CN201634795U - 直拉单晶炉石墨坩埚 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直拉单晶炉石墨坩埚，包括石墨坩埚本体，在所述石墨坩埚本体的侧壁上设置有至少一个贯穿所述石墨坩埚本体壁厚的第一通孔，在每个所述第一通孔中插入一个石墨环，在所述石墨环的中心再开有贯穿的第二通孔。直拉单晶炉内的硅料在加热时产生的气体可以从第二通孔里跑出来，这样，就可以避免一氧化硅对石墨坩埚各瓣接缝处的侵蚀，而使接缝处变形，在石墨环因为长期有气体从中穿过而变形后，只需要将石墨环敲掉，重新换一个即可，此时，石墨坩埚还可以继续使用，可延长石墨坩埚的寿命一至两倍，大幅度降低生产成本。

Description

直拉单晶炉石墨坩埚

技术领域

本实用新型涉及一种用直拉法生产单晶硅时，可提高单晶炉热场坩埚使用寿命的直拉单晶炉石墨坩埚，属于半导体晶体生长设备技术领域。

背景技术

21世纪，世界能源危机促进了光伏市场的发展，晶体硅太阳能电池是光伏行业的主导产品，占市场份额的90％。在国际市场的拉动下，我国太阳能光伏发电产业发展迅速，我国太阳能电池年产量由原来占世界份额的1％发展到世界份额的10％以上。与其它晶体硅太阳能电池相比，单晶硅太阳能电池的转化率较高，但其生产成本也高。随着世界各国对太阳能光伏产业的进一步重视，特别是发达国家制定了一系列的扶持政策，鼓励开发利用太阳能，另外，随着硅太阳能电池应用面的不断扩大，太阳能电池的需求量越来越大，硅单晶材料的需求量也就同比扩大。

单晶硅为一种半导体材料，一股用于制造集成电路和其它电子元件，单晶硅生长技术有两种：区熔法和直拉法，其中直拉法是目前普遍采用的方法。

在直拉法生长单晶硅的方法中，将高纯度的多晶硅原料放入单晶生长炉中的石英坩埚内，然后在低真空有流动惰性气体保护下加热熔化，把一支有着特定生长方向的单晶硅(称做籽晶)装入籽晶夹持装置中，并使籽晶与硅溶液接触，调整熔融硅溶液的温度，使其接近熔点温度，然后驱动籽晶自上而下伸入熔融的硅溶液中并旋转，然后缓缓上提籽晶，则单晶硅体进入锥体部分的生长，当锥体的直径接近目标直径时，提高籽晶的提升速度，使单晶硅体直径不再增大而进入晶体的中部生长阶段，在单晶硅体生长接近结束时，再提高籽晶的提升速度，单晶硅体逐渐脱离熔融硅，形成下锥体而结束生长。用这种方法生长出来的单晶硅，其形状为两端呈锥形的圆柱体，将该圆柱体切片，即得到单晶硅半导体原料，这种圆形单晶硅片就可以作为集成电路或太阳能的材料。

单晶硅拉制需要在一整套的热系统中进行，在拉制过程中处于低真空状态，且不断向单晶炉内充入惰性保护气体以带走由于单晶硅体从溶液中结晶时散发的结晶潜热和硅溶液挥发的一氧化硅颗粒，然后从单晶炉的排气口中由真空泵排出。单晶炉传统的热场部件基本上包括炉壁、加热器、保温层、石墨坩埚、石英坩埚等，单晶炉在由真空泵从排气口中排出一氧化硅时，由一氧化硅和保护气体组成的混合气体就会流经石墨坩埚等部件，因为石墨坩埚是石墨制品，且炉内温度为1420度以上，并连续工作30小时以上，单晶炉内的一氧化硅杂质和石英坩埚的氧和硅成分会和石墨坩埚反应，生成一氧化碳，二氧化碳，碳化硅等，从而造成对石墨坩埚的侵蚀，同时，石英坩埚和石墨坩埚接触部分的养化反应，使硅原子渗透到石墨坩埚的表层，形成一层碳化硅层，引起坩埚断裂，这些都会降低石墨坩埚的寿命，增加生产成本。另外，目前所采用的石墨坩埚均为三瓣、四瓣或多瓣结构，各瓣的接缝处会存在一定的缝隙，上述一氧化硅和保护气体的混合气体就会从缝隙中穿过，由于一氧化硅会和石墨反应，缝隙处的石墨被不断地侵蚀，时间长了就会断裂，这也同样会降低石墨坩埚的寿命。

为了解决上述问题，在现有技术中也有采用将炉内气体从位于热场上方侧壁的排气孔排出的方法，这样单晶硅体生长过程中产生的一氧化硅不再经过石墨坩埚，从而增加热场部件的寿命，如公开号为CN1990918A的专利中所公开的一种提高直拉硅单晶炉热场部件寿命的方法及单晶炉，这些结构都较为复杂，而且需要对现有技术设备进行改造。

发明内容

本实用新型主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种直拉单晶炉石墨坩埚，不但可以大幅增加石墨坩埚的使用寿命，降低生产成本，而且工艺简单实用，可以直接在现有技术设备中使用。

为实现上述发明目的，本实用新型的技术方案是：

一种直拉单晶炉石墨坩埚，包括石墨坩埚本体，在所述石墨坩埚本体的侧壁上设置有多个贯穿所述石墨坩埚本体壁厚的第一通孔，在每个所述第一通孔中插入一个石墨环，在所述石墨环的中心再开有贯穿的第二通孔。

所述第一通孔的横断面为内大外小的梯形。所述第二通孔的直径为2-8mm，优选直径为3-5mm。

在所述石墨坩埚本体的各瓣体上都均匀设置多个石墨环，述石墨环均匀设置在所述石墨坩埚本体侧壁底部的圆弧R处和/或设置在所述侧壁的直壁部分。所述设置在圆弧R处的石墨环与设置在直壁部分的石墨环相互错开设置。

综上内容，本实用新型所述的直拉单晶炉石墨坩埚，在石墨坩埚的侧壁上设置通孔，帮助直拉单晶炉内的硅料加热时产生的气体从通孔里跑出来，这样，就可以避免一氧化硅对石墨坩埚各瓣接缝处的侵蚀，而使接缝处变形。本实用新型还将石墨环塞进通孔里，在石墨环因为长期有气体从中穿过而变形后，只需要将石墨环敲掉，重新换一个即可，此时，石墨坩埚还可以继续使用，可延长石墨坩埚的寿命一至两倍，大幅度降低生产成本。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是石墨环的结构示意图。

如图1至图3所示，石墨坩埚本体1，第一通孔2，石墨环3，第二通孔4。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

用直拉法生长单晶硅的单晶炉一股包括有加热器、保温层、石墨坩埚1、石英坩埚、炉腔，其中，保温层、加热器设置在炉腔内，石墨坩埚1放置在坩埚托盘上，坩埚托盘与中轴连接，石英坩埚放置在石墨坩埚1内，硅熔体放在石英坩埚内，硅熔体加热后会有气体跑出来，充盈在石墨坩埚1和石英坩埚之间，在硅熔体的上方设置有热屏，籽晶与硅溶体接触，在炉腔的壳体上开设有排气口。

其中，石墨坩埚本体1大多数是由三瓣、四瓣、或五瓣构成的，瓣与瓣之间会有接缝，本实施例中，石墨坩埚本体1的侧壁部分平均分成三瓣，分别为1a、1b、1c，在石墨坩埚本体1的侧壁上设置多个贯穿石墨坩埚本体1壁厚的第一通孔2，在每个第一通孔2中塞入一个石墨环3，在石墨环3的中心处再开有一个贯穿的第二通孔4。

如图1和图2所示，在石墨坩埚本体1侧壁的三个瓣体1a、1b、1c上分别设置多个第一通孔2。第一通孔2的设置位置有多种方式：可以设置在侧壁底部的圆弧R处，如第一通孔2a，并沿圆弧R处的周向设置；也可以设置在直壁部分，如第一通孔2b，也是在同一周向上均匀设置；还可以同时在圆弧R处和直壁部分设置，如图1和图2所示，本实施例就是采用这种设置方式，其中，第一通孔2a在每瓣体上设置两个，第一通孔2b在每瓣体上设置三个，第一通孔2a和第一通孔2b相互错开设置，保证多个通孔不会影响石墨坩埚本体1的整体强度，而且还有利于气体从各个部位均匀排出，还可以大幅度提高石墨坩埚的使用寿命。

第一通孔2也不易设置太多，设置太多，会降低石墨坩埚本体1的整体强度，这需要根据石墨坩埚本体1的外形尺寸来确定，如图1和图2所示，本实施例是以直径为500mm的石墨坩埚为例，每瓣体上共设置5个第一通孔2，石墨坩埚尺寸小于500mm，可相应减小第一通孔2的数量。

第一通孔2的纵断面形状可为圆形、方形等，第一通孔2的横断面为内大外小的梯形，石墨环3的外轮廓形状应与第一通孔2的形状相匹配，石墨环3塞进第一通孔2后，由于内侧的直径大，外侧的直径小，所以，在使用时石墨环3不会从第一通孔2中脱落。

石墨环3中心的第二通孔4的纵断面也可为圆形、方形等，其中优选圆形，第二通孔4的直径选择在2-8mm之间，第二通孔4的直径太大，会降低石墨坩埚本体1的整体强度，第二通孔4的直径优选3-5mm，最好是3mm，石墨环3的直径应该在10-25mm之间。

如图3所示，本实施例中，无论是塞入第一通孔2a还是塞入第一通孔2b中的石墨环3，其第二通孔4的直径均选择为3mm，石墨环3外沿的直径也均为12mm，石墨环3内沿的直径根据设置位置壁厚的不同而不同。

硅熔体在加热时产生的气体从第二通孔4里跑出来，这样，就可以避免一氧化硅对石墨坩埚本体1的各瓣接缝处的侵蚀，而使接缝处变形，因为长期有气体从第二通孔4中穿过，而使石墨环3变形，此时，只需要将石墨环3敲掉，重新换一个即可，石墨坩埚1还可以继续使用。

如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种直拉单晶炉石墨坩埚，包括石墨坩埚本体(1)，其特征在于：在所述石墨坩埚本体(1)的侧壁上设置有多个贯穿所述石墨坩埚本体(1)壁厚的第一通孔(2)，在每个所述第一通孔(2)中插入一个石墨环(3)，在所述石墨环(3)的中心再开有贯穿的第二通孔(4)。

2.根据权利要求1所述的直拉单晶炉石墨坩埚，其特征在于：所述第一通孔(2)的横断面为内大外小的梯形。

3.根据权利要求1所述的直拉单晶炉石墨坩埚，其特征在于：所述第二通孔(4)的直径为2-8mm。

4.根据权利要求3所述的直拉单晶炉石墨坩埚，其特征在于：所述第二通孔(4)的直径为3-5mm。

5.根据权利要求1至4任一项所述的直拉单晶炉石墨坩埚，其特征在于：在所述石墨坩埚本体(1)的各瓣体上都均匀设置多个石墨环(3)。

6.根据权利要求5所述的直拉单晶炉石墨坩埚，其特征在于：所述石墨环(3)均匀设置在所述石墨坩埚本体(1)侧壁底部的圆弧R处和/或设置在所述侧壁的直壁部分。

7.根据权利要求6所述的直拉单晶炉石墨坩埚，其特征在于：所述设置在圆弧R处的石墨环(3)与设置在直壁部分的石墨环(3)相互错开设置。

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