CN207793472U - 中排气式单晶炉 - Google Patents

Abstract

一种中排气式单晶炉，包括二层平台、设置在二层平台上方的炉体、设置在二层平台下方的驱动部件，炉体包括外炉筒和设置在内部的热场，热场包括坩埚、安装座、加热器、保温层、中排气组件，在下炉筒的侧壁上对称设置第一排气套和第二排气套，中排气组件包括第一排气管、第二排气管、排气环，第一排气管、第二排气管对称设置在加热器的两侧，第一排气管的上端与排气环连接，第二排气管的上端与排气环连接，排气环包括内侧环壁、外侧环壁、环底，本实用新型通过中排气组件的设置，将与热场气氛直接连接的进气口设置在热场中上部，如此，不仅解决了因排气带走热量的问题，也不存在挥发物堵塞排气管的问题。

Description

中排气式单晶炉

技术领域

本实用新型涉及单晶炉技术领域，尤其涉及一种中排气式单晶炉。

背景技术

单晶炉是多晶硅转化为单晶硅工艺过程中的必备设备，而单晶硅又是光伏发电和半导体行业中的基础原料。单晶硅作为现代信息社会的关键支撑材料，是目前世界上最重要的单晶材料之一，它不仅是发展计算机与集成电路的主要功能材料，也是光伏发电利用太阳能的主要功能材料。

一般的单晶炉热场中，都是下排气结构，排气口通常设置在下炉筒侧壁上，导致排气口靠近热场的底部，因热场底部石墨件和石墨碳毡挥发物和氧化物多，容易造成排气套管堵塞，从而造成拉晶环境污染，不能很好的拉制出晶棒，严重的会影响到拉晶过程中断，造成硅料损坏，拉晶成本上升。再者，因其在下部容易带走更多的热量，造成热量损失，而引起加热功率高。

发明内容

有必要提出一种避免热场内热量散失的、排气系统不会堵塞的中排气式单晶炉。

一种中排气式单晶炉，包括二层平台、设置在二层平台上方的炉体、设置在二层平台下方的驱动部件，炉体包括外炉筒和设置在内部的热场，外炉筒包括从上向下依次安装连接的炉盖、中炉筒和下炉筒，下炉筒安装在二层平台上，热场包括坩埚、安装座、加热器、保温层，安装座设置下炉筒内，以安装坩埚，坩埚设置在中炉筒内，加热器包围设置在坩埚的周围，以对坩埚内的物料进行加热化料，保温层包括从上向下依次设置的上保温层、中保温层、下保温层，中保温层设置在加热器与中炉筒之间，下保温层设置在安装座与下炉筒之间，驱动部件的上端穿过下炉筒的底部，以与安装座连接，进而驱动坩埚旋转和升降，所述热场还包括中排气组件，在下炉筒的侧壁上对称设置第一排气套和第二排气套，第一排气套的一端及第二排气套的一端外漏在下炉筒外部，用于与外部抽气机构连接，第一排气套的另一端及的另一端穿过下炉筒及保温层，以与中排气组件连通，中排气组件包括第一排气管、第二排气管、排气环，第一排气管、第二排气管对称设置在加热器的两侧，第一排气管、第二排气管靠近保温层设置，第一排气管、第二排气管均为竖直设置的空心直管，第一排气管的下端与第一排气套连通，第一排气管的上端与排气环连接，第二排气管的下端与第二排气套连通，第二排气管的上端与排气环连接，排气环为一圆环，排气环设置在坩埚及加热器的上方的热场内，排气环包括内侧环壁、外侧环壁、环底，内侧环壁、外侧环壁为同心圆，环底连接在内侧环壁、外侧环壁之间，以形成U型环槽，还在内侧环壁、外侧环壁上分别开设进气口和出气口，出气口与第一排气管、第二排气管的上端连通，进气口与内侧环壁内侧的热场连通，以从坩埚口部上方的热场内排出气体。

优选的，所述内侧环壁上的进气口为对称设置的至少四个，所述外侧环壁上的出气口为对称设置的两个，以对热场内的气体均匀抽吸，所述出气口和进气口错位设置。

本实用新型中，通过中排气组件的设置，充分利用现有排气套的位置，通过第一排气管、第二排气管及排气环的设置，将与热场气氛直接连接的进气口设置在热场中上部，如此，不仅解决了因排气带走热量的问题，也不存在挥发物堵塞排气管的问题。

附图说明

图1为单晶炉的结构示意图。

图2为所述炉体的结构示意图。

图3为图2中的局部放大图。

图4为排气环的结构示意图。

图5为二层平台的结构示意图。

图6为二层平台的另一个角度的结构示意图。

图7为图6中的局部放大图。

图中：二层平台10、观察窗口101、炉盖11、中炉筒12、下炉筒13、第一排气套131、第二排气套132、坩埚21、安装座22、加热器23、热屏组件24、内导流筒241、外导流筒242、外檐2421、内缘2422、保温填充层243、支撑环244、压环245、隔离内筒246、上保温层251、中保温层252、下保温层253、第一排气管261、第二排气管262、排气环263、内侧环壁264、进气口2641、外侧环壁265、出气口2651、环底266、下凸缘环267、中间反射层271、连接板31、标尺32、第一导向件33、安装板331、树脂环332、压紧螺钉333、第二导向件34、指针35、配重36。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参见图1至图7，本实用新型实施例提供了一种单晶炉，包括二层平台10、设置在二层平台10上方的炉体、设置在二层平台10下方的驱动部件，炉体包括外炉筒和设置在内部的热场，外炉筒包括从上向下依次安装连接的炉盖11、中炉筒12和下炉筒13，下炉筒13安装在二层平台10上，热场包括坩埚21、安装座22、加热器23、热屏组件24、保温层，安装座22设置下炉筒13内，以安装坩埚21，坩埚21设置在中炉筒12内，加热器23包围设置在坩埚21的周围，以对坩埚21内的物料进行加热化料，热屏组件24设置在坩埚21的上方，在热屏组件24中间设置晶棒通道，保温层包括从上向下依次设置的上保温层251、中保温层252、下保温层253，上保温层251设置在热屏组件24与中炉筒12之间，中保温层252设置在加热器23与中炉筒12之间，下保温层253设置在安装座22与下炉筒13之间，驱动部件的上端穿过下炉筒13的底部，以与安装座22连接，进而驱动坩埚21旋转和升降，所述热场还包括中排气组件，在下炉筒13的侧壁上对称设置第一排气套131和第二排气套132，第一排气套131的一端及第二排气套132的一端外漏在下炉筒13外部，用于与外部抽气机构连接，第一排气套131的另一端及的另一端穿过下炉筒13及保温层，以与中排气组件连通，中排气组件包括第一排气管261、第二排气管262、排气环263，第一排气管261、第二排气管262对称设置在加热器23的两侧，第一排气管261、第二排气管262靠近保温层设置，第一排气管261、第二排气管262均为竖直设置的空心直管，第一排气管261的下端与第一排气套131连通，第一排气管261的上端与排气环263连接，第二排气管262的下端与第二排气套132连通，第二排气管262的上端与排气环263连接，排气环263为一圆环，排气环263设置在坩埚21及加热器23的上方的热场内，排气环263包括内侧环壁264、外侧环壁265、环底266，内侧环壁264、外侧环壁265为同心圆，环底266连接在内侧环壁264、外侧环壁265之间，以形成U型环槽，还在内侧环壁264、外侧环壁265上分别开设进气口2641和出气口2651，出气口2651与第一排气管261、第二排气管262的上端连通，进气口2641与内侧环壁264内侧的热场连通，以从坩埚21口部上方的热场内排出气体。

所述坩埚位置标识装置设置在二层平台10的下方，坩埚位置标识装置包括下限位机构和上限位机构，设置在二层平台10下方的驱动部件包括升降电机、减速器、丝杠、导套，升降电机通过减速器与丝杠连接，以驱动丝杠转动，丝杠与导套螺纹传动连接，导套的上端与安装座22连接，以驱动坩埚21升降，下限位机构固定设置在驱动部件下方的二层平台10的机架上，以对导套的下降的最低位置进行限位，上限位机构固定设置在驱动部件上方的二层平台10的机架上，以对导套的下降的最高位置进行限位。

进一步，所述内侧环壁264上的进气口2641为对称设置的至少四个，所述外侧环壁265上的出气口2651为对称设置的两个，以对热场内的气体均匀抽吸，所述出气口2651和进气口2641错位设置。排气环263设置为U型环槽，在外部抽气时，热场内的气体从进气口2641进入U型环槽内，经过外侧环壁265的阻挡，再由出气口2651排出，这样气体中携带夹杂的挥发物或杂质遇到外侧环壁265的阻挡后容易粘附或沉积在U型环槽内，便于挥发物的集中收集，而不会进入排气管及外部系统，这使得挥发物导向性的收集，减少粘附于热场其他部件上的几率，在清理炉体时，只需将U型环槽内的物质清理回收，由于挥发物中多数是碳质和硅，还有利于这些物质的回收利用，提高利用率。

进一步，所述热场还包括中间反射层271，所述中间反射层271设置在加热器23与保温层之间，中间反射层271靠近加热器23的表面为光滑表面，以对加热器23散发的热量进行反射，中间反射层271的顶部高于加热器23的顶部，中间反射层271的底部低于加热器23的底部，以充分阻隔加热器23的热量向保温层传递散失。

由于保温层采用石墨材料制成，石墨材料属于黑色材料，容易吸收热量，虽然起到了保温作用，但是也吸收了部分热量，造成热量的无功损失；而且石墨材料加热时间长，脆性大，易损坏，搬运时很容易破损，使用寿命短；并且，使用过程中，长时间高温环境下，石墨材料挥发物多，挥发物粘附在加热器23上，造成加热器23局部发热严重，烧损严重，或者挥发物穿过加热器23进入坩埚21上方或粘附在晶棒表面，污染晶棒，对晶棒的质量影响更为严重。本实用新型中，采用中钼筒将加热器23与保温层隔离，不仅将大量的热量反射至坩埚21内，热量使用充分，而且避免了保温层挥发物对晶棒及加热器23的影响。

进一步，中间反射层271为中钼筒，中钼筒为钼材料制备而成。由于金属材料钼耐高温性能好，隔热性能好，光滑的表面便于热量的反射，进而减少热量的散失。

进一步，排气环263的外侧环壁265向下延伸形成下凸缘环267，下凸缘环267与环底266之间形成环槽，所述中间反射层271为包围在加热器23周围的空心圆筒，中间反射层271的顶部嵌入至下凸缘环267与环底266之间的环槽内。

排气环263在起到形成排气通道的同时，下凸缘环267与中间反射层271之间的嵌入连接，共同形成一个包围在加热器23周围的封闭的隔离层，由于中保温层252包围在坩埚21的周围及加热器23的周围，而散热最为严重的也是加热器23的周围，该隔离层的上端覆盖加热器23的顶部，隔离层的下端覆盖加热的底部，完全将加热器23最严重的水平热辐射区域覆盖，避免了热量向中保温层252的辐射散失，从而避免了热量的无用功散失。

进一步，所述热屏组件24包括内导流筒241、外导流筒242、保温填充层243、支撑环244、压环245，内导流筒241为上口大、下口小的锥形筒，外导流筒242为圆柱形筒，外导流筒242的顶部向外翻折形成外檐2421，外导流筒242的底部向内翻折形成内缘2422，内导流筒241的底部卡合在外导流筒242的内缘2422上，保温填充层243填充在内导流筒241和外导流筒242之间，在外导流筒242的外檐2421上方也填充保温填充层243，外檐2421上方的保温填充层243与中炉筒12内的上保温层251连接，压环245为环形板，压环245压在外檐2421上方的保温填充层243上，压环245的内沿与内导流筒241的上口接触，压环245的外沿与外导流筒242的外檐2421的边缘对齐，支撑环244为环形板，支撑环244设置在外导流筒242的外檐2421的下方，支撑环244的边缘与中炉筒12的内部固定连接，以安放热屏组件24，内导流筒241、外导流筒242、支撑环244、压环245同轴设置。

文中所述保温层均为碳毡。

进一步，所述内导流筒241为金属钼制成，外导流筒242为石墨材质制成，保温填充层243为石墨碳毡。内导流筒241将石墨材质的保温填充层243及外导流筒242与晶棒隔离，避免挥发物与晶棒直接接触，污染晶棒。

进一步，还在外导流筒242与中保温层252之间设置隔离内筒246，隔离内筒246的上端与支撑环244接触，隔离内筒246的下端与排气组件的排气环263的内侧环壁264接触，以将中保温层252与热场隔离，避免石墨材料制成的中保温层252的挥发物进入热场内与晶棒直接接触。

进一步，上限位机构包括连接板31、标尺32、第一导向件33、第二导向件34、指针35、配重36，连接板31沿着水平方向与导套固定连接，以与导套同步升降，标尺32为一柔性细长标尺32，标尺32的一端与连接板31固定连接，标尺32的另一端与配重36连接，第一导向件33、第二导向件34与二层平台10的机架固定连接，指针35设置在第一导向件33和第二导向件34之间，且指针35与二层平台10的机架固定连接，标尺32的中间部分搭接在第一导向件33和第二导向件34上，标尺32上设置刻度标识，以与指针35配合显示导套及坩埚21上升的位置。

进一步，还在二层平台10的台面上开设观察窗口101，观察窗口101为长方形孔，观察窗口101的开口长度大于开口宽度，指针35的一端与机架固定连接，指针35的另一端为尖锐端部，指针35的尖锐端部靠近标尺32的标识设置，以准确显示标识的位置。

进一步，第一导向件33、第二导向件34具有相同的机构，第一导向件33包括安装板331、树脂环332、压紧螺钉333，安装板331的一端与机架固定连接，安装板331的另一端用于安装树脂环332，树脂环332为空心圆柱体，树脂环332具有光滑的表面，树脂环332的表面宽度大于标尺32的宽度，以使标尺32沿着树脂环332的表面滑动，压紧螺钉333的端部穿过树脂环332，以将树脂环332固定在安装板331上，第一导向件33的树脂环332和第二导向件34的树脂环332安装在机架的相同的水平面内，以使第一导向件33和第二导向件34之间的标尺32也处于水平面内。

在硅单晶拉制过程中，需要对坩埚21内剩余硅料进行估算，算出剩余晶棒所拉长度，坩埚位置标识装置就是为准确的测算定位坩埚21内剩余硅料的位置而设计的。

坩埚21内每次投入一定量的硅料之后进行拉晶的时候，坩埚21下降至预设的最低位置，但不超过下限机构设置的位置，拉晶快要结束时，也就是在坩埚21内的硅料剩余不多于3kg时，会出现因为坩埚21内的硅料太少而导致晶棒不能按照预定的尺寸生长，此时需要进行拉晶的收尾，也就是拉晶程序的收尾，但是如果坩埚21内剩余的硅料多余预定的量，如3kg，而提前进行拉晶的收尾工作，又会的导致坩埚21内的硅料未充分利用，造成硅料的浪费，现有技术中，此时间点的控制通常需要人工计算来控制，人工结合计算机程序、及晶棒的生长尺寸、生长时间综合计算得到坩埚21内剩余的硅料的量，得到此剩余的量后再控制程序进行收尾，此计算过程不仅因为计算时间较长而导致计算结果与坩埚21内实际剩余物料存在差距，而且存在人为计算不可避免的误差，从而导致程序收尾的起始点控制不精确。

本实用新型中，设计了坩埚位置标识装置，该装置中的连接板31与驱动坩埚21升降的导套固定连接，使得标尺32与坩埚21同步升降，而标尺32滑动搭接于第一导向件33、第二导向件34上，第一导向件33、第二导向件34与机架固定连接，拉晶过程中，坩埚21按照预定程序上升，此时，第一导向件33左侧的标尺32在配重36的作用下也同步向上移动，第二导向件34右侧的标尺32在配重36的作用下同步向下移动，指针35指示的标识位置也在变化，至坩埚21上升至一定位置，此时坩埚21内剩余预定的余量时，该位置为一个固定的确定的位置，此时指针35对应指示一个固定的标识位置，操作人员无需计算，只需观察指针35指示的实际位置已经到该固定的标识位置，即可操作程序启动收尾程序。

使用该装置，将坩埚21内剩余物料的量转化为标尺32显示的一个固定的标识位置，该固定的标识位置作为一个标记，只需观察该标记，即可控制拉晶程序的收尾启动时间点，操作精确无误差，而且也不会造成坩埚21内剩余物料多浪费的问题。

其中，该固定的标识位置因投入坩埚21的物料的量的不同而不同，例如经过多次试验总结后，投入150kg的物料后，拉晶结束后预定的剩余量为2kg启动收尾程序，此时对应的标识位置为“10”；投入180kg的物料后，拉晶结束后预定的剩余量为3kg启动收尾程序，此时对应的标识位置为“11”。

例如，可以制作一个收尾标识与晶棒对照表，对照表包括晶棒尺寸栏、投入硅料栏、标尺32标记栏，晶棒尺寸栏中列出待拉制的单晶棒的尺寸，投入硅料栏列出与单晶棒尺寸对应的向坩埚21内投入的硅料的量，标尺32标记栏列出与晶棒尺寸栏、投入硅料栏相对应的标尺32的标记位置。

上述装置中表示启动收尾程序的标尺32上标记的固定的标识位置，在生产不同型号产品时，操作人员只需在该对照表内查找晶棒尺寸、投入的硅料的量，即可查找得到对应的标记标识，待指针35指示标尺32上的位置到达该标记标识位置时，启动收尾程序。

本实用新型实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种中排气式单晶炉，其特征在于：包括二层平台、设置在二层平台上方的炉体、设置在二层平台下方的驱动部件，炉体包括外炉筒和设置在内部的热场，外炉筒包括从上向下依次安装连接的炉盖、中炉筒和下炉筒，下炉筒安装在二层平台上，热场包括坩埚、安装座、加热器、保温层，安装座设置下炉筒内，以安装坩埚，坩埚设置在中炉筒内，加热器包围设置在坩埚的周围，以对坩埚内的物料进行加热化料，保温层包括从上向下依次设置的上保温层、中保温层、下保温层，中保温层设置在加热器与中炉筒之间，下保温层设置在安装座与下炉筒之间，驱动部件的上端穿过下炉筒的底部，以与安装座连接，进而驱动坩埚旋转和升降，所述热场还包括中排气组件，在下炉筒的侧壁上对称设置第一排气套和第二排气套，第一排气套的一端及第二排气套的一端外漏在下炉筒外部，用于与外部抽气机构连接，第一排气套的另一端及的另一端穿过下炉筒及保温层，以与中排气组件连通，中排气组件包括第一排气管、第二排气管、排气环，第一排气管、第二排气管对称设置在加热器的两侧，第一排气管、第二排气管靠近保温层设置，第一排气管、第二排气管均为竖直设置的空心直管，第一排气管的下端与第一排气套连通，第一排气管的上端与排气环连接，第二排气管的下端与第二排气套连通，第二排气管的上端与排气环连接，排气环为一圆环，排气环设置在坩埚及加热器的上方的热场内，排气环包括内侧环壁、外侧环壁、环底，内侧环壁、外侧环壁为同心圆，环底连接在内侧环壁、外侧环壁之间，以形成U型环槽，还在内侧环壁、外侧环壁上分别开设进气口和出气口，出气口与第一排气管、第二排气管的上端连通，进气口与内侧环壁内侧的热场连通，以从坩埚口部上方的热场内排出气体。

2.如权利要求1所述的中排气式单晶炉，其特征在于：所述内侧环壁上的进气口为对称设置的至少四个，所述外侧环壁上的出气口为对称设置的两个，以对热场内的气体均匀抽吸，所述出气口和进气口错位设置。