CN114381797B - 伸缩式石英加料装置、直拉单晶炉及提高拉速的方法 - Google Patents

Abstract

一种伸缩式石英加料装置，包括加料器、高度调节机构，所述加料器包括加料筒、连接法兰，所述连接法兰固设于加料筒的上端，高度调节机构包括固定法兰、调节杆、高度调节环、圆形挡块，所述固定法兰套装在加料器的外壁上，所述调节杆的下端与固定法兰连接，在连接法兰上设有调节孔，所述调节杆的上端穿过调节孔，所述调节杆的上端固设圆形挡块，数个调节杆沿固定法兰的周向均布，在每一个调节杆上套装数个高度调节环，高度调节环的截面为“C”形，根据单晶炉的大小规格不同，通过增加或减少高度调节环的数量来调节加料器的作业高度，有利于适用各种炉型，降低成本，还提供了一种直拉单晶炉，还提供了一种提高拉晶速率的方法。

Description

伸缩式石英加料装置、直拉单晶炉及提高拉速的方法

技术领域

本发明涉及直拉单晶硅生产技术领域，特别涉及一种伸缩式石英加料装置、直拉单晶炉及提高拉速的方法。

背景技术

采用直拉法生长单晶的过程中，首先利用加料器向石英坩埚内加入硅料，加热硅料熔化成熔液，然后以一定的提拉速度形成单晶。

现有技术中的加料器单一互换性差，对于不同规格的单晶炉需要配置不同规格的加料器，不利于降低成本。

发明内容

有鉴于此，针对上述不足，有必要提出一种伸缩式石英加料装置。

还有必要提出一种直拉单晶炉。

还有必要提出一种提高拉晶速率的方法。

一种伸缩式石英加料装置，包括加料器、高度调节机构，所述加料器包括加料筒、连接法兰，所述连接法兰固设于加料筒的上端，高度调节机构包括固定法兰、调节杆、高度调节环、圆形挡块，所述固定法兰套装在加料器的外壁上，所述调节杆的下端与固定法兰连接，在连接法兰上设有调节孔，所述调节杆的上端穿过调节孔，所述调节杆的上端固设圆形挡块，圆形挡块的直径大于调节孔的直径，所述调节杆为数个，数个调节杆沿固定法兰的周向均布，在每一个调节杆上套装数个高度调节环，高度调节环的截面为“C”形，高度调节环的内径等于调节杆的直径，高度调节环一侧开口的宽度等于调节杆的直径。

一种直拉单晶炉，包括副炉体、提升机构以及伸缩式石英加料装置，所述伸缩式石英加料装置还包括加料吊杆、锥形底盖，所述提升机构设于副炉体的顶部，所述加料吊杆的上端与提升机构连接，所述加料吊杆的下端穿过加料筒，并与锥形底盖连接，所述锥形底盖盖合在加料筒的底端，所述固定法兰的外壁与副炉体的内壁连接。

优选地，所述直拉单晶炉还包括主炉体、导流筒、水冷屏，所述导流筒、水冷屏设于主炉体内，所述导流筒位于所述水冷屏的下方，所述水冷屏的内侧壁设置有凹坑，以提高提拉速度。

优选地，所述凹坑均匀分布在所述水冷屏的内侧壁上，所述凹坑为圆形，所述水冷屏为上部开口小下部开口大的筒体。

优选地，所述凹坑为椭圆形。

优选地，所述直拉单晶炉还包括圆环形护套，所述圆环形护套设于水冷屏的下端，所述圆环形护套由石墨做成。

优选地，所述水冷屏为不锈钢材质。

优选地，所述水冷屏表面涂覆有涂层。

优选地，所述直拉单晶炉包括支撑轴、托盘、石墨坩埚、石英坩埚、底加热器、侧加热器，主炉体的底部设有支撑轴，支撑轴上托举托盘，在托盘上放置有石墨坩埚，在石墨坩埚内嵌套有石英坩埚，在石英坩埚与主炉体的侧壁之间安装有侧加热器，在石英坩埚与主炉体的底壁之间安装有底加热器。

一种提高拉速的方法，利用直拉单晶炉来实现，该方法采用直拉法生长单晶，拉晶过程中，保持提拉速度为1.8～2mm/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

根据单晶炉的大小规格不同，通过增加或减少高度调节环的数量来调节加料器的作业高度，有利于适用各种炉型，降低成本。采用高度调节环可替代调节杆与连接法兰螺纹配合调节高度，调节杆通长没有螺纹连接的设计，增减高度调节环直接从调节杆上插入或抽出，可解决调节杆的螺纹在高温容易损伤的问题。

附图说明

图1为所述伸缩式石英加料装置的主视图。

图2为所述伸缩式石英加料装置沿A-A方向的剖视图。

图3为所述水冷屏的轴测图。

图4为所述直拉单晶炉的结构示意图。

图中：加料装置10、加料器11、加料筒111、上筒1111、下筒1112、连接法兰112、高度调节机构12、固定法兰121、调节杆122、高度调节环123、圆形挡块124、加料吊杆13、锥形底盖14、副炉体20、提升机构30、主炉体40、导流筒50、水冷屏60、凹坑61、护套70、支撑轴80、托盘90、石墨坩埚100、石英坩埚110、底加热器120、侧加热器130。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参见图1至图4，本发明实施例提供了一种伸缩式石英加料装置10，包括加料器11、高度调节机构12，加料器11包括加料筒111、连接法兰112，连接法兰112固设于加料筒111的上端，高度调节机构12包括固定法兰121、调节杆122、高度调节环123、圆形挡块124，固定法兰121套装在加料器11的外壁上，调节杆122的下端与固定法兰121连接，在连接法兰112上设有调节孔，调节杆122的上端穿过调节孔，调节杆122的上端固设圆形挡块124，圆形挡块124的直径大于调节孔的直径，调节杆122为数个，数个调节杆122沿固定法兰121的周向均布，在每一个调节杆122上套装数个高度调节环123，高度调节环123的截面为“C”形，高度调节环123的内径等于调节杆122的直径，高度调节环123一侧开口的宽度等于调节杆122的直径。

在一个具体的实施例中，加料筒111包括上筒1111、下筒1112，上筒1111嵌套在下筒1112内，上筒1111的外径等于下筒1112的内径，上筒1111和下筒1112滑动连接，连接法兰112固设于上筒1111的上端，固定法兰121套装在下筒1112的外壁，固定法兰121与下筒1112固定连接。相对伸缩的上筒1111和下筒1112设计，可解决作业高度相同的情况下，小炉型空间不足的问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

根据单晶炉的大小规格不同，通过增加或减少高度调节环123的数量来调节加料器11的作业高度，有利于适用各种炉型，降低成本。采用高度调节环123可替代调节杆122与连接法兰112螺纹配合调节高度，调节杆122通长没有螺纹连接的设计，增减高度调节环123直接从调节杆122上插入或抽出，可解决调节杆122的螺纹在高温容易损伤的问题。

参见图1至图4，本发明实施例提供了一种直拉单晶炉，包括副炉体20、提升机构30以及伸缩式石英加料装置10，伸缩式石英加料装置10还包括加料吊杆13、锥形底盖14，提升机构30设于副炉体20的顶部，加料吊杆13的上端与提升机构30连接，加料吊杆13的下端穿过加料筒111，并与锥形底盖14连接，锥形底盖14盖合在加料筒111的底端，固定法兰121的外壁与副炉体20的内壁连接。

参见图1至图4，进一步，直拉单晶炉还包括主炉体40、导流筒50、水冷屏60，导流筒50、水冷屏60设于主炉体40内，导流筒50位于水冷屏60的下方，水冷屏60的内侧壁设置有凹坑61，以提高提拉速度。

在水冷屏60的内侧壁设置凹坑61，通过凹坑61能够增加水冷屏60的漫反射，增加了散热面积，且热气流在凹坑61处能形成涡旋，促进传热，三个方面共同作用降低了温度，有利于形成更大的温度梯度，进而满足提高拉速的要求。相对现有技术设置的凸起能够形成涡旋散热，凸起不利于漫反射散热。

参见图1至图4，进一步，凹坑61均匀分布在水冷屏60的内侧壁上，凹坑61为圆形，水冷屏60为上部开口小下部开口大的筒体。

参见图1至图4，进一步，凹坑61为椭圆形。

参见图1至图4，进一步，直拉单晶炉还包括圆环形护套70，圆环形护套70设于水冷屏60的下端，圆环形护套70由石墨做成。

由于水冷屏60为不锈钢材质，而主炉体40内的温度为1000℃以上，不锈钢的耐高温温度为1000℃，过高的温度容易造成不锈钢水冷屏60高温熔断或爆裂，因此，现有技术中，水冷屏60的下端始终需要与硅熔液保持一定的距离，而通过在水冷屏60下端安装圆环形石墨护套70，圆环形石墨护套70的耐高温温度达4000℃，优良的热导性能，圆环形石墨护套70能够延伸水冷屏60的长度，有效保证单晶炉内良好的温度梯度，延伸水冷热屏的热折射，且现有技术中水冷屏60的下端需要距离硅熔液液面60mm以上，否则水冷屏60容易因膨胀而炸裂，石墨护套70使得水冷屏60距硅溶液的液面更加接近，解决了水冷屏60容易爆裂而不能靠近硅熔液设置的问题。

参见图1至图4，进一步，水冷屏60为不锈钢材质。

参见图1至图4，进一步，水冷屏60表面涂覆有涂层。

参见图1至图4，进一步，直拉单晶炉包括支撑轴80、托盘90、石墨坩埚100、石英坩埚110、底加热器120、侧加热器130，主炉体40的底部设有支撑轴80，支撑轴80上托举托盘90，在托盘90上放置有石墨坩埚100，在石墨坩埚100内嵌套有石英坩埚110，在石英坩埚110与主炉体40的侧壁之间安装有侧加热器130，在石英坩埚110与主炉体40的底壁之间安装有底加热器120。

参见图1至图4，本发明实施例提供了一种提高拉速的方法，利用直拉单晶炉来实现，该方法采用直拉法生长单晶，拉晶过程中，保持提拉速度为1.8～2mm/min。

正是由于水冷屏60的凹坑61设计和圆环形石墨护套70设计共同作用下，使得提拉速度的提高成为可能，由0.9～1.5mm/min提升至1.8～2mm/min。

在一个具体的实施方式中，在石英坩埚110的内侧底部设有凹槽，凹槽为以石英坩埚110内侧底壁中心为圆心的圆环状，以增加直拉单晶的氧含量。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

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 (10)

1.一种伸缩式石英加料装置，其特征在于：包括加料器、高度调节机构，所述加料器包括加料筒、连接法兰，所述连接法兰固设于加料筒的上端，高度调节机构包括固定法兰、调节杆、高度调节环、圆形挡块，所述固定法兰套装在加料器的外壁上，所述调节杆的下端与固定法兰连接，在连接法兰上设有调节孔，所述调节杆的上端穿过调节孔，所述调节杆的上端固设圆形挡块，圆形挡块的直径大于调节孔的直径，所述调节杆为数个，数个调节杆沿固定法兰的周向均布，在每一个调节杆上套装数个高度调节环，高度调节环的截面为“C”形，高度调节环的内径等于调节杆的直径，高度调节环一侧开口的宽度等于调节杆的直径，加料筒包括上筒、下筒，上筒嵌套在下筒内，上筒的外径等于下筒的内径，上筒和下筒滑动连接，连接法兰固设于上筒的上端，固定法兰套装在下筒的外壁，固定法兰与下筒固定连接。

2.一种直拉单晶炉，其特征在于：包括副炉体、提升机构以及权利要求1所述的伸缩式石英加料装置，所述伸缩式石英加料装置还包括加料吊杆、锥形底盖，所述提升机构设于副炉体的顶部，所述加料吊杆的上端与提升机构连接，所述加料吊杆的下端穿过加料筒，并与锥形底盖连接，所述锥形底盖盖合在加料筒的底端，所述固定法兰的外壁与副炉体的内壁连接。

3.如权利要求2所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述直拉单晶炉还包括主炉体、导流筒、水冷屏，所述导流筒、水冷屏设于主炉体内，所述导流筒位于所述水冷屏的下方，所述水冷屏的内侧壁设置有凹坑，以提高提拉速度。

4.如权利要求3所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述凹坑均匀分布在所述水冷屏的内侧壁上，所述凹坑为圆形，所述水冷屏为上部开口小下部开口大的筒体。

5.如权利要求4所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述凹坑为椭圆形。

6.如权利要求3所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述直拉单晶炉还包括圆环形护套，所述圆环形护套设于水冷屏的下端，所述圆环形护套由石墨做成。

7.如权利要求3所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述水冷屏为不锈钢材质。

8.如权利要求3所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述水冷屏表面涂覆有涂层。

9.如权利要求3所述的直拉单晶炉，其特征在于：所述直拉单晶炉包括支撑轴、托盘、石墨坩埚、石英坩埚、底加热器、侧加热器，主炉体的底部设有支撑轴，支撑轴上托举托盘，在托盘上放置有石墨坩埚，在石墨坩埚内嵌套有石英坩埚，在石英坩埚与主炉体的侧壁之间安装有侧加热器，在石英坩埚与主炉体的底壁之间安装有底加热器。

10.一种提高拉速的方法，利用如权利要求6所述的直拉单晶炉来实现，其特征在于：该方法采用直拉法生长单晶，拉晶过程中，保持提拉速度为1.8～2mm/min。

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