CN202202016U

CN202202016U - 能够测量熔硅液面与导流筒之间距离的单晶炉热场装置

Info

Publication number: CN202202016U
Application number: CN2011202398848U
Authority: CN
Inventors: 张俊; 曹建伟; 严绍军; 邱敏秀
Original assignee: HANGZHOU HUIXIANG ELECTROHYDRAULIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd; Zhejiang Jingsheng Mechanical and Electrical Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU HUIXIANG ELECTROHYDRAULIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd; Zhejiang Jingsheng Mechanical and Electrical Co Ltd
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2021-07-07

Abstract

本实用新型涉及直拉式硅单晶炉中的热场结构技术，旨在提供一种能够测量熔硅液面与导流筒之间距离的单晶炉热场装置。该装置在内导流筒或外导流筒的下沿处设置通孔，通孔中活动安装一根石英棒，该石英棒相对于通孔的位置变化使其能具备下述两种状态：(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出内导流筒或外导流筒的下沿以作为测量距离的标尺；或(2)石英棒的下部末端收回至内导流筒或外导流筒的最下缘之上以便于单晶炉热场装置的移动。本实用新型可以直观的测量硅熔液面与导流筒的间距，不需要操作者凭经验判断；可实时监测熔液面位置，为操作者提供控制液面位置依据；可伸缩或旋转的设计使石英棒在操作过程中不易损坏。

Description

能够测量熔硅液面与导流筒之间距离的单晶炉热场装置

技术领域

本实用新型涉及直拉式硅单晶炉中的热场结构技术，特别是一种能够测量熔硅液面与导流筒之间距离的单晶炉热场装置。

背景技术

在直拉式单晶硅生产过程中，整个生长流程都在单晶炉热场内完成。要求热场保持一个稳定可控的热交换环境，用以平衡硅单晶生长过程中放出的结晶热以及向系统以外的热量散失，并且提供符合硅单晶生长所需的温度梯度，以保证硅原子不断的在单晶生长的固液界面上规则排列，而不产生新的晶核。热场中各个点的温度梯度都不相同，只有硅熔液与单晶生长界面处于热场内具有满足硅单晶生长的温度梯度的区域内时，单晶硅才能正常生长。此外，硅单晶生长过程中由于熔硅与石英坩埚、熔硅与炉内少量氧气等气体的化学反应将不断产生主要为一氧化硅的杂质，这些杂质如果进入单晶生长界面会破坏硅原子的规则排列过程，中断单晶体的生长。因此，杂质必须迅速的从熔硅液面蒸发并排出热场之外。在直拉式硅单晶的生长工艺中，通常不断从热场的导流筒处充入氩气，并让氩气流过熔硅液面与导流筒之间的间隙，最后在真空泵的作用下从热场的排气口排出。因此熔硅液面与导流筒之间的间距大小对于氩气的流动、杂质的蒸发、硅棒旋转稳定性和硅棒氧含量等关系到单晶生长和品质的因素都有很大的影响。并且由于导流筒位置在热场内是固定的，如果确定了熔硅液面与导流筒的间距，就确定了硅熔液和生长界面在热场内的位置，也即确定了硅熔液和生长界面所处位置的温度梯度。

传统的热场结构无法直接判断熔硅液面与导流筒的间距，只能通过目测的方式，其误差大，重复性差，人为因素占主导。对于现代化的大规模自动化生产，采用传统的目测方式，限制了硅单晶生长的工艺一致性和生产效率。

综上所述，实用新型一种可方便的测量熔硅液面与导流筒的间距的热场装置对于稳定硅单晶生长环境，提高直拉式硅单晶生长的成晶率，提高规模化硅单晶生产的效率具有非常重要的意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种可方便的测量熔硅液面与导流筒的间距的热场装置。通过该实用新型所指的热场装置对于熔硅液面与导流筒的间距的测量，有助于在硅单晶生长过程中实时控制该间距。可保证通畅的气流，稳定的温度梯度，提高硅单晶生长的成晶率和生产效率。

为解决技术问题，本实用新型提供的解决方案是：

提供一种能够测量熔硅液面与导流筒间距的单晶炉热场装置，在硅单晶炉热场的下保温盖中间的孔内设置用于引导保护气体的内导流筒和外导流筒，内导流筒与外导流筒的上沿、内导流筒与外导流筒的下沿分别相接形成闭合的接触缘；在内导流筒或外导流筒的下沿处设置通孔，通孔中活动安装一根石英棒，该石英棒相对于通孔的位置变化使其能具备下述两种状态：(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出内导流筒或外导流筒的下沿以作为测量距离的标尺；或，(2)石英棒的下部末端收回至内导流筒或外导流筒的最下缘之上以便于单晶炉热场装置的移动。

作为一种改进，所述石英棒为直线型，其上部端头呈T形；所述通孔开设于外导流筒下沿的下表面，石英棒以T形端头作为向下移动的限位器；内导流筒与外导流筒之间具有足够距离以使石英棒能够向上位移进入两者之间的空腔。

作为一种改进，所述石英棒呈L形，组成L形的一段为固定段，另一段为测量段；所述通孔开设于内导流筒下沿的侧壁上；石英棒的固定段活动安装于该通孔中，而测量段能够以该固定段为水平回转轴在竖直平面上旋转。

作为一种改进，所述通孔为“一”字形长通孔，活动安装于通孔中的石英棒固定段的端头具有上下相对设置的凸出部；该凸出部的存在，使得固定段的端头在测量段呈竖直状态时不能滑出通孔，而只能在测量段呈水平状态时才能从通孔中进出。

作为一种改进，所述石英棒的测量段能够以固定段为水平回转轴在竖直平面上作360°旋转。

作为一种改进，所述下保温盖中间的孔是圆孔，所述内导流筒与外导流筒的上沿、内导流筒与外导流筒的下沿分别相接所形成闭合的接触缘是环形的。

作为一种改进，所述外导流筒与下保温盖之间呈环形紧密连接。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益的效果是：

(1)可以直观的测量硅熔液面与导流筒的间距，不需要操作者凭经验判断；

(2)通过透明石英棒，可实时监测熔液面位置，为操作者提供控制液面位置依据；

(3)可伸缩或旋转的设计使石英棒在操作过程中不易损坏。

附图说明

图1为L形石英棒的装配示意图；

图2为图1中通孔结构示意图；

图3为图2中A向的通孔示意图；

图4为L形石英棒的结构示意图；

图5为图4中L形石英棒的左视图；

图6为L形石英棒的安装状态示意图；

图7为L形石英棒的使用状态示意图；

图8为L形石英棒的旋转状态示意图；

图9为T形石英棒的装配示意图；

图10为T形石英棒的结构示意图；

图11为T形石英棒的使用状态示意图；

图12为T形石英棒的收回状态示意图。

附图标记：外导流筒1、内导流筒2、石英棒3。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明：

本实用新型是在内导流筒或外导流筒的下沿处设置通孔，通孔中活动安装一根石英棒3，该石英棒3相对于通孔的位置变化使其能具备下述两种状态：(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出内导流筒2或外导流筒1的下沿以作为测量距离的标尺；或，(2)石英棒3的下部末端收回至内导流筒2或外导流筒1的最下缘之上以便于单晶炉热场装置的移动。

作为具体实施例，本实用新型提供了两种实例结构。

第一种结构的装配图如图1所示：

该结构包括外导流筒1，内导流筒2和石英棒3；

1)在内导流筒2下沿的侧壁上开一个“一”字形长通孔，如图2、3所示；

2)如图4、5所示，石英棒3为“L”形，其较短一端(固定段)端头具有上下相对设置的凸出部；

3)安装时，将石英棒3旋转为水平方向，将石英棒3较短一端(固定段)插入内导流筒2(如图6所示)，放手后在重力作用下，石英棒3的较长端(测量段)将自然下垂，下端伸出外导流筒1的下沿(如图7所示)，该状态下石英棒3不会从内导流筒2的通孔中滑出；

4)需要拆卸或清扫导流筒时，将石英棒3旋转一个角度，使石英棒3下端与外导流筒1下沿齐平(如图8所示)。此时外导流筒1下沿可放置在清扫车的平面上，该状态下石英棒3也不会从内导流筒2的通孔中滑出；

第二种结构装配图如图9所示：

该结构包括外导流筒1，内导流筒2和石英棒3；

1)在外导流筒1下沿的下表面开一个圆形通孔；

2)如图10所示，石英棒3为直线型，其上部端头呈T形，由两个圆柱体组成，石英棒3直径略小于通孔直径，T形的端头直径略大于通孔直径以作为石英棒向下移动的限位器；

3)安装时，将石英棒3由上往下插入外导流筒1的通孔中，放手后在重力作用下，石英棒3将自然下滑，下端伸出外导流筒1的下沿(如图11所示)；由于石英棒3的T形端头直径略大于通孔直径，石英棒3不会在重力作用下从通孔中滑出；

4)需要拆卸或清扫导流筒时，将外导流筒1下沿直接放置在清扫车的平面上，石英棒3将被自然推入外导流筒1和内导流筒2形成的空腔中，石英棒3的下端与外导流筒1下沿齐平(如图12所示)。

本实用新型实现测量距离的原理如下：

在单晶生长时，石英棒3伸出导流筒下沿一个固定长度l，可通过操作坩埚上升，将硅熔液面逐渐提升至刚好接触石英棒3，此时即可确定硅熔液与导流筒下沿的间距为石英棒3伸出的长度l，然后在此基础上，操作坩埚下降一个固定高度h，此时，硅熔液面与导流筒下沿的间距S为：

S＝l+h；

由于透明石英是与坩埚相同的材料，所以即使石英棒3与硅熔液有短暂接触，也不会污染熔硅；透明石英的软化点为1700℃左右，硅的熔点为1420℃，所以在熔硅液面里也不会软化。

透明石英的线膨胀系数极小，在1420℃的线膨胀系数为5.42E-7左右，石英棒3伸出导流筒的长度为15-20mm之间，该长度在1420℃时由于热膨胀产生了0.012-0.016mm的伸长，可以忽略不计。所以认为在高温时透明石英棒3伸出导流筒的长度与常温时相同。

在硅单晶生长时石英棒3伸出导流筒下沿，而在拆卸、搬运和清扫导流筒时可以缩回导流筒内，或者旋转一个角度使石英棒3不伸出导流筒下沿，防止损坏石英棒3和导流筒。

Claims

1.能够测量熔硅液面与导流筒之间距离的单晶炉热场装置，在硅单晶炉热场的下保温盖中间的孔内设置用于引导保护气体的内导流筒和外导流筒，内导流筒与外导流筒的上沿、内导流筒与外导流筒的下沿分别相接形成闭合的接触缘；其特征在于，在内导流筒或外导流筒的下沿处设置通孔，通孔中活动安装一根石英棒，该石英棒相对于通孔的位置变化使其能具备下述两种状态：

(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出内导流筒或外导流筒的下沿以作为测量距离的标尺；或，

(2)石英棒的下部末端收回至内导流筒或外导流筒的最下缘之上以便于单晶炉热场装置的移动。

2.根据权利要求1所述的单晶炉热场装置，其特征在于，所述石英棒为直线型，其上部端头呈T形；所述通孔开设于外导流筒下沿的下表面，石英棒以T形端头作为向下移动的限位器；内导流筒与外导流筒之间具有足够距离以使石英棒能够向上位移进入两者之间的空腔。

3.根据权利要求1所述的单晶炉热场装置，其特征在于，所述石英棒呈L形，组成L形的一段为固定段，另一段为测量段；所述通孔开设于内导流筒下沿的侧壁上；石英棒的固定段活动安装于该通孔中，而测量段能够以该固定段为水平回转轴在竖直平面上旋转。

4.根据权利要求3所述的单晶炉热场装置，其特征在于，所述通孔为“一”字形长通孔，活动安装于通孔中的石英棒固定段的端头具有上下相对设置的凸出部；该凸出部的存在，使得固定段的端头在测量段呈竖直状态时不能滑出通孔，而只能在测量段呈水平状态时才能从通孔中进出。

5.根据权利要求3所述的单晶炉热场装置，其特征在于，所述石英棒的测量段能够以固定段为水平回转轴在竖直平面上作360°旋转。

6.根据权利要求1至5任意一项中所述的单晶炉热场装置，其特征在于，所述下保温盖中间的孔是圆孔，所述内导流筒与外导流筒的上沿、内导流筒与外导流筒的下沿分别相接所形成闭合的接触缘是环形的。

7.根据权利要求1至5任意一项中所述的单晶炉热场装置，其特征在于，所述外导流筒与下保温盖之间呈环形紧密连接。