CN207811928U - 设置热屏组件的单晶炉 - Google Patents
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Abstract
一种设置热屏组件的单晶炉,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,热场包括坩埚、安装座、加热器、热屏组件、保温层,热屏组件包括内导流筒、外导流筒、保温填充层、支撑环、压环,内导流筒为上口大、下口小的锥形筒,外导流筒为圆柱形筒,保温填充层填充在内导流筒和外导流筒之间,压环压在外檐上方的保温填充层上,支撑环设置在外导流筒的外檐的下方,本实用新型中设置的热屏组件将坩埚内的大部分热量遮挡,避免进入晶棒通道内部,使得热屏组件内部与坩埚内部形成温度梯度,有利于晶棒的快速降温,从而提高拉速,降低拉晶成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及单晶炉技术领域,尤其涉及一种设置热屏组件的单晶炉。
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。
一般的拉晶炉热场中,都是采用石墨导流筒或者石墨导流筒+钼导流筒的方式,这样容易造成热量损失大,投资成本高,晶棒扭曲等现象,而且导流筒安装方式容易导致在拆卸导流筒时造成其损坏。
发明内容
有必要提出一种设置热屏组件的单晶炉。
一种设置热屏组件的单晶炉,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、热屏组件、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,上保温层设置在热屏组件与中炉筒之间,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,所述热屏组件包括内导流筒、外导流筒、保温填充层、支撑环、压环,内导流筒为上口大、下口小的锥形筒,外导流筒为圆柱形筒,外导流筒的顶部向外翻折形成外檐,外导流筒的底部向内翻折形成内缘,内导流筒的底部卡合在外导流筒的内缘上,保温填充层填充在内导流筒和外导流筒之间,在外导流筒的外檐上方也填充保温填充层,外檐上方的保温填充层与中炉筒内的上保温层连接,压环为环形板,压环压在外檐上方的保温填充层上,压环的内沿与内导流筒的上口接触,压环的外沿与外导流筒的外檐的边缘对齐,支撑环为环形板,支撑环设置在外导流筒的外檐的下方,支撑环的边缘与中炉筒的内部固定连接,以安放热屏组件,内导流筒、外导流筒、支撑环、压环同轴设置。
优选的,所述内导流筒为金属钼制成,外导流筒为石墨材质制成,保温填充层为石墨碳毡。
优选的,还在外导流筒与中保温层之间设置隔离内筒,隔离内筒的上端与支撑环接触,隔离内筒的下端延伸至中保温层和加热器之间,以将中保温层与热场隔离,避免石墨材料制成的中保温层的挥发物进入热场内与晶棒直接接触。
热屏组件中的内导流筒、外导流筒、保温填充层为上口大、下口小的形状,从而通过小口的下端将坩埚内的大部分热量遮挡,避免进入晶棒通道内部,使得热屏组件内部与坩埚内部形成温度梯度,有利于晶棒的快速降温,从而提高拉速,降低拉晶成本。
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的下端延伸至中保温层252和加热器之间,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 (3)
1.一种设置热屏组件的单晶炉,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、热屏组件、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,上保温层设置在热屏组件与中炉筒之间,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,所述热屏组件包括内导流筒、外导流筒、保温填充层、支撑环、压环,内导流筒为上口大、下口小的锥形筒,外导流筒为圆柱形筒,外导流筒的顶部向外翻折形成外檐,外导流筒的底部向内翻折形成内缘,内导流筒的底部卡合在外导流筒的内缘上,保温填充层填充在内导流筒和外导流筒之间,在外导流筒的外檐上方也填充保温填充层,外檐上方的保温填充层与中炉筒内的上保温层连接,压环为环形板,压环压在外檐上方的保温填充层上,压环的内沿与内导流筒的上口接触,压环的外沿与外导流筒的外檐的边缘对齐,支撑环为环形板,支撑环设置在外导流筒的外檐的下方,支撑环的边缘与中炉筒的内部固定连接,以安放热屏组件,内导流筒、外导流筒、支撑环、压环同轴设置。
2.如权利要求1所述的设置热屏组件的单晶炉,其特征在于:所述内导流筒为金属钼制成,外导流筒为石墨材质制成,保温填充层为石墨碳毡。
3.如权利要求2所述的设置热屏组件的单晶炉,其特征在于:还在外导流筒与中保温层之间设置隔离内筒,隔离内筒的上端与支撑环接触,隔离内筒的下端延伸至中保温层和加热器之间,以将中保温层与热场隔离,避免石墨材料制成的中保温层的挥发物进入热场内与晶棒直接接触。
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