CN204849115U - 上排气热场单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种上排气热场单晶炉，所述上排气热场单晶炉包括主炉室、导流筒、石英坩埚、上保温筒和抽空口，所述上保温筒上开设有多个在所述上保温筒的圆周上均匀分布的孔口，经所述孔口形成所述上排气热场单晶炉的上排气通道，所述上排气通道经所述导流筒、所述石英坩埚内的液面、向上经过所述孔口、向下经过所述主炉室的内壁至所述抽空口。本实用新型可提高硅单晶的成品率并降低生产成本。

Description

上排气热场单晶炉

技术领域

本实用新型涉及太阳能级单晶硅制备技术领域，尤其涉及一种上排气热场单晶炉。

背景技术

单晶炉是拉制单晶硅棒的专用设备，单晶硅生长需要单晶炉内具有良好的热场分布条件。

现有技术的单晶炉的热场分布如图1所示，图1中的箭头指向表示现有技术的单晶炉内的下排气通道，单晶炉内的气体由导流筒3经石英坩埚4内的液面40后，向下经过石墨加热器1，或经过石墨加热器1与中保温筒6之间的间隙，流向下保温筒7与石墨加热器1之间的间隙，经过下保温筒7底部的孔70，再经单晶炉主炉室8底部的抽空口80排出。

现有技术的单晶炉，在单晶硅生长过程中，由于单晶炉内石英坩埚4和硅熔体的热化学反应，生成大量的SiO。SiO蒸汽被氩气流裹挟从上而下流经整个石墨热场，石墨加热器1上部最先接近坩埚里蒸发出的SiO，所以淀积的SiO最多，由于SiO蒸汽会与红热状态的石墨发生热化学反应即SiO+C＝(高温)Si+CO、Si+C＝(高温)SiC，部分C变成CO蒸发了，使石墨加热器1上部变薄，增加电阻率；部分C变成SiC，而且它的电阻率比石墨大，也会导致石墨加热器1上部的石墨消耗变薄，电阻增大。所以随着石墨加热器1使用次数的增多，石墨加热器1上部会越薄，高温区会上移，致使晶体生长的纵向温度梯度变小，使单晶生长过程中大量的结晶潜热不能很快的散发出去，生长界面变得凹，热应力大于弹性应力而产生晶粒滑移导致最终断棱，影响成品率以及石墨加热器1的使用寿命。

另外，拉晶过程中产生的SiO经过石墨件时沉积在石墨件上，消耗石墨件或渗透进石墨件，在石墨里面经过上述一系列的反应生成SiC，由于与碳的膨胀系数、硬度等物理性能都不一样，从而影响石墨件的其他部分也是会损耗和变质，发脆，使用寿命缩短，拉晶过程中存在隐患；另大量的氧化物被真空泵抽走，可能会导致过滤网堵塞或者污染真空泵油。

因此设计一种新的单晶炉，以解决现有技术中的存在的上述技术问题，势在必行。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种上排气热场单晶炉。

本实用新型的目的，由以下技术方案实现：

一种上排气热场单晶炉，所述上排气热场单晶炉包括主炉室、导流筒、石英坩埚、上保温筒和抽空口，所述上保温筒上开设有多个在所述上保温筒的圆周上均匀分布的孔口，经所述孔口形成所述上排气热场单晶炉的上排气通道，所述上排气通道经所述导流筒、所述石英坩埚内的液面、向上经过所述孔口、向下经过所述主炉室的内壁至所述抽空口。

本实用新型的上排气热场单晶炉，优选的，所述孔口开设于所述上保温筒的顶端与所述上排气热场单晶炉的下保温盖之间。

本实用新型的上排气热场单晶炉，优选的，所述上保温筒的外壁上包裹有石墨碳毡，所述石墨碳毡上与所述孔口相对应的位置开设有开槽。

本实用新型的上排气热场单晶炉，优选的，所述孔口的数量为4-8个。

本实用新型的上排气热场单晶炉，优选的，所述孔口的数量为6个。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供一种上排气热场单晶炉，使得拉晶过程中产生的氧化物尽可能减少与石墨件的接触，并使所排气体中的氧化物尽可能少的进入到真空泵，避免使真空泵的过滤网堵塞或者污染真空泵油。

本实用新型，可针对传统单晶炉下排气方式带来的缺陷，通过改造现有单晶炉，创新出上排气方式，有效降低氧化硅在石墨加热器上的沉积，提高石墨加热器、石墨坩埚等石墨器件的使用寿命，使单晶拉制状态更加稳定、提高硅单晶的成品率并降低生产成本。

附图说明

图1是现有技术的单晶炉的下排气气流路线示意图。

图2是本实用新型实施例的上排气热场单晶炉的气流路线示意图。

图3是本实用新型实施例的上排气热场单晶炉的上保温筒截面示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

下面结合具体实施例对本实用新型作详细说明。

如图2所示，本实用新型实施例的上排气热场单晶炉，可用于N型和P型单晶硅的制备，主要包括石墨加热器1、石墨坩埚2、导流筒3、石英坩埚4、上保温筒5、中保温筒6、下保温筒7、主炉室8和下保温盖9等。

其中，石墨坩埚2例如为三瓣坩埚等，上保温筒5、中保温筒6、下保温筒7的外壁上都可包裹有石墨碳毡等保温材料，主炉室8具有容纳冷却水的夹层，主炉室8为通常为不锈钢材质。

本实用新型实施例的上排气热场单晶炉，在上保温筒5上开设有多个孔口50，如图3所示，孔口在上保温筒5的圆周上均匀分布，经孔口50形成本实用新型实施例的上排气热场单晶炉的上排气通道，如图2中的箭头指向所示，这一下排气通道经导流筒3、石英坩埚4内的液面40、向上经过孔口50、向下经过主炉室8的不锈钢内壁至主炉室8底端的抽空口80。

从上述上排气通道的走向可知，本实用新型实施例单晶炉中的上排气通道，使得单晶炉内的气体由导流筒3经液面40后，折向上方，穿过上保温筒5的孔口50，流出热场，再向下经过主炉室8的不锈钢内壁，最终通过炉底两侧的抽空口80将气体排放出去，整个气流排放过程中，SiO基本接触不到石墨加热器1以及单晶炉内部的石墨器件。拉晶过程中产生的氧化物大部分会沉积在主炉室的不锈钢内壁与碳毡表面，被抽到真空泵里面的氧化物会大大减少，避免使真空泵的过滤网堵塞或者污染真空泵油，从而可以延长真空泵油的使用。

如图2所示，孔口50，优选的是开设于上保温筒5的顶端与下保温盖9之间，但本实用新型并不以此为限。上保温筒5的外壁上包裹有石墨碳毡，可在石墨碳毡上与孔口50相对应的位置也相应的开槽即可。对于孔口的数量，也并不局限于是6个，可以为4-8个。

本实用新型实施例的上排气热场单晶炉，可以在制造过程中形成上述上排气通道，这时，在下保温筒7上不开孔。也可以将现有的单晶炉进行改造形成，只需要在上保温筒5的上侧开六个槽作为孔口50，外面包裹的石墨碳毡裹好以后也相应的开槽即可，原来的下保温筒7的两个孔70需要进行封闭。

利用本实用新型的上排气热场单晶炉进行单晶硅的制备，虽然也会有SiO2+C＝SiO(气态和固态)+CO(气态蒸发)这样的石英埚和石墨埚间的的化学反应，且尤其在熔料阶段特别严重，因为温度高，C进入熔体的浓度是拉晶时的十倍以上。

但是，由于本实用新型采用上排气热场，CO能迅速由上方排出热场外，CO分压降低，硅中的碳含量也会降低很多。

并且，SiO从上部排出，极易淀积在温度很低的不锈钢炉壁上，所以排气中SiO浓度低，利于节油。

总之，使用本实用新型的上排气热场单晶炉进行单晶硅的制备时，上排气使得硅熔体上方的SiO、CO分压降低，利于减少单晶的氧碳含量，同时又能提高石墨器件的使用寿命，还能护泵节油。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种上排气热场单晶炉，所述上排气热场单晶炉包括主炉室、导流筒、石英坩埚、上保温筒和抽空口，其特征在于，所述上保温筒上开设有多个在所述上保温筒的圆周上均匀分布的孔口，经所述孔口形成所述上排气热场单晶炉的上排气通道，所述上排气通道经所述导流筒、所述石英坩埚内的液面、向上经过所述孔口、向下经过所述主炉室的内壁至所述抽空口。

2.如权利要求1所述的上排气热场单晶炉，其特征在于，所述孔口开设于所述上保温筒的顶端与所述上排气热场单晶炉的下保温盖之间。

3.如权利要求1所述的上排气热场单晶炉，其特征在于，所述上保温筒的外壁上包裹有石墨碳毡，所述石墨碳毡上与所述孔口相对应的位置开设有开槽。

4.如权利要求2所述的上排气热场单晶炉，其特征在于，所述孔口的数量为4-8个。

5.如权利要求4所述的上排气热场单晶炉，其特征在于，所述孔口的数量为6个。