CN114381795A - 直拉单晶炉水冷屏装置及单晶炉 - Google Patents

直拉单晶炉水冷屏装置及单晶炉 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种直拉单晶炉水冷屏装置及单晶炉，属于水冷屏装置的技术领域，包括水冷屏，所述水冷屏的下端设置圆环形护套，所述圆环形护套与所述水冷屏的下端连接，水冷屏上部分为不锈钢结构，而单晶炉内的加热器的加热温度为1450℃，炉腔内的环境温度在1000℃以上，不锈钢的耐高温温度为1000℃，在单晶炉内炉内温度过高容易造成不锈钢水冷屏高温熔断或爆裂，因此采用圆环形护套将水冷屏和圆环形护套固定在石英坩埚上方，避免水冷热屏高温熔断或爆裂，同时通过圆环形护套能够延伸水冷屏的长度，延伸水冷热屏的热折射，有效保证单晶炉内良好的温度梯度。

Description

直拉单晶炉水冷屏装置及单晶炉
技术领域
本发明涉及水冷屏装置技术领域，具体涉及一种直拉单晶炉水冷屏装置及单晶炉。
背景技术
直拉单晶炉中设置有水冷屏装置，用于单晶炉内制造均匀的热场，为了进一步提高单晶棒的冷却速率，水冷屏的下端距硅溶液的表面越近越好，但是现有技术中，水冷屏的下端距硅溶液的表面的距离不能太近，否则水冷屏容易因膨胀而爆裂。
发明内容
有鉴于此，针对上述不足，有必要提出一种防止水冷屏爆裂的直拉单晶炉水冷屏装置。
还有必要提出一种单晶炉。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种直拉单晶炉水冷屏装置，包括：水冷屏，所述水冷屏的下端设置圆环形护套，所述圆环形护套与所述水冷屏的下端连接。
优选地，所述圆环形护套的材料为石墨。
优选地，所述水冷屏还包括石墨螺栓，所述水冷屏的下端通过石墨螺栓与所述圆环形护套连接。
优选地，所述水冷屏的外侧壁两端相对设置固定杆。
优选地，所述水冷屏为上下开口的筒状，所述水冷屏的开口上大下小。
优选地，所述水冷屏的内侧壁设置有凹坑，以形成漫反射，提高拉晶速率。
优选地，所述凹坑为圆形。
优选地，所述凹坑为椭圆形。
一种单晶炉，包括导流筒，包括如上所述的直拉单晶炉水冷屏装置，所述导流筒与单晶炉的内壁连接，所述水冷屏位于所述导流筒的上方，且所述水冷屏的上端与单晶炉的内壁连接，所述导流筒套在所述水冷屏的外壁。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
水冷屏上部分为不锈钢结构，而单晶炉内的加热器的加热温度为1450℃，炉腔内的环境温度在1000℃以上，不锈钢的耐高温温度为1000℃，在单晶炉内炉内温度过高容易造成不锈钢水冷屏高温熔断或爆裂，因此采用圆环形护套将水冷屏和圆环形护套固定在石英坩埚上方，避免水冷热屏高温熔断或爆裂，同时通过圆环形护套能够延伸水冷屏的长度，延伸水冷热屏的热折射，有效保证单晶炉内良好的温度梯度，并且现有技术中水冷屏的另一端需要距离硅溶液页面60mm以上，否则水冷屏200容易因膨胀而爆裂，所述圆环形护套使得水冷屏距硅溶液的液面更加接近，更加利于单晶棒的冷却，且水冷屏不易炸裂。
附图说明
图1为水冷屏距石英坩埚的结构示意图。
图2为单晶炉的剖视图。
图3为水冷屏的结构示意图。
图中：导流筒100、水冷屏200、凹坑210、圆环形护套220、固定杆230。
具体实施方式
以下结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
请参看图1至图3，一种直拉单晶炉水冷屏装置，包括：水冷屏200，所述水冷屏200的下端设置圆环形护套220，所述圆环形护套220与所述水冷屏200的下端连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
水冷屏200上部分为不锈钢结构，而单晶炉内的加热器的加热温度为1450℃，炉腔内的环境温度在1000℃以上，不锈钢的耐高温温度为1000℃，在单晶炉内炉内温度过高容易造成不锈钢水冷屏200高温熔断或爆裂，因此采用石墨做成的圆环形护套220将水冷屏200和圆环形护套220固定在石英坩埚上方，石墨做成的圆环形护套220的耐高温温度达4000℃，在水冷热屏下端连接石墨做成的圆环形护套220，避免水冷热屏高温熔断或爆裂，同时通过石墨做成的圆环形护套220能够延伸水冷屏200的长度，延伸水冷热屏的热折射，有效保证单晶炉内良好的温度梯度，并且现有技术中水冷屏200的另一端需要距离硅溶液页面60mm以上，否则水冷屏200容易因膨胀而爆裂，所述圆环形护套220使得水冷屏200距硅溶液的液面更加接近，更加利于单晶棒的冷却，且水冷屏200不易炸裂。
进一步的，所述圆环形护套220的材料为石墨，石墨的导热、耐热性能好。
进一步的，所述水冷屏200还包括石墨螺栓，所述水冷屏200的下端通过石墨螺栓与所述圆环形护套220连接。
进一步的，所述水冷屏200的外侧壁两端相对设置固定杆230，用于将水冷屏200焊接在单晶炉内腔壁上，进行固定。
进一步的，所述水冷屏200为上下开口的筒状，所述水冷屏200的开口上大下小。
进一步的，所述水冷屏200的内侧壁设置有凹坑210，以形成漫反射，提高拉晶速率。
具体的，单晶炉加热器位于炉体底部，布设于坩埚底部或侧壁上，单晶硅拉制过程中，加热器的温度自加热炉底部向上折射，本发明在所述水冷屏200的内侧壁设置凹坑210，在凹坑210处形成漫反射，使得散热效率提高，并且通过凹坑210能够增加水冷屏200的热折射方向，使得热折射向上，减少热折射直接折射在晶棒上，利于晶棒的降温，且所述凹坑210增大水冷屏200散热面积，且增加了水冷屏200的吸热效率，提高加热炉腔内散热效率，进而使得单晶棒拉制的过程中拉速提高，进而拉制单晶棒的产率提高。
并且在凹坑210中，热辐射能够形成涡旋气流，增加水冷屏200的散热；相对于现有技术，如果在水冷屏200上设置凸起，会改变热折射的方向，使得热折射向下，使得热折射折射在晶棒上或硅溶液上，不利于散热，而本发明是凹坑210，增加水冷屏200的热折射方向，使得热折射向上，减少热折射直接折射在晶棒上，利于晶棒的降温。
进一步的，所述凹坑210均匀分布在所述水冷屏200的内侧壁上。
进一步的，所述凹坑210为圆形，使得热折射的方向向上，增大水冷屏200的散热面。
进一步的，所述凹坑210为椭圆形。
进一步的，所述水冷屏200为不锈钢材质。
进一步的，所述水冷屏200表面涂覆有涂层。
进一步的，所述水冷屏200与所述单晶炉的中轴线夹角a为15°/2-20°。
一种单晶炉，包括导流筒100，包括如上所述的直拉单晶炉水冷屏装置，所述导流筒100与单晶炉的内壁连接，所述水冷屏200位于所述导流筒100的上方，且所述水冷屏200的上端与单晶炉的内壁连接，所述导流筒100套在所述水冷屏200的外壁。
一种提高拉晶速率的方法，利用所述的单晶炉，具体步骤如下：
将晶棒以1.8mm/min-2.0mm/min的拉速从单晶炉内拉出。
具体的通过以下实施例、对比例进行说明；
实施例：将导流筒100安装在单晶炉的内壁上，再将水冷屏200设置在导流筒100的 上方，水冷屏200内壁设置均匀的圆形凹坑210，水冷屏200的一端与单晶炉的内壁连接；对 比例：将导流筒100安装在单晶炉的内壁上，再将水冷屏200设置在导流筒100的上方，水冷 屏200内壁光滑，水冷屏200的一端与单晶炉的内壁连接；通过实施例与对比例的装置拉制 晶棒，晶棒的拉速如下表所示：
实施例 对比例
拉速 1.8mm/min-2.0mm/min 0.9mm/min-1.5mm/min
通过上表能够得出，在其他参数相同的情况下，在水冷屏上200设置均匀的圆形凹坑210，使得拉晶速度提高，且拉晶速度提高至原来的2倍，这是因为在水冷屏上设置凹坑210，在凹坑210处形成漫反射，使得散热效率提高，并且通过凹坑能够增加水冷屏200的热折射方向，使得热折射向上，减少热折射直接折射在晶棒上，利于晶棒的降温，且所述凹坑210增大水冷屏散热面积，且增加了水冷屏200的吸热效率，提高加热炉腔内散热效率，进而使得单晶棒拉制的过程中拉速提高，进而拉制单晶棒的产率提高。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，包括：水冷屏，所述水冷屏的下端设置圆环形护套，所述圆环形护套与所述水冷屏的下端连接。
2.根据权利要求1所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述圆环形护套的材料为石墨。
3.根据权利要求2所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述水冷屏还包括石墨螺栓，所述水冷屏的下端通过石墨螺栓与所述圆环形护套连接。
4.根据权利要求3所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述水冷屏的外侧壁两端相对设置固定杆。
5.根据权利要求4所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述水冷屏为上下开口的筒状，所述水冷屏的开口上大下小。
6.根据权利要求5所述的直拉单晶炉水冷屏装置，，其特征在于，所述水冷屏的内侧壁设置有凹坑，以形成漫反射，提高拉晶速率。
7.根据权利要求6所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述凹坑为圆形。
8.根据权利要求6所述的直拉单晶炉水冷屏装置，其特征在于，所述凹坑为椭圆形。
9.一种单晶炉，包括导流筒，其特征在于，包括如权利要求1所述的直拉单晶炉水冷屏装置，所述导流筒与单晶炉的内壁连接，所述水冷屏位于所述导流筒的上方，且所述水冷屏的上端与单晶炉的内壁连接，所述导流筒套在所述水冷屏的外壁。
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