CN201605349U - 一种生长硅单晶的节能热场结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种生长硅单晶的节能热场结构，在炉膛内腔，由上到下依次设置有上保温盖、下保温盖、上保温筒、过渡盘、主保温筒、下保温筒、炉底盘及保温层，上保温盖中连接有热屏，在下保温盖、上保温筒的外侧设置有一保温层，该保温层与上保温筒对应开有通气孔；过渡盘、主保温筒、下保温筒的外侧设置有保温层，上述保温层与炉膛内壁之间保持有间隙，炉膛上设置有氩气排气口；在炉底盘上依次设置有一层保温层和护底压片，穿过保温层、炉底盘、护底压片设置有石墨电极和石墨托杆，石墨电极上安装有加热器，在石墨托杆上依次安装有隔热体、石墨埚托、石墨埚帮及石英坩埚。本实用新型的热场结构合理，热能利用率显著提高，生产成本降低。
Description
技术领域
本实用新型属于单晶硅材料制备技术领域，涉及一种生长硅单晶的节能热场结构。
背景技术
随着光伏行业的快速发展，直拉硅单晶已经迈向了产业化的发展轨道，硅单晶是在单晶炉热场中进行生长的，热场装置的优劣对硅单晶的品质及生产效率有很大的影响。寻找好的热场条件，配置最佳热场，是直拉硅单晶生长工艺非常重要的技术，提高热能使用效率，降低生产成本已成为行业的重要技术课题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种生长硅单晶的节能热场结构，解决了现有技术中存在的热能使用效率不高，生产成本较大的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种生长硅单晶的节能热场结构，在炉膛内腔，由上到下依次设置有上保温盖、下保温盖、上保温筒、过渡盘、主保温筒、下保温筒、炉底盘及保温层D，上保温盖的外圆周与炉膛内壁密封连接，上保温盖中连接有热屏，上保温盖的下方连接有下保温盖，在下保温盖与上保温筒的外侧设置有保温层A，保温层A与上保温筒开有联通的通气孔；过渡盘和主保温筒的外侧设置有保温层B；下保温筒的外侧设置有保温层C，保温层A、保温层B、保温层C与炉膛内壁之间保持一定的间隙，炉膛靠近下部的侧壁上设置有氩气排气口，通气孔用于将氩气从热屏下沿处引出到氩气排气口；在炉底盘的上表面依次设置有保温层E和护底压片，穿过保温层D、炉底盘、保温层E和护底压片设置有石墨电极和石墨托杆，石墨电极上安装有加热器，在石墨托杆上从下到上依次安装有隔热体、石墨埚托、石墨埚帮及石英坩埚。
本实用新型的节能热场，其特征还在于：
所述的上保温盖的截面为圆环型台阶形状。
所述热屏的截面为上小下大的形状，包括内外相套装的热屏外胆和热屏内胆，热屏外胆和热屏内胆之间安装有保温层F。
所述的下保温盖的外径与保温层A的外径差值不小于10mm。
所述的过渡盘的外径与保温层B外径的差值不小于10mm。
所述的石墨埚托下表面边沿设置有凸沿。
所述的加热器的脚板上设置有沉孔。
所述石墨电极的端头形状为蘑菇头状。
所述的保温层A、保温层B及保温层C的厚度为10-200mm。
所述的保温层D和保温层E的厚度为5-200mm。
本实用新型的有益效果是，热场装置结构更加优化，热能使用效率显著提高，降低了直拉硅单晶的生产成本。
附图说明
图1是本实用新型的热场的结构示意图；
图2是本实用新型装置中的热屏与上保温盖的装配示意图；
图3是本实用新型装置中的下保温盖与上保温筒的装配示意图；
图4是本实用新型装置中的过渡盘与主保温筒的装配示意图；
图5是本实用新型装置中的石墨埚托的凸沿结构示意图，其中a为圆盘形下凹槽凸沿结构，b为圆环形下凹槽凸沿结构；
图6是本实用新型装置中的加热器脚板上的沉孔结构示意图。
图中，1.上保温盖，2.热屏外胆，3.保温层F，4.热屏内胆，5.石英坩埚，6.石墨埚帮，7.石墨埚托，8.加热器，9.石墨螺钉，10.氩气流动路线，11.保温层D，12.保温层E，13.护底压片，14.热屏，15.石墨电极，16.炉底盘，17.下保温筒，18.保温层C，19.石墨托杆，20.隔热体，21.主保温筒，22.保温层B，23.过渡盘，24.保温层A，25.上保温筒，26.通气孔，27.下保温盖，28.密封圈，29.炉膛，30.氩气排气口，31.沉孔，32.凸沿。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
如图1，本实用新型的热场结构是，在炉膛29内腔，由上到下依次设置有上保温盖1、下保温盖27、上保温筒25、过渡盘23、主保温筒21、下保温筒17、炉底盘16及保温层D11，上保温盖1的外圆周与炉膛29内壁密封连接，上保温盖1中连接有热屏14，上保温盖1的下方连接有下保温盖27，在下保温盖27与上保温筒25的外侧设置有保温层A24，保温层A24与上保温筒25开有联通的通气孔26；过渡盘23和主保温筒21的外侧设置有保温层B22；下保温筒17的外侧设置有保温层C18，保温层A24、保温层B22、保温层C18与炉膛29内壁之间保持一定的间隙，便于氩气通过，炉膛29靠近下部的侧壁上设置有氩气排气口30，通气孔26用于将氩气从热屏14下沿处引出到氩气排气口30；
在炉底盘16的上表面设置有一层保温层E12，保温层E12的上表面设置有护底压片13，保温层D11、炉底盘16、保温层E12和护底压片13构成保温底板，该保温底板中穿入一组(或两组)石墨电极15和一根石墨托杆19，石墨电极15上各自通过石墨螺钉9安装有一加热器8；在石墨托杆19上从下到上依次安装有隔热体20、石墨埚托7、石墨埚帮6及石英坩埚5。
热屏14的下沿与石墨坩埚5中的液面保持间隙。
保温层A24与上保温筒25对应开有2～20个通气孔26，每个通气孔26面积不小于30mm2。上保温筒25内径的大小，介于主保温筒21内径与石墨埚帮6外径之间。
上述的保温层A24、保温层B22、保温层C18、保温层D11、保温层E12、保温层F3均选用石墨软毡或耐高温的复合材料。其中保温层D11和保温层E12的厚度为5-200mm，保温层A24、保温层B22、保温层C18的厚度为10-200mm。
本实用新型装置中，上保温盖1与炉膛29内壁之间密封连接，或者还可以通过设置的密封圈28保持密封连接，保证两者的接触面密封牢靠，堵住气体通路，阻止氩气由此向下流动，从而按照图1所示的虚线路径，氩气从热屏14的下沿与石墨坩埚5中的液面间隙通过，再经过保温层A24与上保温筒25联通的通气孔26，沿炉膛29内壁从氩气排气口30排出。
如图2，上保温盖1采用保温性良好的复合材料，取代常规的石墨上保温盖，采用覆盖式的圆环型台阶结构，从热屏14安装边的上方和圆周侧面两个方向对热屏14进行覆盖。热屏14包括套接在一起的热屏外胆2和热屏内胆4，热屏外胆2和热屏内胆4之间安装有保温层F3，保温层F3的形状为上小下大，因此热屏14的形状称为“大肚”形状。其优点在于，第一是其内外胆之间有更大的空间填充保温层，保温层F3的最厚处厚度大于20mm；第二是呈“大肚子”形状，靠近液面需要更好的保温需要，该形状更加适应单晶炉内的热场技术要求。
如图3，下保温盖27外径Φ2小于保温层A24的外径Φ1。Φ2与上保温筒25的外径一致，或者Φ2介于上保温筒25外径与保温层A24外径之间，且Φ1-Φ2≥10mm。
如图4，过渡盘23的外径Φ4小于保温层B22的外径Φ3。Φ4与主保温筒21的外径一致，或者Φ4介于主保温筒21的外径与保温层B22的外径之间，且Φ3-Φ4≥10mm。
如图5，在石墨埚托5下表面边沿，设置有一个具有引流作用的凸沿32，其中图a为圆盘形下凹槽结构，图b为圆环形下凹槽结构。该凸沿32可以防止石墨坩埚5溢出的熔液沿石墨埚托5下表面流到石墨托杆19上，造成损坏，影响设备的正常使用；而是引导溢出的熔液沿凸沿32边缘掉到石墨电极15上，通过石墨电极15上的报警装置及时报警。
如图6，本实用新型装置中，在加热器8的脚板上设置有沉孔31，该沉孔31可将石墨螺钉9的螺栓头大部分隐埋在加热器8的脚板中，使得石英坩埚5增大下降量，提高装料量，增加石英坩埚5的利用率。另外将石墨电极15与加热器8的接触端设置为蘑菇头状的加大直径端头，可以保证石墨电极15与加热器8之间增大接触面，杜绝打火现象。
本实用新型热场的优点表现在：
1)、氩气流从上保温筒25的排气孔26通过，经由炉膛29的内壁与保温层之间的空隙流向单晶炉的抽气口，如图1中的虚线10所示，这种排气方式减少了主炉室内温度的变化程度，大大延长了加热器等石墨件和主真空泵的寿命。本实用新型的热场，改变了拉晶时氩气的流动方向，使氩气从上保温罩的通气孔沿炉膛排出，延长加热器等石墨件及真空设备的寿命。
2)、上保温盖1采用复合保温层，其结构呈覆盖式台阶形；缩小了上保温筒25的内径；过渡盘23和下保温盖27的外径分别收小到与主保温筒21、上保温筒25一致，以便减少过渡盘23和下保温盖27导致的热量损失，上述方法综合起来加强了热场的整体保温，有利于节能。
3)、热屏14截面制作为上小下大的“大肚子”状，加强了其隔热效果，增大热场的纵向温度梯度，有利于提高拉速。
4)、在石墨埚托7的下方边缘设置了一个具有引流作用的凸沿32，能够在漏料时，防止液体流向石墨托杆19，同时触发电器报警功能，有效降低了事故损失，提高了安全性。
5)、将加热器8脚板上用于连接的孔设计为沉孔31，增加了石墨埚帮6的下行空间，有利于提升装料量。
本实用新型的热场结构，经试验，拉晶的平均功率降低30％-40％、平均拉速提高10％，装料量提高10％，成晶稳定。
本实用新型的热场尺寸以石英坩埚直径为准在18-24时之间，不仅适用于直拉法生长硅单晶，同样适用于外加磁场的磁场直拉法生长硅单晶，适于拉制掺硼、掺镓、掺铟、掺磷、掺砷、掺锑的硅单晶。
Claims (10)
1.一种生长硅单晶的节能热场结构，其特征在于：在炉膛(29)内腔，由上到下依次设置有上保温盖(1)、下保温盖(27)、上保温筒(25)、过渡盘(23)、主保温筒(21)、下保温筒(17)、炉底盘(16)及保温层D(11)，上保温盖(1)的外圆周与炉膛(29)内壁密封连接，上保温盖(1)中连接有热屏(14)，上保温盖(1)的下方连接有下保温盖(27)，在下保温盖(27)与上保温筒(25)的外侧设置有保温层A(24)，保温层A(24)与上保温筒(25)开有联通的通气孔(26)；过渡盘(23)和主保温筒(21)的外侧设置有保温层B(22)；下保温筒(17)的外侧设置有保温层C(18)，保温层A(24)、保温层B(22)、保温层C(18)与炉膛(29)内壁之间保持一定的间隙，炉膛(29)靠近下部的侧壁上设置有氩气排气口(30)，通气孔(26)用于将氩气从热屏(14)下沿处引出到氩气排气口(30)；
在炉底盘(16)的上表面依次设置有保温层E(12)和护底压片(13)，穿过保温层D(11)、炉底盘(16)、保温层E(12)和护底压片(13)设置有石墨电极(15)和石墨托杆(19)，石墨电极(15)上安装有加热器(8)，在石墨托杆(19)上从下到上依次安装有隔热体(20)、石墨埚托(7)、石墨埚帮(6)及石英坩埚(5)。
2.根据权利要求1所述的节能热场，其特征在于：所述的上保温盖(1)的截面为圆环型台阶形状。
3.根据权利要求1所述的节能热场，其特征在于：所述热屏(14)的截面为上小下大的形状，包括内外相套装的热屏外胆(2)和热屏内胆(4)，热屏外胆(2)和热屏内胆(4)之间安装有保温层F(3)。
4.根据权利要求1所述的节能热场，其特征在于：所述的下保温盖(27)的外径Φ2与保温层A(24)的外径Φ1差值满足关系：Φ1-Φ2＞10mm。
5.根据权利要求1所述的节能热场，其特征在于：所述的过渡盘(23)的外径Φ4与保温层B(22)的外径Φ3的差值满足关系：Φ3-Φ4＞10mm。
6.根据权利要求1所述的节能热场，其特征在于：所述的石墨埚托(5)下表面边沿设置有凸沿(32)。
7.根据权利要求1所述的节能热场，其特征在于：所述的加热器(8)的脚板上设置有沉孔(31)。
8.根据权利要求1所述的节能热场，其特征在于：所述石墨电极(15)的端头形状为蘑菇头状。
9.根据权利要求1所述的节能热场，其特征在于：所述的保温层A(24)、保温层B(22)及保温层C(18)的厚度为10-200mm。
10.根据权利要求1所述的节能热场，其特征在于：所述的保温层D(11)和保温层E(12)的厚度为5-200mm。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2023280024A1 (zh) * | 2021-07-06 | 2023-01-12 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 一种热屏外胆及热屏、拉晶热场 |
| CN116951994A (zh) * | 2023-07-31 | 2023-10-27 | 芯朋半导体科技(如东)有限公司 | 一种半导体设备的炉体废气回收装置 |
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2009
- 2009-11-11 CN CN2009202451999U patent/CN201605349U/zh not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NINGXIA LONGI SILICON MATERIAL CO.,LTD. Free format text: FORMER OWNER: XI'AN LONGJI-SILICON CO., LTD. Effective date: 20140826 Free format text: FORMER OWNER: XIAN LONGI SILICON MATERIALS CORP. NINGXIA LONGI SILICON MATERIAL CO.,LTD. XI'AN XIMEI MONOCRYSTALLINE SILICON CO., LTD. Effective date: 20140826 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 710100 XI'AN, SHAANXI PROVINCE TO: 755100 ZHONGWEI, NINGXIA HUI AUTONOMOUS REGION |
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| TR01 | Transfer of patent right |
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Granted publication date: 20101013 |
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| CX01 | Expiry of patent term |