的顶端固定连接有加热器9，的底端中部活动连接有坩埚10，坩埚10的底端固定连接有升降结构11，参考图2，坩埚10的顶端外侧周向等角度开设有滑槽12，坩埚10通过滑槽12滑动连接有承接盒13，且承接盒13的顶端位于加热器9顶端的下方，加热器9的顶端位于坩埚10顶端的下方，使连接板8和加热器9之间的气流吹向坩埚10时，是吹到坩埚10的外侧，对坩埚10内侧不影响，且承接盒13的内侧周向和坩埚10的外侧密封，参考图3，承接盒13的底端周向开设有位于滑槽12下方的固定孔14，固定孔14的内部一侧固定连接有弹簧15，且弹簧15初始状态仅受到活动杆16的斜向拉力，弹簧15的另一端固定连接有活动杆16，加热器9的内部周向固定连接有支架，且加热器9通过支架固定连接有位于活动杆16下方的抵位板17，抵位板17位于坩埚10向下移动后的最顶端水平线上，参考图4，坩埚10的外侧面固定连接有位于两个滑槽12之间的突杆组18，突杆组18呈斜向的等距的杆组，通过突杆组18的斜向设置，使熔化的硅向下移动的速度降低，且能够让流出坩埚10的硅弧向散开，使硅在加热后的氩气气流的作用下始终保持液体状态，避免硅在坩埚10的外侧顶端结晶，且硅向下移动到被承接盒13收集的水平位置温度已增加到硅能够保持液体状态。

请参阅图1，固定板5位于气流孔4的下方呈圆弧形，且固定板5的外侧与导流框3的底端内侧位于同一竖直线上，通过固定板5的形状设置，使固定板5能够更好的对气流进行导向，且通过固定板5的气流分流作用，对氩气气流进行分流，一部分直接流经晶体表面到达坩埚10的顶端发挥作用，另一部分被支撑板7和加热器9逐渐加热后到达坩埚10的顶端外侧位置，被加热氩气气流对坩埚10的顶端硅跳出的熔化硅进行作用，一方面气流在环形板6的底端横向的流向与硅跳的方向逆向，使跳出的熔化硅的跳出速度降低，从而使熔化硅大部分进入承接盒13的内部，从而减少后续其他结构的清理难度，另一方面能够保证跳出的熔化硅的温度，从而避免硅跳后的熔化硅在坩埚10的顶端部分结晶影响拉晶过程，且降低坩埚10在使用后的清理难度，提高坩埚10的使用寿命。

其中，连接板8的截面形状呈弧形，连接板8连接有主炉室1内侧和加热器9的底端之间，使气流有流通的方向，通过连接板8的设置，使气流通过环形板6向支撑板7的外侧通入后，到达支撑板7和连接板8之间，再进入连接板8和加热器9之间，使气流的流向固定，同时通过支撑板7受到加热器9的辐射热后，将氩气气流在支撑板7的外侧初步加热，再通过连接板8和加热器9之间持续加热，使氩气气流的温度到达熔化硅的温度，使氩气气流在坩埚10的外侧顶端对熔化硅进行作用，再通过加热器9和坩埚10之间通出，提高气流作用效果。

请参阅图2，承接盒13整体形状呈圆环型，承接盒13位于滑槽12外侧部分的底端为朝向坩埚10的内部方向的斜坡型，承接盒13位于非滑槽12外侧部分的底端为水平，通过熔化硅在承接盒13的内部被收集，当晶体拉出完成后，会通过升降结构11将坩埚10向下移动，向下移动的坩埚10带动承接盒13一起向下移动，承接盒13的底端的固定孔14内部进入抵位板17，此时，坩埚10继续向下移动到承接盒13的底端下方，而承接盒13相对加热器9静止，承接盒13在自身重力下使抵位板17的顶端部分完全进入固定孔14的内部，并推动活动杆16向坩埚10的内侧方向伸出，使承接盒13内部收集的熔化硅流回坩埚10的内部继续被利用，当再次直拉单晶硅时，坩埚10再次被升降结构11作用上移，回到初始状态，从而避免硅在坩埚10的外壁流向最底端，减少安全隐患。

请参阅图3，活动杆16靠近承接盒13侧的面为斜面，抵位板17的顶端面呈斜面，且活动杆16的斜面和抵位板17的斜面平行，抵位板17相对活动杆16上活动杆16的方向移动，活动杆16会伸出固定孔14的内部朝向坩埚10的内部方向，令活动杆16在抵位板17的推动抵住下，活动杆16的顶端和承接盒13之间密封，且活动杆16伸出承接盒13的底端，通过活动杆16的顶端通出承接盒13内部收集的熔化硅，提高熔化硅的利用率。

本发明的使用方法(工作原理)如下：

直拉单晶硅时，主炉室1的内部加热器9开启，氩气通过副炉室2的顶端输入，氩气在生长的晶体外侧流过，到达主炉室1的内部，在导流框3的内侧表面向流动，氩气气流流到固定板5的顶端后，氩气气流持续向下流动被固定板5分流，一部分氩气气流通过固定板5的内侧进入到坩埚10内的液面顶端，另一部分氩气气流通过固定板5的顶端部分到达环形板6的顶端，进入支撑板7的外侧与主炉室1的内部部分，被支撑板7初次加热，氩气气流再通过支撑板7的底端进入支撑板7和连接板8之间的通道中，氩气被加热器9进行直接加热，氩气气流最后通过加热器9的顶端部分，气流横向吹向坩埚10的顶端外侧，且坩埚10顶端直接从导流框3流下的氩气气流从坩埚10的顶端吹出，使两部分气流在加热器9和坩埚10之间通道中混合，并通过加热器9和坩埚10之间的通道到达主炉室1的底端部分，经管道通出，此时坩埚10内部的熔化硅如发生硅跳，即熔化硅溅出，溅出到坩埚10顶端外侧的硅受到横向气流，而经过坩埚10顶端外侧向外流出的硅，在坩埚10的外壁向下流动，流动的硅受到横向加热后的氩气气气流吹动进行保温，并在承接盒13的内部被收集，当晶体拉出完成后，会通过升降结构11将坩埚10向下移动，向下移动的坩埚10带动承接盒13一起向下移动，承接盒13的底端的固定孔14内部进入抵位板17，此时，坩埚10继续向下移动到承接盒13的底端下方，而承接盒13相对加热器9静止，承接盒13在自身重力下使抵位板17的顶端部分完全进入固定孔14的内部，并推动活动杆16向坩埚10的内侧方向伸出，使承接盒13内部收集的熔化硅流回坩埚10的内部继续被利用，当再次直拉单晶硅时，坩埚10再次被升降结构11作用上移，回到初始状态。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种直拉单晶硅烧结炉，包括主炉室(1)，所述主炉室(1)的顶端连接有副炉室(2)，其特征在于：所述主炉室(1)的内部顶端固定连接有导流框(3)，所述导流框(3)的中部等角度开设有气流孔(4)，所述导流框(3)的内侧固定连接有位于气流孔(4)下方的固定板(5)，所述导流框(3)的外侧固定连接有与固定板(5)同周向的环形板(6)，所述环形板(6)的底端外侧固定连接有支撑板(7)，所述主炉室(1)的内部底端固定连接有位于支撑板(7)下方的连接板(8)，所述连接板(8)的顶端固定连接有加热器(9)，所述的底端中部活动连接有坩埚(10)，所述坩埚(10)的底端固定连接有升降结构(11)，所述坩埚(10)的顶端外侧周向等角度开设有滑槽(12)，所述坩埚(10)通过滑槽(12)滑动连接有承接盒(13)，所述承接盒(13)的底端周向开设有位于滑槽(12)下方的固定孔(14)，所述固定孔(14)的内部一侧固定连接有弹簧(15)，所述弹簧(15)的另一端固定连接有活动杆(16)，所述加热器(9)的内部周向固定连接有支架，且加热器(9)通过支架固定连接有位于活动杆(16)下方的抵位板(17)，所述坩埚(10)的外侧面固定连接有位于两个滑槽(12)之间的突杆组(18)。

2.根据权利要求1所述的一种直拉单晶硅烧结炉，其特征在于：所述固定板(5)位于气流孔(4)的下方呈圆弧形，且固定板(5)的外侧与导流框(3)的底端内侧位于同一竖直线上。

3.根据权利要求1所述的一种直拉单晶硅烧结炉，其特征在于：所述连接板(8)的截面形状呈弧形，所述连接板(8)连接有主炉室(1)内侧和加热器(9)的底端之间，使气流有流通的方向。

4.根据权利要求1所述的一种直拉单晶硅烧结炉，其特征在于：所述承接盒(13)整体形状呈圆环型，所述承接盒(13)位于滑槽(12)外侧部分的底端为朝向坩埚(10)的内部方向的斜坡型，承接盒(13)位于非滑槽(12)外侧部分的底端为水平。

5.根据权利要求1所述的一种直拉单晶硅烧结炉，其特征在于：所述活动杆(16)靠近承接盒(13)侧的面为斜面，所述抵位板(17)的顶端面呈斜面，且活动杆(16)的斜面和抵位板(17)的斜面平行，所述抵位板(17)相对活动杆(16)上活动杆(16)的方向移动，活动杆(16)会伸出固定孔(14)的内部朝向坩埚(10)的内部方向。

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