CN206396353U - 一种单晶炉热场加热系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单晶炉热场加热系统，包保温罩、炉底护盘、石墨加热器、石墨坩埚、石英坩埚、坩埚托盘和埚杆，每个石墨加热器的水平电极连接板的下表面设置有与石墨电极上端形状相匹配的石墨电极安装槽，石墨电极包括石墨凸台和石墨柱体，石墨凸台的直径大于石墨柱体的直径，石墨电极的外部套设有筒状的石英护套，筒状的石英护套的上端向外部延伸形成的圆锥台状的第一导流部，石英护套的外部套设有筒状的电极护套，筒状的电极护套的上端向内部延伸形成的圆锥台状的第二导流部；本实用新型能够有效避免从石英坩埚内漏出的液态硅对单晶炉内部件造成损坏，同时保证石墨电极与石墨加热器的有效稳定连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种加热系统，尤其涉及一种单晶炉热场加热系统。
背景技术
单晶炉是一种在惰性气体（氮气、氦气为主）环境中,用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，并使用直拉法生长无错位单晶的设备。现有的单晶炉主要由提拉头、副室、炉盖、炉筒、下炉筒、底座机架、坩埚下传动装置和热场等组成。热场包括压环、保温盖、保温罩、石墨坩埚、石英坩埚、坩埚托盘、电极、加热器、导流筒、螺栓等。加热器是热场中的重要部件，常见的加热器一般为直筒式加热器，由高纯度石墨加工而成，每个半圆筒各为一组且纵向开缝分瓣。现有的直筒式加热器在使用时，在直筒式加热器外部设置保温罩，直筒式加热器内部设置石墨坩埚，石墨坩埚内部设置石英坩埚，由加热器将石英坩埚内的多晶硅等多晶材料熔化。但现有的加热器往往缺少保护措施，石英坩埚内的液态硅在生产过程极易出现漏出现象，对单晶炉内部件造成损伤，如造成加热器的电极损坏。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种单晶炉热场加热系统，能够有效避免从石英坩埚内漏出的液态硅对单晶炉内部件造成损坏。
本实用新型采用下述技术方案：
一种单晶炉热场加热系统，包括筒形的保温罩，保温罩的下部设置有炉底护盘，保温罩内设置有石墨加热器，石墨加热器内设置有石墨坩埚，石墨坩埚内还设置有石英坩埚，石墨坩埚的底部设置有坩埚托盘，坩埚托盘底部竖直设置有埚杆，石墨加热器底部的四个电极连接板均连接有石墨电极，每个石墨加热器的电极连接板均为与石墨加热器一体连接的水平电极连接板，水平电极连接板的下表面设置有与石墨电极上端形状相匹配的石墨电极安装槽，石墨电极安装槽内向上开设有电极螺栓通孔，电极螺栓通孔内设置有电极螺栓，石墨电极包括上端的圆柱状的石墨凸台和下端的圆柱状的石墨柱体，石墨凸台的直径大于石墨柱体的直径，且石墨凸台与石墨柱体一体连接；石墨电极沿轴向开设有石墨电极通孔，石墨电极中部还设置有膨胀孔，膨胀孔的一端与石墨电极通孔导通，膨胀孔的另一端与石墨电极外部导通；石墨电极的外部套设有筒状的石英护套，筒状的石英护套的上端向外部延伸形成的圆锥台状的第一导流部，石英护套的外部套设有筒状的电极护套，筒状的电极护套的上端向内部延伸形成的圆锥台状的第二导流部，电极护套设置在炉底护盘上开设的电极安装孔内。
石墨凸台的高度大于石墨电极安装槽的深度，石英护套的上端面还开设有石墨凸台卡槽。
保温罩内部下表面还设置有四个石墨电极支架，每个石墨电极支架均与石墨电极对应设置，石墨电极支架包括一体连接的保温罩固定部和石墨电极限位部，保温罩固定部竖直设置且与保温罩内壁可拆卸连接，石墨电极限位部水平设置且开设有石墨电极限位圆槽，石墨电极限位圆槽的内径与电极护套的外径相匹配，依次套设的电极护套、石英护套和石墨电极的底部均设置在石墨电极限位圆槽内。
石墨电极限位部上还设置有环形的液态硅容置槽，液态硅容置槽与石墨电极限位圆槽同圆心设置，液态硅容置槽位于石墨电极限位圆槽外侧。
液态硅容置槽与石墨电极限位圆槽之间的石墨电极限位部上表面倾斜设置形成第三导流部，第三导流部靠近石墨电极限位圆槽一侧的水平高度高于第三导流部靠近液态硅容置槽一侧的水平高度。
膨胀孔倾斜设置，膨胀孔与石墨电极通孔导通的一端的水平高度高于与石墨电极外部导通的一端。
电极螺栓的顶部设置有隔热护套。
炉底护盘的上表面设置有石墨碳毡。
电极护套采用石墨电极护套。
电极螺栓采用石墨螺栓。
本实用新型能够有效避免从石英坩埚内漏出的液态硅对单晶炉内部件造成损坏，同时保证石墨电极与石墨加热器的有效稳定连接。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作以详细的描述：
如图1所示，本实用新型所述的单晶炉热场加热系统，包括筒形的保温罩1，保温罩1的下部设置有炉底护盘2，炉底护盘2的上表面设置有石墨碳毡3，保温罩1内设置有石墨加热器4，石墨加热器4内设置有石墨坩埚5，石墨坩埚5内还设置有石英坩埚6，石墨坩埚5的底部设置有坩埚托盘7，坩埚托盘7底部竖直设置有埚杆8，埚杆8利用坩埚托盘7带动石墨坩埚5上下移动，从而实现对石英坩埚6位置的控制。石墨加热器4底部的四个电极连接板均连接有石墨电极13，本实用新型中，每个石墨加热器4的电极连接板均为与石墨加热器4一体连接的水平电极连接板9，水平电极连接板9采用与石墨加热器4相同的石墨材料制成。水平电极连接板9的下表面设置有与石墨电极13上端形状相匹配的石墨电极安装槽，石墨电极安装槽内向上开设有电极螺栓通孔，电极螺栓通孔内设置有电极螺栓10，电极螺栓10将石墨电极13与水平电极连接板9连接，电极螺栓10可采用石墨螺栓。石墨电极13包括上端的圆柱状的石墨凸台11和下端的圆柱状的石墨柱体12，石墨凸台11的直径大于石墨柱体12的直径，且石墨凸台11与石墨柱体12一体连接。圆柱形的石墨凸台11的设置，增加了石墨电极13与水平电极连接板9的接触面积，有效避免了石墨电极13与石墨加热器4接触不良而发现的在连接部打火的现象，提高石墨电极13和石墨加热器4的使用寿命。石墨电极13沿轴向开设有石墨电极通孔，石墨电极13中部还设置有膨胀孔14，膨胀孔14的一端与石墨电极通孔导通，膨胀孔14的另一端与石墨电极13外部导通。由于单晶炉在工作时石墨电极13所处的环境温度很高，内部空气受热膨胀后极易对石墨电极13造成损伤，膨胀孔14能够及时将高温气体排出，保护石墨电极13。石墨电极13的外部套设有筒状的石英护套15，石英护套15具有耐高温、耐腐蚀、热稳定性好及电绝缘性能好的优点，能够有效保护石墨电极13。筒状的石英护套15的上端向外部延伸形成的圆锥台状的第一导流部16，第一导流部16能够将顺着水平电极连接板9表面流动的液态硅向下引导，避免其通过石英护套15上端面与水平电极连接板9下端面之间的间隙进入石墨电极13内。石英护套15的外部套设有筒状的电极护套17，电极护套17可采用石墨电极护套。筒状的电极护套17的上端向内部延伸形成的圆锥台状的第二导流部18，第二导流部18能够将顺着第一导流部16及石英护套15外壁表面流动的液态硅向下引导。电极护套17设置在炉底护盘2上开设的电极安装孔内。
为了进一步避免液态硅对石墨电极13造成损坏，本实施例中，石墨凸台11的高度大于石墨电极安装槽的深度，石英护套15的上端面还开设有石墨凸台卡槽。石墨电极13的整个端部即石墨凸台11部分全部位于石墨电极安装槽和石墨凸台卡槽所形成的的空间内，辅以第一导流部16的设置，能够保证液态硅无法流向石墨电极13，确保石墨电极13不受损伤。
为了保证石墨电极13在单晶炉使用过程中位置稳定，避免因接触面打火造成石墨电极13及石墨加热器4的损坏，本实用新型中保温罩1内部下表面还设置有四个石墨电极支架19，每个石墨电极支架19均与石墨电极13对应设置，石墨电极支架19包括一体连接的保温罩固定部20和石墨电极限位部21，保温罩固定部20竖直设置且与保温罩1内壁可拆卸连接，石墨电极限位部21水平设置且开设有石墨电极限位圆槽，石墨电极限位圆槽的内径与电极护套17的外径相匹配，依次套设的电极护套17、石英护套15和石墨电极13的底部均设置在石墨电极限位圆槽内。为了能够对引流导出的液态硅进行收集，避免液态硅损坏炉底护盘2，本实用新型中，石墨电极限位部21上还设置有环形的液态硅容置槽22，液态硅容置槽22与石墨电极限位圆槽同圆心设置，液态硅容置槽22位于石墨电极限位圆槽外侧。液态硅容置槽22与石墨电极限位圆槽之间的石墨电极限位部21上表面倾斜设置形成第三导流部23，第三导流部23靠近石墨电极限位圆槽一侧的水平高度高于第三导流部23靠近液态硅容置槽22一侧的水平高度。这样能够顺利的将顺着水平电极连接板9表面流动的液态硅向下引导，依次经第一导流部16、石英护套15外壁、第二导流部18、电极护套17和第三导流部23引流至液态硅容置槽22内。
由于随着单晶炉的使用，石墨电极13或其他部件中的细小杂质逐渐积累，将堵死现有水平设置的膨胀孔14，造成受热空气无法排出，因此本实用新型中将膨胀孔14倾斜设置，膨胀孔14与石墨电极通孔导通的一端的水平高度高于与石墨电极13外部导通的一端，能够利用重力和气流作用将细小杂质及时排出，避免上述问题产生，提高石墨电极13使用寿命。
现有的单晶炉中电极螺栓10上部长时间处于石墨加热器4直射状态下，极易在高温环境下发生断裂，因此本实用新型中，电极螺栓10的顶部设置有隔热护套24，一方面能够避免液态硅对电极螺栓10造成腐蚀损坏，另一方面能够避免电极螺栓10的高温直射，保证石墨电极13与石墨加热器4的连接稳定。
Claims (10)
1.一种单晶炉热场加热系统，包括筒形的保温罩，保温罩的下部设置有炉底护盘，保温罩内设置有石墨加热器，石墨加热器内设置有石墨坩埚，石墨坩埚内还设置有石英坩埚，石墨坩埚的底部设置有坩埚托盘，坩埚托盘底部竖直设置有埚杆，其特征在于：石墨加热器底部的四个电极连接板均连接有石墨电极，每个石墨加热器的电极连接板均为与石墨加热器一体连接的水平电极连接板，水平电极连接板的下表面设置有与石墨电极上端形状相匹配的石墨电极安装槽，石墨电极安装槽内向上开设有电极螺栓通孔，电极螺栓通孔内设置有电极螺栓，石墨电极包括上端的圆柱状的石墨凸台和下端的圆柱状的石墨柱体，石墨凸台的直径大于石墨柱体的直径，且石墨凸台与石墨柱体一体连接；石墨电极沿轴向开设有石墨电极通孔，石墨电极中部还设置有膨胀孔，膨胀孔的一端与石墨电极通孔导通，膨胀孔的另一端与石墨电极外部导通；石墨电极的外部套设有筒状的石英护套，筒状的石英护套的上端向外部延伸形成的圆锥台状的第一导流部，石英护套的外部套设有筒状的电极护套，筒状的电极护套的上端向内部延伸形成的圆锥台状的第二导流部，电极护套设置在炉底护盘上开设的电极安装孔内。
2.根据权利要求1所述的单晶炉热场加热系统，其特征在于：石墨凸台的高度大于石墨电极安装槽的深度，石英护套的上端面还开设有石墨凸台卡槽。
3.根据权利要求1所述的单晶炉热场加热系统，其特征在于：保温罩内部下表面还设置有四个石墨电极支架，每个石墨电极支架均与石墨电极对应设置，石墨电极支架包括一体连接的保温罩固定部和石墨电极限位部，保温罩固定部竖直设置且与保温罩内壁可拆卸连接，石墨电极限位部水平设置且开设有石墨电极限位圆槽，石墨电极限位圆槽的内径与电极护套的外径相匹配，依次套设的电极护套、石英护套和石墨电极的底部均设置在石墨电极限位圆槽内。
4.根据权利要求3所述的单晶炉热场加热系统，其特征在于：石墨电极限位部上还设置有环形的液态硅容置槽，液态硅容置槽与石墨电极限位圆槽同圆心设置，液态硅容置槽位于石墨电极限位圆槽外侧。
5.根据权利要求4所述的单晶炉热场加热系统，其特征在于：液态硅容置槽与石墨电极限位圆槽之间的石墨电极限位部上表面倾斜设置形成第三导流部，第三导流部靠近石墨电极限位圆槽一侧的水平高度高于第三导流部靠近液态硅容置槽一侧的水平高度。
6.根据权利要求1所述的单晶炉热场加热系统，其特征在于：膨胀孔倾斜设置，膨胀孔与石墨电极通孔导通的一端的水平高度高于与石墨电极外部导通的一端。
7.根据权利要求1所述的单晶炉热场加热系统，其特征在于：电极螺栓的顶部设置有隔热护套。
8.根据权利要求1所述的单晶炉热场加热系统，其特征在于：炉底护盘的上表面设置有石墨碳毡。
9.根据权利要求1所述的单晶炉热场加热系统，其特征在于：电极护套采用石墨电极护套。
10.根据权利要求1所述的单晶炉热场加热系统，其特征在于：电极螺栓采用石墨螺栓。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110484966A (zh) * | 2019-09-23 | 2019-11-22 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种单品硅热场坩埚高效安装夹持方法 |
| TWI724800B (zh) * | 2020-02-24 | 2021-04-11 | 凃宏旗 | 用於高溫工藝之惰性氣氛保護的組合式保護桶 |
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