CN115726036A - 一种加热器及单晶炉热场 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种加热器及单晶炉热场，涉及单晶制造技术领域。以提供一种在不缩短加热器加热区的情况下，减少加热器的发热区，从而降低单晶硅的氧含量的技术方案。本发明提供的加热器，应用于单晶炉热场中，加热器设置在单晶炉热场中坩埚的外周，用于至少对坩埚中的熔硅液面进行加热。加热器包括：多个加热区以及多个开缝区，每个开缝区均连接于相邻两个加热区之间；多个开缝区的开口具有相同的开口方向，且开缝区的宽度大于或等于加热区的宽度。

Description

一种加热器及单晶炉热场

技术领域

本发明涉及单晶制造技术领域，尤其涉及一种加热器及单晶炉热场。

背景技术

在直拉单晶的过程中，氧含量的来源主要是石英坩埚与盛放在石英坩埚中的熔硅发生反应生成SiO，其中大部分的氧以SiO气体形式蒸发，随单晶炉内的气体循环系统排出，剩余一部分未及时排出氧，会再次进入熔硅中，聚集在坩埚的固液结晶面随着晶体生长进入单晶硅中。

当氧随着晶体生长进入单晶硅中时，拉制的单晶硅会存在各种缺陷，因此，降低单晶硅氧含量是目前亟待解决的难题。

目前，采用将加热器的加热区缩短，以减少加热器与熔硅的反应面积，从而减少氧含量的产生。但是这样会导致加热区集中，从而使加热器寿命降低，增加加热器的使用成本。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种加热器及单晶炉热场，以提供一种在不缩短加热器加热区的情况下，减少加热器的加热区，从而降低单晶硅的氧含量的技术方案。

第一方面，本发明提供一种加热器，应用于单晶炉热场中，加热器设置在单晶炉热场中坩埚的外周，用于至少对坩埚中的熔硅液面进行加热。

加热器包括：多个加热区以及多个开缝区，每个开缝区均连接于相邻两个加热区之间；多个开缝区的开口具有相同的开口方向，且开缝区的宽度大于或等于加热区的宽度。

在采用上述方案的情况下，本发明提供的加热器包括多个加热区以及多个开缝区，且每个开缝区连接于相邻两个加热区之间，也就是说，加热区与开缝区交替排列，整个加热器的加热区发热量更集中，减少加热器对坩埚的辐射面积，减弱熔硅中的热对流，减少了氧含量的产生，进而减小了单晶硅的缺陷。且本发明通过加热区与开缝区的间隔排列来减小加热器的有效加热区，相比现有技术中缩短加热器的加热区，不会导致加热区过于集中，故不会降低加热器寿命，增加加热器成本。

再者，本发明中多个开缝区具有相同的开口方向，且开缝区的宽度大于加热区的宽度。基于此，由于加热区和开缝区交替排列以及多个开缝区具有相同的开口方向，且开缝区的宽度大于加热区的宽度，故两个相同的加热器中一个加热器的加热区可以嵌套进另一个加热器的开缝区中，进而在制作加热器时，一个完整胚体可以加工成两个相同的加热器，从而提升加热器产出比，同时降低加热器的使用成本。

在一种可能的实现方式中，多个加热区具有相同的尺寸参数，多个开缝区具有相同的尺寸参数。

在采用上述技术方案的情况下，由于多个加热区具有相同的尺寸参数，多个开缝区具有相同的尺寸参数，基于此，在制作加热器时，可以简化坯体的复杂度。

在一种可能的实现方式中，加热区包括至少一个加热件，开缝区的开口深度与加热区中至少一个加热件的高度相匹配；其中，所述加热件的高度为沿与所述多个加热区及所述多个开缝区的排列方向垂直的方向上，所述加热件的尺寸。

在采用上述技术方案的情况下，在开缝区的开口深度与加热区中至少一个加热件的高度相匹配的情况下，在制作加热器时，加热区可以契合的嵌套进开缝区中，从而节省制作空间和胚体材料。

进一步的，当加热区包括多个加热件时，多个加热件平行设置，且多个加热件通过第一连接件首尾相连接。沿至少一个加热件的排列方向，加热件的至少一端设置有倒角。

在采用上述技术方案的情况下，当加热件的至少一端设置有倒角时，可以减小加热件的面积，从而增加加热件的电阻，进而当加热件通电后，可以增大加热件单位面积上的加热效率。

在一种可能的实现方式中，开缝区包括第二连接件，第二连接件位于开缝区背离所述开缝区的开口一侧，用于连接相邻两个加热区。

在采用上述技术方案的情况下，第二连接件用于连接相邻两个加热区，从而使多个加热区和多个开缝区形成一个稳固的整体结构。

在一种可能的实现方式中，多个所述加热区和多个所述开缝区交替连接后，围合形成与所述单晶炉热场中坩埚相匹配的形状。

在采用上述技术方案的情况下，多个所述加热区和多个所述开缝区交替连接后，围合形成与单晶炉热场中坩埚相匹配的形状，以适应单晶炉热场中坩埚的形状，从而对坩埚中的硅料进行加热。

在一种可能的实现方式中，加热器还包括至少两个支撑件和至少两个支撑件连接结构；每个所述支撑件通过可拆卸连接件与相应所述支撑件连接结构相连接。每个所述支撑件连接结构设置于所述加热器的目标加热区和与所述目标加热区相邻的开缝区之间，其中，所述目标加热区为所述多个加热区中的一个。

当所述加热器包括两个支撑件连接结构时，所述两个支撑件连接结构位于所述加热器的对称位置处。

或，当所述加热器包括的支撑件连接结构数量大于两个时，多个所述支撑件连接结构，沿所述加热器的周向，均匀的设置在所述加热器的相应位置处。

在采用上述技术方案的情况下，由于支撑件通过可拆卸连接件与支撑件连接结构相连接，用以实现对加热器的支撑。且对于不同高度的热场，可通过对支撑件的拆卸和更换来实现，而其他热场部件不受影响，从而进一步节省成本。

再者，上述支撑件连接结构的设置方式，可以使加热器更加稳固的设置在单晶炉热场中。

在一种可能的实现方式中，每个所述支撑件连接加热区结构均包括相连接的连接区以及连接开口区；所述连接开口区的宽度大于或等于所述连接区的宽度。

进一步的，至少两个支撑件连接结构的连接开口区具有相同的开口方向。

连接开口区与连接区沿多个加热区及多个开缝区的排列方向排布；连接开口区的开口深度大于或等于连接区的高度。

或，连接开口区与连接区在加热器表面上沿垂直于多个加热区及多个开缝区的排列方向排布，连接开口区的最小开口深度大于或等于连接区的高度。

在采用上述技术方案的情况下，由于至少两个支撑件连接结构的连接开口区具有相同的开口方向，且连接开口区的宽度大于或等于连接区的宽度，连接开口区的开口深度大于或等于连接区的高度，故本发明中支撑件连接结构可以适应本发明加热器的结构，以使两个相同的加热器中一个加热器的加热区可以嵌套进另一个加热器的开缝区中，进而在制作加热器时，一个完整胚体可以加工成两个相同的加热器，从而提升加热器产出比，同时降低加热器的使用成本。

第二方面，本发明还公开了一种单晶炉热场，包括上述加热器。

本发明中第二方面及其各种实现方式的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式的有益效果相同，此处不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种加热器的结构图；

图2示出了本发明实施例提供的一种一胚体出两个加热器的结构图；

图3示出了本发明实施例提供的另一种加热器的结构图；

图4示出了本发明实施例提供的另一种一胚体出两个加热器的结构图；

图5示出了本发明实施例提供的一种加热器支撑件连接结构的结构示意图；

图6示出了本发明实施例提供的一种加热器支撑件连接结构的结构示意图。

其中，1-第一加热器，2-第二加热器，3-第三加热器，4-第四加热器，10-加热区，11-加热件，12-加热件，13-倒角，20-开缝区，30-支撑件连接结构，101-加热件，102-加热件，103-第一连接件，104-窄开口，105-加热件，106加热件，107-加热件，108-加热件，109-第一连接件，1010-第一连接件，1011-第一连接件，201-开缝区的开口，202-第二连接件，301-连接区，302-连接开口区。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在直拉单晶的过程中，氧含量的来源主要是石英坩埚与盛放在石英坩埚中的熔硅发生反应生成SiO，其中大部分的氧以SiO气体形式蒸发，随单晶炉内的气体循环系统排出，剩余一部分未及时排出氧，会再次进入熔硅中，聚集在坩埚的固液结晶面随着晶体生长进入单晶硅中。

当氧随着晶体生长进入单晶硅中时，拉制的单晶硅会存在各种缺陷，因此，降低单晶硅氧含量是目前亟待解决的难题。

目前，采用将加热器的加热区缩短，以减少加热器与熔硅的反应面积，从而减少氧含量的产生。但是这样会导致加热区集中，从而使加热器寿命降低，增加加热器的使用成本。

基于此，本发明实施例公开了一种加热器，以提供一种在不缩短加热器加热区的情况下，减少加热器的加热区，从而降低单晶硅的氧含量的技术方案，从而解决上述技术问题。

本发明实施例提供的加热器设置在单晶炉热场中坩埚的外周，用于至少对坩埚中的熔硅液面进行加热，以保证连续拉制单晶硅。

参照图1和图3，上述加热器包括：多个加热区10以及多个开缝区20，每个开缝区20均连接于相邻两个加热区10之间。也就是说，加热区10与开缝区20交替连接，基于此，使整个加热器的加热区10的发热量更集中，减少加热器对坩埚的辐射面积，减弱熔硅中的热对流，减少了氧含量的产生，进而减小了单晶硅的缺陷。在实际中，由于本发明实施例中加热器的结构，氧含量下降了1.2ppma。

且本发明实施例通过加热区10与开缝区20的间隔排列来减小加热器的有效加热区，相比现有技术中缩短加热器的加热区，不会导致加热区过于集中，故不会降低加热器寿命，增加加热器成本。

再者，参照图1和图3，多个开缝区20具有相同的开口方向，且开缝区20的宽度大于或等于加热区10的宽度。基于此，参照图2，两个相同的加热器中第一加热器1的加热区可以嵌套进第二加热器2的开缝区中。或，参照图4，两个相同的加热器中第三加热器3的加热区可以嵌套进第四加热器4的开缝区中。故在制作加热器时，一个完整胚体可以加工成两个相同的加热器，从而提升加热器产出比，同时降低加热器的使用成本。在实际应用中，在制作本发明实施例提供的加热器时，由于一个完整胚体可以加工成两个相同的加热器。故可以降低50％的成本。

可以理解，为了减小加热器的制作难度，以及简化制作加热器的胚体难度，参照图1或图3，本发明实施例中的加热器的多个加热区10具有相同的尺寸参数，多个开缝区20也具有相同的尺寸参数。

参照图1或图3，上述多个加热区10的尺寸参数可以包括多个加热区10的高度和宽度。上述多个开缝区20的尺寸参数可以包括多个开缝区20的开口深度和开口宽度。其中，沿多个加热区10和多个开缝区20的排列方向，加热区10的尺寸为加热区10的宽度，开缝区20的尺寸为开缝区20的开口宽度，垂直于加热区10宽度方向的尺寸为加热区10的高度，垂直于开缝区20开口宽度方向的尺寸为开缝区20的开口深度。

在本发明实施例中，上述加热区包括至少一个加热件，开缝区的开口深度与加热区中至少一个加热件的高度相匹配。其中，加热件的高度为：沿与多个加热区及多个开缝区的排列方向垂直的方向上，加热件的尺寸。基于此，在制作加热器时，加热区可以契合的嵌套进开缝区中，从而节省制作空间和胚体材料。

参照图1，方向A为多个加热区10及多个开缝区20的排列方向。方向B为加热件(101、102)或加热区10或开缝区20的高度方向，方向B与方向A相垂直。方向C为为开缝区20或加热区10的宽度方向，方向C与方向B相垂直。

当加热区包括多个加热件时，多个加热件平行设置，且多个加热件通过第一连接件首尾相连接。

示例性的，参照图1，一个加热区10包括两个相互平行设置的加热件101和102，在两个加热件101和102的同一端，两个加热件101和102通过一个第一连接件103相连接，两个加热件的另一端形成一个窄开口104。此时，开缝区20的开口宽度大于两个加热件101和102的宽度与上述窄开口104的宽度之和。其中，开缝区20的开口宽度为沿多个加热区10及多个开缝区20的排列方向，开缝区20的开口尺寸。加热区10的宽度为沿多个加热区10及多个开缝区20的排列方向，所述加热区10的尺寸。

加热件(101、102)的宽度为沿多个加热区10及多个开缝区20的排列方向，加热件的尺寸。窄开口104的宽度，为沿多个加热区10及多个开缝区20的排列方向，窄开口104的尺寸。

示例性的，图3为本发明实施例提供的另一种加热器示意图，采用加热区1和开缝区按顺序交替加工而成，不同于图开缝区中嵌套2个加热件，此加热器宽开缝区嵌套4个加热件；可以理解，只要满足嵌套加工，或者其他变形嵌套，凡依本发明实施例范围，对加热件的数量所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。具体的，图3中一个加热区10包括四个加热件105、106、107和108，该四个加热件105、106、107和108平行设置，且通过三个第一连接件109、1010和1011首尾相连。由于每两个加热件之间形成一个窄开口，故四个加热件之间形成三个窄开口。此时，开缝区的开口宽度大于四个加热件的宽度与上述三个窄开口的宽度之和，以实现开缝区可以嵌套进加热区。

其中，上述加热器所包括的加热区中的加热件以及第一连接件均由碳碳复合材料或石墨制成。

在实际中，参照图1，开缝区20由两个相邻加热区中靠近开缝区的两个加热件11和12形成。开缝区20还包括第二连接件202，该第二连接件202位于开缝区20背离所述开缝区的开口201一侧，用于连接相邻两个加热区，从而使多个加热区和多个开缝区形成一个稳固的整体结构。

在一种可能的实现方式中，参照图1，沿加热区10中多个加热件的排列方向，每个加热件的两端均设置有倒角13。

在每个加热件的至少一端设置有倒角的情况下，可以减小加热件的面积，从而增加加热件的电阻，进而当加热件通电后，可以增大加热件单位面积上的加热效率。

更进一步的，可以在每个加热件的两端均设置有倒角，从而进一步地减小加热件的面积，更大程度的增加加热件的单位加热效率。

可以理解，为了适应单晶炉热场中坩埚的形状，本发明实施例提供的加热器需要具有与坩埚匹配的形状，也就是说，本发明实施例中多个加热区和多个开缝区交替连接后，围合形成与单晶炉热场中坩埚相匹配的形状。

参照图1或图3，为了能够适应单晶炉热场，本发明实施例提供的加热器还包括至少两个支撑件(图中未示出)，以及至少两个支撑件连接结构30。每个支撑件通过可拆卸连接件与相应所述支撑件连接结构30相连接。

可以理解，上述支撑件用于支撑加热器，以使加热器能够稳固的放置在单晶炉热场中。每个支撑件通过可拆卸连接件与相应所述支撑件连接结构相连接，基于此，对于不同高度的热场，可通过对支撑件的拆卸和更换来实现，而其他热场部件不受影响，从而进一步节省成本。

其中，上述每个支撑件连接结构设置于加热器的目标加热区和与目标加热区相邻的开缝区之间，其中，目标加热区为所述多个加热区中的任意一个。对于支撑件连接结构在加热器中的具体位置，本发明实施例不作具体的限定。

具体的，当所述加热器包括两个支撑件连接结构时，所述两个支撑件连接结构位于所述加热器的对称位置处，以实现对加热器的稳固支撑。可以理解，当加热器包括多个支撑件连接结构时，该多个支撑件连接结构，沿所述加热器的周向，均匀的设置在所述加热器的相应位置处。

进一步的，参照图5和图6，每个支撑件连接结构30均包括相连接的连接区301以及连接开口区302。

参照图5或图6，连接开口区302的宽度d大于或等于连接区301的宽度b。

其中，连接开口区的宽度为：与多个加热区及所述多个开缝区的排列方向相同的方向上，连接开口区的尺寸。具体的，参照图1，连接开口区302的宽度方向与多个加热区及所述多个开缝区的排列方向相同，连接开口区302的宽度方向为E，连接开口区的宽度为连接开口区沿方向E上的尺寸。

所述连接区的宽度为：与多个加热区及多个开缝区的排列方向相同的方向上，连接区的尺寸。具体的，参照图1，连接区301的宽度方向与多个加热区及所述多个开缝区的排列方向相同，连接区301的宽度方向为E，连接区的宽度为连接区沿方向E上的尺寸。

每个加热器所包括的至少两个支撑件连接结构30的连接开口区302具有相同的开口方向。

在一种可能的实现方式中，参照图5，连接开口区302与连接区301沿多个加热区及所述多个开缝区的排列方向排布；连接开口区302的开口深度c₁大于或等于连接区301的高度a。

在另一种可能的实现方式中，参照图6，连接开口区302与连接区301在加热器表面上沿垂直于多个加热区及多个开缝区的排列方向排布。可以看出，图6中连接开口区的最小深度为c₂。且连接开口区302的最小开口深度c₂大于或等于连接区301的高度a。

其中，参照图1，连接开口区302的开口深度为：与连接开口区302的宽度方向E相垂直的方向D上所述连接开口区的尺寸。

连接区301的高度为：与连接区301的宽度方向E相垂直的方向D上连接区的尺寸。

基于以上描述，由于至少两个支撑件连接结构的连接开口区具有相同的开口方向，且连接开口区的宽度大于或等于连接区的宽度，连接开口区的开口深度大于或等于与连接区的高度，故本发明实施例中支撑件连接结构可以适应本发明加热器的结构，以使两个相同的加热器中一个加热器的加热区可以嵌套进另一个加热器的开缝区中，进而在制作加热器时，一个完整胚体可以加工成两个相同的加热器，从而提升加热器产出比，同时降低加热器的使用成本。

在一种具体的示例中，上述支撑件连接结构的加工方法可以为：由于加热器的加热区环状对称，对任意预留加热区不做开缝，且对称位置也不开缝；在加热器高度的二分之一处设置支撑件连接结构，支撑件连接结构与支撑件通过碳碳螺栓连接而成，支撑件的高度可以根据不同热场尺寸用其他胚体加工，且其他热场部件不受影响，因此，可以进一步节省成本。

在实际的应用中，为了满足电阻要求和加热器寿命，加热区的宽度优选35mm-50mm，加热器总高度优选240mm-280mm。

本发明实施例还提供了一种单晶炉热场，包括上述加热器。

本发明实施例还提供的单晶炉热场的有益效果与上述加热器的有益效果相同，此处不再赘述。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种加热器，其特征在于，应用于单晶炉热场中，所述加热器设置在所述单晶炉热场中坩埚的外周，用于至少对所述坩埚中的熔硅液面进行加热；

所述加热器包括：多个加热区以及多个开缝区，每个所述开缝区均连接于相邻两个所述加热区之间；所述多个开缝区的开口具有相同的开口方向，且所述开缝区的宽度大于或等于所述加热区的宽度。

2.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述多个加热区具有相同的尺寸参数，所述多个开缝区具有相同的尺寸参数。

3.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，每个所述加热区包括至少一个加热件，所述开缝区的开口深度，与所述加热区中所述至少一个加热件的高度相匹配；其中，所述加热件的高度为：沿与所述多个加热区及所述多个开缝区的排列方向垂直的方向上，所述加热件的尺寸。

4.根据权利要求3所述的加热器，其特征在于，当所述加热区包括多个加热件时，所述多个加热件平行设置，且所述多个加热件通过相应第一连接件首尾相连接。

5.根据权利3所述的加热器，其特征在于，每个所述加热件的至少一端设置有倒角。

6.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述开缝区包括第二连接件，所述第二连接件位于所述开缝区背离所述开缝区的开口一侧，用于连接相邻两个所述加热区。

7.根据权利要求1-6任一项所述的加热器，其特征在于，多个所述加热区和多个所述开缝区交替连接后，围合形成与所述单晶炉热场中坩埚相匹配的形状。

8.根据权利要求1-6任一项所述的加热器，其特征在于，所述加热器还包括至少两个支撑件和至少两个支撑件连接结构；每个所述支撑件通过可拆卸连接件与相应所述支撑件连接结构相连接；

每个所述支撑件连接结构设置于所述加热器的目标加热区和与所述目标加热区相邻的开缝区之间，其中，所述目标加热区为所述多个加热区中的一个。

9.根据权利要求8所述的加热器，其特征在于，当所述加热器包括两个支撑件连接结构时，所述两个支撑件连接结构位于所述加热器的对称位置处；

或，当所述加热器包括的支撑件连接结构数量大于两个时，多个所述支撑件连接结构均匀的设置在所述加热器的相应位置处。

10.根据权利要求8所述的加热器，其特征在于，每个所述支撑件连接结构均包括相连接的连接区以及连接开口区；

所述连接开口区的宽度大于或等于所述连接区的宽度。

11.根据权利要求10所述的加热器，其特征在于，所述至少两个支撑件连接结构的连接开口区具有相同的开口方向。

12.根据权利要求10所述的加热器，其特征在于，所述连接开口区与所述连接区沿所述多个加热区及所述多个开缝区的排列方向排布；所述连接开口区的开口深度大于或等于所述连接区的高度；

或，所述连接开口区与所述连接区在所述加热器表面上沿垂直于所述多个加热区及所述多个开缝区的排列方向排布，所述连接开口区的最小开口深度大于或等于所述连接区的高度。

13.一种单晶炉热场，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的加热器。

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