CN115613127A - 一种提高坩埚中心部位熔液温度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高坩埚中心部位熔液温度的方法,涉及人工晶体制备领域,本发明通过在坩埚中心部位的上方设置中部加热源,通过中部加热源对坩埚的中心部位进行加热,使坩埚中心部位的温度升高,实现坩埚中心部位与坩埚中心部位外围温度的均匀性,避免在拉制过程中因坩埚中部温度低而导致熔液结晶的现象,同时本发明还可以实现通过降低加热器加热功率的方式增加熔液的粘稠度,进而提高拉制速度的目的,通过本发明的实施,不仅可以避免坩埚中心部位熔液结晶,同时还可以提高晶体的拉制速度,通过本发明的应用,可以更好的实现多根柱状晶体的同时拉制等,适合大范围的推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及人工晶体制备领域,具体涉及一种提高坩埚中心部位熔液温度的方法。
背景技术
已知的,在人工晶体制备领域,如何控制坩埚内熔液的温度梯度是其中的关键技术之一,以多/单晶硅制备为例,多/单晶硅在整个生产过程中,直径为8mm~12mm的柱状硅棒使用量非常大,在实际生产过程中,发现柱状硅棒制备过程中出现的余料,不小心折断的硅棒,多/单晶硅生产企业在切割、破碎等工艺阶段产生的碎料等处理非常繁琐,很多企业为了图省事,直接将上述碎料丢弃或者长期堆放在仓库中,还有一些企业将上述碎料进行回收,通过直拉炉拉制成硅棒,然后通过多线切割机将硅棒切成复数根尺寸为8mm*8mm或10mm*10mm的柱状硅棒,这样不仅增加了柱状硅棒的生产成本,在切割过程中还增加了杂质引入,在降低产品质量的同时,还造成了较大的资源浪费等,那么如何将碎硅料进行再利用就成了本领域技术人员的长期技术诉求。
发明人通过检索发现,采用直拉法拉制硅棒的技术已经非常成熟,并在人工晶体制备领域得到了广泛的应用,但是现有直拉法在拉制硅棒时,首先将硅料放置在坩埚内,然后启动加热器对坩埚内的硅料进行加热,此时,坩埚的温度分布如附图7所示(附图7为坩埚受热温度的有限元分析图,由附图7可以明显看出坩埚中心部位的温度明显低于坩埚周边的温度(需要说明的是,附图7中温度最高的为红色区域,温度最低的为蓝色区域),也就是说离加热器越近,温度越高),坩埚的外围因靠近加热器,坩埚的中心部位远离加热器,因此坩埚的温度分布由高到低为自坩埚的内侧壁至坩埚的中心部位逐渐降低,待坩埚内的硅料熔化后,设置在坩埚中心部位上方的上提拉机构带动一根籽晶下降,当籽晶的下端头与坩埚内的熔液接触并熔为一体,此时为了确保熔液能跟随籽晶上升,通过降低加热器的加热功率,增大熔液的粘稠度(因直拉法只在坩埚的中心部位进行引晶并拉制硅棒,由于坩埚中心部位的温度本身就低于坩埚周边的温度,正利于所拉制硅棒的结晶),然后上提拉机构带动籽晶缓慢上升,此时,熔液跟随籽晶同时上升,当粘附在籽晶上的熔液逐渐脱离坩埚内的熔液后,随着温度的降低,粘附在籽晶上的熔液逐渐结晶,进而形成所需的新的硅棒。
比如中国发明专利,专利号为201320678696.4,申请日为2013年10月30日,公告号为CN203639604U,专利名称为一种软轴提拉型单晶炉;中国发明专利,专利号为202011063763.2,申请日为2020年9月30日,公告号为CN112176400A,专利名称为一种直拉法单晶炉及其熔体温度梯度控制方法。上述两专利公开的技术方案均是采用直拉法拉制硅棒的技术方案,但上述两技术方案只能实现一根硅棒的同时拉制,无法实现多根硅棒的同时拉制。
此时,发明人经过分析发现,因坩埚中心区域范围较小,此方法只能同时拉制一根硅棒,无法实现多根硅棒的同时拉制,为了实现更多根数硅棒的同时拉制,只能将硅棒的拉制区域由现有的坩埚中心部位移到坩埚中心部位的外侧(避开坩埚的中心位置),越靠近坩埚的内壁,同时拉制硅棒的根数越多,通过反复试验发现,简单的将硅棒的拉制区域由现有的坩埚中心部位移到坩埚中心部位的外侧在硅棒拉制时主要存在如下弊端:
1、在拉制时,坩埚中心部位的熔液会随着加热功率的降低而结晶,具体为:实施时,首先将硅料放置在坩埚内,然后通过加热器对坩埚加热将坩埚内的硅料进行熔化,待坩埚内的硅料熔化后,上提拉机构带动籽晶下降,当籽晶的下端头与坩埚内的熔液接触并熔为一体后,上提拉机构带动籽晶缓慢上升,此时,为了保证熔液能跟随籽晶上升,只能通过降低加热功率的方式来增加熔液的粘稠度,而此时当坩埚中心部位外围拉制区域的温度降低至达到拉制要求的温度时,坩埚中心部位的温度本身就低于中心区域外围的温度,再降低加热器的加热功率,坩埚中心部位的熔液极易因温度达到结晶温度而发生结晶,严重时还会因坩埚中部的熔液结晶导致拉制中断等。
2、为了避免坩埚中心部位的熔液结晶,只能始终保持坩埚中心部位熔液的温度在结晶温度以上,此时处于坩埚中心部位外围的熔液温度更加高于结晶温度,为了保证硅棒的顺利拉制,只能通过降低提拉的速度来实现,最终导致硅棒拉制效率的降低。
3、无法实现坩埚中心部位与坩埚中心部位外围熔液的温度均匀等。
因此,如何提供一种在保证晶体拉制速度的同时,又能避免坩埚中心部位熔液结晶的方法就成了本领域技术人员的长期技术诉求。
发明内容
为了克服背景技术中的不足,本发明提供了一种提高坩埚中心部位熔液温度的方法,本发明通过在坩埚中心部位的上方设置中部加热源,有效的解决了因坩埚中心温度低导致中心部位熔液结晶的问题。
为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
一种提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述方法为在坩埚中心部位的上方设置中部加热源,通过中部加热源对坩埚中心部位进行加热,实现在晶体拉制过程中坩埚中心部位的熔液不因温度过低发生结晶,具体方法如下:
第一步、首先将原料放入晶体生长炉中的坩埚内;
第二步、开启电源,加热器单独对坩埚进行加热,或者加热器及中部加热源同时对坩埚进行加热,直至坩埚内的原料熔化并形成熔液;
第三步、上提拉机构带动一组籽晶下降,籽晶穿过晶体冷却机构上的冷却孔后与坩埚内的熔液接触,当籽晶的下端头熔化并与熔液融为一体后,缓慢提升上提拉机构,由上提拉机构带动籽晶缓慢上升,此时熔液跟随籽晶一起上升,当熔液跟随籽晶向上移动穿过晶体冷却机构上的晶体冷却孔后会随着温度的降低,逐渐开始结晶,在拉制过程中,中部加热源一直对坩埚中部的熔液进行加热,有效的避免了坩埚中部因温度低而发生结晶的现象;
第四步、通过上述步骤,熔液跟随籽晶上升形成一组新的柱状晶体,上提拉机构带动籽晶缓慢上升,便可形成所需长度的成品柱状晶体;
第五步、随着坩埚9内熔液液面的降低,通过坩埚9上升或中部加热源下降的方式保证中部加热源的下面与熔液液面的距离;
第六步、重复上述步骤便可实现多次晶体拉制过程。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述晶体生长炉包括中部加热源、炉体、上提拉机构、加热器和坩埚,所述加热器设置在密闭的炉体内,在加热器的中部设有坩埚,在坩埚内设有原料,在坩埚中心部位的上方设有中部加热源,所述中部加热源对坩埚的中心部位进行加热,在炉体的上部设有上提拉机构,所述上提拉机构上籽晶的下端头对应坩埚形成所述的用于加热坩埚中心部位原料温度的装置。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述坩埚上下升降或中部加热源上下升降保证中部加热源与坩埚内熔液液面的距离。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述坩埚的下端连接上下升降的下轴。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述坩埚的上方设有晶体冷却机构。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,在所述加热器的外侧壁与炉体内壁之间设有保温层。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述坩埚的下方设有下加热器,所述下加热器对坩埚的底部进行加热。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述中部加热源为激光加热器或单砸加热线圈或多砸加热线圈中的任意一种。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述中部加热源设置为激光加热器时,所述激光加热器发出的激光光束对应坩埚的中心部位,激光加热器连接电源。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述激光加热器设置在玻璃的外侧,所述玻璃设置在窥视孔上,所述窥视孔设置在炉体上,激光加热器发出的激光光束穿过玻璃玻璃对应坩埚的中心部位。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述玻璃与窥视孔之间设有阀门。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述玻璃为石英玻璃。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述中部加热源设置为单砸加热线圈时,所述单砸加热线圈设置在坩埚中心部位原料的上方,单砸加热线圈连接线圈固定机构。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述中部加热源设置为多砸加热线圈时,所述多砸加热线圈设置在坩埚中心部位原料的上方,多砸加热线圈连接线圈固定机构。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述线圈固定机构连接升降机构。
所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述线圈固定机构连接炉底的加热电极或炉筒上部的加热电极或炉盖上的加热电极。
由于采用如上所述的技术方案,本发明具有如下有益效果:
本发明通过在坩埚中心部位的上方设置中部加热源,通过中部加热源对坩埚的中心部位进行加热,使坩埚中心部位的温度升高,实现坩埚中心部位与坩埚中心部位外围温度的均匀性,避免在拉制过程中因坩埚中部温度低而导致熔液结晶的现象,同时本发明还可以实现通过降低加热器加热功率的方式增加熔液的粘稠度,进而提高拉制速度的目的,通过本发明的实施,不仅可以避免坩埚中心部位熔液结晶,同时还可以提高晶体的拉制速度,通过本发明的应用,可以更好的实现多根柱状晶体的同时拉制等,适合大范围的推广和应用。
附图说明
图1是本发明中中部加热源设置为激光加热器时的结构示意图;
图2是图1中坩埚的俯视结构示意图;
图3是本发明中中部加热源设置为单砸加热线圈时的结构示意图;
图4是本发明中中部加热源设置为多砸加热线圈时的结构示意图;
图5是本发明中设置晶体冷却机构的第一结构示意图;
图6是本发明中设置晶体冷却机构的第二结构示意图;
图7是现有坩埚未设置中部加热源时受热后的温度分布示意图;
图8是本发明中坩埚设置中部加热源时受热后的温度分布示意图a;
图9是本发明中坩埚设置中部加热源时受热后的温度分布示意图b;
图10是本发明中坩埚设置中部加热源时受热后的温度分布示意图c;
在图中:1、激光加热器;2、上提拉机构;3、炉盖;4、柱状晶体;5、炉筒;6、保温层;7、加热器;8、原料;9、坩埚;10、坩埚支座;11、电极;12、线圈固定机构;13、单砸加热线圈;14、多砸加热线圈;15、晶体冷却机构;16、激光光束;17、玻璃;18、阀门;19、窥视孔。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明,公开本发明的发明目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进,本发明并不局限于下面的实施例;
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“侧向”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;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。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合附图1~6所述的一种提高坩埚中心部位熔液温度的方法,所述方法为在坩埚9的中心部位设置中部加热源,通过中部加热源对坩埚9中心部位的熔液进行加热,确保在工作工程中,坩埚9中心部位的熔液不发生结晶,具体方法如下:
第一步、首先将原料8放入晶体生长炉中的坩埚9内;
第二步、开启电源,使加热器7及中部加热源对坩埚9进行加热,直至坩埚9内的原料8熔化并形成熔液;
第三步、上提拉机构2带动一组籽晶下降,籽晶穿过晶体冷却机构15上的冷却孔后与坩埚9内的熔液接触,当籽晶的下端头熔化并与熔液融为一体后,缓慢提升上提拉机构2,由上提拉机构2带动籽晶缓慢上升,此时熔液跟随籽晶一起上升,当熔液跟随籽晶向上移动穿过晶体冷却机构15上的晶体冷却孔后会随着温度的降低,逐渐开始结晶,此时,中部加热源一直对坩埚9中部的熔液进行加热,有效的避免了坩埚9中部因温度低而发生结晶的现象;
第四步、通过上述步骤,熔液跟随籽晶上升形成一组新的柱状晶体4,上提拉机构2带动籽晶缓慢上升,便可形成所需长度的成品柱状晶体4;
第五步、随着坩埚9内熔液液面的降低,通过坩埚9上升或中部加热源下降的方式保证中部加热源的下面与熔液液面的距离;
第六步、重复上述步骤便可实现多次晶体拉制过程。
具体实施时,晶体生长炉包括中部加热源、炉体、上提拉机构2、加热器7和坩埚9,所述加热器7设置在密闭的炉体内,加热器7的下端连接设置在炉底上的电极11,具体实施时,所述炉体包括炉盖3、炉筒5和炉底,在所述炉底的上面设有炉筒5,在炉筒5的上面设有炉盖3形成一个密闭的腔体,在所述加热器7的外侧壁与炉体内壁之间设有保温层6,通过保温层6的设置将加热器7、坩埚9处于一个相对稳定的温度场内(即形成一个温度相对稳定的热场);
进一步,在加热器7的中部设有位置固定不变或上下升降的坩埚9,在坩埚9内设有原料8,在坩埚9中心部位的上方设有位置固定不变或上下升降的中部加热源,所述中部加热源对坩埚9的中心部位进行加热,具体实施时,所述中部加热源为激光加热器1或单砸加热线圈13或多砸加热线圈14中的任意一种,中部加热源同样还可以选用等离子加热器(等离子加热在加热晶体硅领域已得到应用)或电弧加热器,也就是说,中部加热源只要能对原料8进行加热的器械均可使用;
进一步,在炉体的上部设有上提拉机构2,所述上提拉机构2上籽晶的下端头对应坩埚9形成所述的提高坩埚中心部位熔液温度的装置。实施时,上提拉机构2为本领域常用的结构,也不是本发明保护的重点,因此,不对其具体结构做累述。
实施时,可以在所述坩埚9的下方设有下加热器,所述下加热器对坩埚9的底部进行加热。
进一步,通过坩埚9上下升降或中部加热源上下升降保证中部加热源与坩埚9内熔液液面的距离趋于不变,实施时,无论是坩埚9上下升降,还是中部加热源上下升降均可,均可保证中部加热源的下表面与坩埚9内熔液液面的距离趋于不变。
进一步, 为了实现中部加热源的下表面与坩埚9内熔液液面的距离趋于不变,优选结构为坩埚9上下升降,中部加热源位置不动的方案,坩埚9上下升降是本领域常规且较为常用的技术方案,实施时,可以将坩埚9的下端连接上下升降的下轴,或者将所述坩埚9设置在坩埚支座10上,所述坩埚支座10的下端连接上下升降的下轴;通过下轴9的升降实现坩埚9的上下升降,该技术方案不仅结构简单,同时也可以始终保证晶体的结晶线不变(即熔液的液面始终处于加热器的固定位置)。
若选择中部加热源上下升降,坩埚9固定不动的技术方案,中部加热源实现上下升降功能时中部加热源连接升降机构,通过升降机构带动中部加热源实现上下升降,需要说明的是,升降机构是本领域的常规技术,具体结构可参见本发明人于2022年3月21日申请的专利号为202220616149.2,专利名称为一种用于人工晶体炉的冷却屏升降装置,该装置同样可以实现中部加热源的上下升降,在此不做累述,在具体实施时,还可以将加热器8设置为上下升降的结构,当坩埚9内的熔液液面下降时,在中部加热源下降的同时,加热器8也随之下降,这样同样也可以保证晶体的结晶线不变,同样加热器8升降也是本领域的常规结构设置,在此不做累述。
进一步,在实施时,在坩埚9的上方设有位置固定或上下升降的晶体冷却机构15,所述晶体冷却机构15外接冷却源,具体应用时,当选用坩埚9上下升降,中部加热源位置不动的方案时,晶体冷却机构15可以设置为固定形式,具体如图5所示,此时晶体冷却机构15设置在坩埚9的上方,在晶体冷却机构15与坩埚9之间设置中部加热源,当中部加热源选择为激光加热器1时,激光加热器1的激光光束穿过晶体冷却机构15中部的内孔照射到坩埚9的中心部位,进而实现对坩埚9中心的原料8或熔液进行加热。当选用坩埚9固定不动,中部加热源上下升降的方案时,晶体冷却机构15也随之升降,晶体冷却机构15的升降方案是本领域的常规技术,具体结构可参见本发明人于2022年3月21日申请的专利号为202220616149.2,专利名称为一种用于人工晶体炉的冷却屏升降装置,再次不做累述,涉及到晶体冷却机构15的具体结构,可参见本发明人于2022年3月21日申请的,专利号为202210278020.X,专利名称为一种用于人工晶体炉的晶体冷却装置。
同时本发明中晶体冷却机构15的具体结构还可以是于2021年7月8日申请的,专利号为202121548804.7,专利名称为一种用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置,或者于2021年7月8日申请的,专利号为202121548805.1,专利名称为一种用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却屏,或者与2021年7月8日申请的,专利号为202121549279.0,专利名称为一种使用碎硅料同时拉制多根硅芯的装置。
在具体实施时,当所述中部加热源设置为激光加热器1时,所述激光加热器1发出的激光光束16对应坩埚9的中心部位,激光加热器1连接电源。具体实施时,所述激光加热器1设置在炉体的上部,具体如图1所示,当激光加热器1设置在炉体的外部时,所述激光加热器1设置在玻璃17的外侧,所述玻璃17优选为石英玻璃,所述玻璃17设置在窥视孔19上,所述窥视孔19设置在炉体上,激光加热器1发出的激光光束16穿过玻璃玻璃17对应坩埚9的中心部位,进一步,还可以在所述玻璃17与窥视孔19之间设有阀门18,具体应用时,坩埚9内的原料8在加热融化是会产生挥发物,当挥发物穿过窥视孔19粘附到玻璃17的内侧面上时,此时激光加热器1发出的激光光束16会被粘附在玻璃17内侧面上的挥发物遮挡,进而降低激光加热器1对坩埚9中心部位的加热温度,此时为了便于清理玻璃17上的挥发物,操作者可以通过关闭位于玻璃17与窥视孔19之间的阀门18,取下玻璃17对玻璃17进行清理后,重新装上玻璃17,然后重新开启激光加热器1,使激光加热器1的激光光束16对坩埚9的中心部位进行继续加热。具体应用时,当坩埚9内熔液液面下降时,若坩埚9位置不动时,激光加热器1旋转,始终保证激光加热器1发出的激光光束16照射到坩埚9中心部位的液面上。
实施时,如若激光加热器1的光束如出现反射现象,可以在所反射光线路径处设置反光板,通过反光板将反射的光束再次反射到坩埚中心的熔液液面上或者反光板将反射的光束能量吸收,不再将反射的光束反射到坩埚中心部位的液面上,若反光板将光束反射到坩埚中心的液面上,既可以防止光束加热的热量流失,又可以避免光束对炉体内的其它构件进行加热等;本发明中涉及到激光加热器1为标准件,可以从市场上直接采购获得。
当激光加热器1设置在炉体上炉盖3的顶部时,这样激光加热器1的激光光束16就可以由上至下照射到位于坩埚9中心部位的原料8上,或者将激光加热器1设置在炉体上的炉筒5上,然后在激光加热器1上方的炉体内设置反光板,激光加热器1的激光光束16先照向反光板,由反光板将激光光束16反射到位于坩埚9中心部位的原料8上,具体实施时,可以根据炉体的结构进行选择具体结构,激光加热器1可以设置在炉体内,也可以设置在炉体外,具体设置形式也可根据炉体的结构具体选择,激光加热器1发出的激光光束16对应坩埚9中心部位的原料8,激光加热器1连接电源。具体如图1、2、5所示,激光加热器1设置在炉盖3上,激光加热器1发出的激光光束16经两根柱状晶体4之间的间隙照射在原料8上,当在坩埚9上方设置晶体冷却机构15时,激光加热器1发出的激光光束16穿过位于晶体冷却机构15中部的内孔后经两根柱状晶体4之间的间隙照射在原料8上,实施时,所述激光加热器1的型号可以选用单波长直接半导体激光器,生产厂家优选为深圳市创鑫激光股份有限公司生产的MD-2000W/3000W的单波长直接半导体激光器。
当所述中部加热源设置为单砸加热线圈13时,所述单砸加热线圈13设置在坩埚9中心部位原料8的上方,即单砸加热线圈13设置在坩埚9与晶体冷却机构15之间,实施时,单砸加热线圈13的外缘面应处于晶体冷却机构15上设置的晶体冷却孔的内圈范围内,不能影响晶体的拉制;单砸加热线圈13连接线圈固定机构12,线圈固定机构12为单砸加热线圈13通电或通水通电,所述线圈固定机构12连接炉底的加热电极或炉筒5上部的加热电极或炉盖3上的加热电极。具体实施时,线圈固定机构12的结构和设置位置不是本发明保护的重点,其主要功能就是固定单砸加热线圈13,并为单砸加热线圈13供电或供水供电,线圈固定机构12的结构形式是本领域的常规技术,因此在此不做过多累述。具体使用时,单砸加热线圈13对坩埚9中心部位的原料8或原料8熔化后的熔液进行感应加热,进而确保坩埚9中心部位的熔液不发生结晶。
所述中部加热源设置为多砸加热线圈14时,所述多砸加热线圈14设置在坩埚9中心部位原料8的上方,即多砸加热线圈14设置在坩埚9与晶体冷却机构15之间,实施时,多砸加热线圈14的外缘面应处于晶体冷却机构15上设置的晶体冷却孔的内圈范围内,不能影响晶体的拉制;多砸加热线圈14连接线圈固定机构12,线圈固定机构12为多砸加热线圈14通电或通水通电。所述线圈固定机构12连接炉底的加热电极或炉筒5上部的加热电极或炉盖3上的加热电极。具体实施时,线圈固定机构12的结构和设置位置不是本发明保护的重点,其主要功能就是固定多砸加热线圈14,并为多砸加热线圈14供电或供水供电,线圈固定机构12的结构形式是本领域的常规技术,因此在此不做过多累述。具体使用时,多砸加热线圈14对坩埚9中心部位的原料8或原料8熔化后的熔液进行感应加热,进而确保坩埚9中心部位的熔液不发生结晶。
实施时,所述线圈固定机构12连接升降机构或者所述线圈固定机构12连接炉底的加热电极或炉筒5上部的加热电极或炉盖3上的加热电极。
如图8、9、10所示,图8为中部加热源加热功率设置为1000w时,坩埚9受热温度的分布图,图9为中部加热源加热功率设置为1200w时,坩埚9受热温度的分布图,图10为中部加热源加热功率设置为1500w时,坩埚9受热温度的分布图,本发明中中部加热源对坩埚9中心部位的原料8熔液进行加热时,坩埚9中心部位的温度明显得到改善,使坩埚9中心部位与坩埚壁周边的温度趋于一致,甚至实现坩埚9中心部位的温度高于坩埚壁周边的温度,此时通过降低加热器的加热功率,使晶体拉制区域的熔液温度降低并达到结晶所需的粘稠度,以满足柱状晶体4的拉制需求。
通过试验发现,在保证坩埚9中心部位熔液不结晶的前提下,以拉制直径为15mm的硅棒为例,拉制速度可以有现有的5mm/min提升至7.1mm/min。
本发明在实际应用时,不仅可以用于硅料的拉制,同时还可以实现其它晶体材料的拉制。
以上内容中未细述部份为现有技术,故未做细述。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例,当前认为是适宜的,但是,应了解的是,本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (16)
1.一种提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述方法为在坩埚(9)中心部位的上方设置中部加热源,通过中部加热源对坩埚(9)中心部位进行加热,实现在晶体拉制过程中坩埚(9)中心部位的熔液不因温度过低发生结晶,具体方法如下:
第一步、首先将原料(8)放入晶体生长炉中的坩埚(9)内;
第二步、开启电源,加热器(7)单独对坩埚(9)进行加热,或者加热器(7)及中部加热源同时对坩埚(9)进行加热,直至坩埚(9)内的原料(8)熔化并形成熔液;
第三步、上提拉机构(2)带动一组籽晶下降,籽晶与坩埚(9)内的熔液接触,当籽晶的下端头熔化并与熔液融为一体后,缓慢提升上提拉机构(2),由上提拉机构(2)带动籽晶缓慢上升,此时熔液跟随籽晶一起上升,熔液跟随籽晶向上移动并逐渐开始结晶,在拉制过程中,中部加热源一直对坩埚(9)中部的熔液进行加热,有效的避免了坩埚(9)中部因温度低而发生结晶的现象;
第四步、通过上述步骤,熔液跟随籽晶上升形成一组新的柱状晶体(4),上提拉机构(2)带动籽晶缓慢上升,便可形成所需长度的成品柱状晶体(4);
第五步、随着坩埚(9)内熔液液面的降低,通过坩埚(9)上升或中部加热源下降的方式保证中部加热源的下面与熔液液面的距离;
第六步、重复上述步骤便可实现多次晶体拉制过程。
2.根据权利要求1所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述晶体生长炉包括中部加热源、炉体、上提拉机构(2)、加热器(7)和坩埚(9),所述加热器(7)设置在密闭的炉体内,在加热器(7)的中部设有坩埚(9),在坩埚(9)内设有原料(8),在坩埚(9)中心部位的上方设有中部加热源,所述中部加热源对坩埚(9)的中心部位进行加热,在炉体的上部设有上提拉机构(2),所述上提拉机构(2)上籽晶的下端头对应坩埚(9)形成所述的用于加热坩埚中心部位原料温度的装置。
3.根据权利要求2所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述坩埚(9)上下升降或中部加热源上下升降保证中部加热源与坩埚(9)内熔液液面的距离。
4.根据权利要求2所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述坩埚(9)的下端连接上下升降的下轴。
5.根据权利要求2所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述坩埚(9)的上方设有晶体冷却机构(15)。
6.根据权利要求2所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:在所述加热器(7)的外侧壁与炉体内壁之间设有保温层(6)。
7.根据权利要求2所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述坩埚(9)的下方设有下加热器,所述下加热器对坩埚(9)的底部进行加热。
8.根据权利要求2所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述中部加热源为激光加热器(1)或单砸加热线圈(13)或多砸加热线圈(14)中的任意一种。
9.根据权利要求8所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述中部加热源设置为激光加热器(1)时,所述激光加热器(1)发出的激光光束(16)对应坩埚(9)的中心部位,激光加热器(1)连接电源。
10.根据权利要求9所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述激光加热器(1)设置在玻璃(17)的外侧,所述玻璃(17)设置在窥视孔(19)上,所述窥视孔(19)设置在炉体上,激光加热器(1)发出的激光光束(16)穿过玻璃玻璃(17)对应坩埚(9)的中心部位。
11.根据权利要求10所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述玻璃(17)与窥视孔(19)之间设有阀门(18)。
12.根据权利要求10或11任一权利要求所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述玻璃(17)为石英玻璃。
13.根据权利要求8所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述中部加热源设置为单砸加热线圈(13)时,所述单砸加热线圈(13)设置在坩埚(9)中心部位原料(8)的上方,单砸加热线圈(13)连接线圈固定机构(12)。
14.根据权利要求8所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述中部加热源设置为多砸加热线圈(14)时,所述多砸加热线圈(14)设置在坩埚(9)中心部位原料(8)的上方,多砸加热线圈(14)连接线圈固定机构(12)。
15.根据权利要求13或14任一权利要求所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述线圈固定机构(12)连接升降机构。
16.根据权利要求13或14任一权利要求所述的提高坩埚中心部位熔液温度的方法,其特征是:所述线圈固定机构(12)连接炉底的加热电极或炉筒(5)上部的加热电极或炉盖(3)上的加热电极。
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