CN209702906U - 一种单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于晶体生长设备技术领域，具体涉及一种单晶炉。该单晶炉包括单晶炉炉腔、石英坩埚、石墨加热器，石英坩埚上边缘设置有石英坩埚上沿，石英坩埚上沿远离石英坩埚本体一侧设置有石英坩埚翻边，所述石英坩埚与石墨加热器相匹配；单晶炉炉腔顶部设置有晶种旋转机构，两者连接处设置有凸台，晶种旋转机构竖直方向设置有穿过凸台的籽晶杆，籽晶杆与凸台连接部设置有密封胶，籽晶杆中心轴与单晶炉炉腔中心轴重叠，籽晶杆底端设置有籽晶；籽晶杆中间部位设置有激光传感器，单晶炉炉腔侧壁设置有至少2个激光块。该种单晶炉体系受热均匀，可以有效避免硅料融化时飞溅到石墨件上；降低热场温度变化对单晶硅生产质量的影响，晶体生长过程可控。

Description

一种单晶炉

技术领域

本实用新型属于晶体生长设备技术领域，具体涉及一种单晶炉。

背景技术

提拉法是目前生长单晶体的常用方法，其工作原理是将构成晶体的原料放在坩埚中加热融化，在溶体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。

目前单晶炉大多将提拉称重单元直接固定在炉腔顶部，虽然在晶体生长之前通过调整紫晶杆以及籽晶夹头，可以保证籽晶杆的同心度以及籽晶位于坩埚中心。但是在晶体生长过程中，由于通冷却水的炉腔会发生不同程度的热胀冷缩，固定于炉腔顶部的晶种旋转机构会随着不锈钢炉腔的形变而发生倾斜，从而导致籽晶杆摆动，影响生长晶体的质量；硅料融化时在石英坩埚中出现塌料的现象，固体冲击融化的液体，硅料飞溅至石墨件上，会减少石墨件的使用寿命；坩埚通常采用拖杆支撑，单杆支撑容易在升降坩埚时会时融化的硅料液面产生波纹，晶体生长时容易错位生长，晶体生长方向与籽晶方向不一致，影响晶体的质量以及晶体器件加工的利用率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对上述缺陷，本实用新型提供一种单晶炉，体系受热均匀，可以有效避免硅料融化时飞溅到石墨件上，延长石墨件的使用寿命；降低热场温度变化对单晶硅生产质量的影响，同时晶体生长过程可控。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案如下：一种单晶炉，包括单晶炉炉腔、石英坩埚、石墨加热器，所述的石英坩埚上边缘设置有石英坩埚上沿，所述的石英坩埚上沿远离石英坩埚本体一侧设置有石英坩埚翻边，所述的石英坩埚侧壁与石英坩埚上沿、石英坩埚翻边形成凹槽，所述的石英坩埚本体横截面为U形，所述石墨加热器横截面为U形，所述的石墨加热器上边沿与石英坩埚外侧凹槽相匹配，所述的石墨加热器底部与石英坩埚底部相匹配，即所述的石英坩埚与石墨加热器相匹配；所述的石墨加热器底部设置有升降机构；石英坩埚与石墨加热器紧密连接，石墨加热器提供的热量直接传导至坩埚，减少了热量传递时的损失，且石英坩埚受热均匀；石英坩埚侧壁与石英坩埚上沿、石英坩埚翻边形成的凹槽可以有效包裹石墨加热器上边沿，避免了硅料融化出现塌料现象时硅料飞溅到石墨件上，延长了石墨件的使用寿命。

所述的单晶炉炉腔顶部设置有晶种旋转机构，所述晶种旋转机构与单晶炉炉腔炉体连接处设置有凸台，所述晶种旋转机构竖直方向设置有穿过凸台的籽晶杆，所述籽晶杆中心轴与单晶炉炉腔中心轴重叠，所述的籽晶杆与凸台连接部设置有密封胶，所述的籽晶杆底端设置有籽晶；所述的单晶炉炉腔中段设置有冷却水管道。所述的凸台可以有效将籽晶杆和单晶炉炉腔之间隔离，避免单晶炉炉腔内热量传递到籽晶杆上，保障晶体在生长过程中籽晶杆的稳定性，降低热场温度变化对晶体生长质量的影响；冷却水管道设置在单晶炉炉腔中段，有目的的将籽晶段的热量带离体系，促进晶体生长。

进一步的，所述的籽晶杆中间部位设置有激光传感器，所述的单晶炉炉腔侧壁设置有至少2个激光块，所述激光块与激光传感器设置的位置相匹配；通过设置的激光块发射激光束，激光束通过激光传感器判断籽晶杆是否一直位于石英坩埚中心，根据激光传感器反馈结果及激光束位置判断晶体生长过程，晶体生长过程可控。

进一步的，所述的单晶炉炉腔侧壁设置有保温层，保温层可以有效避免单晶炉炉腔下方的散失，提高热量的利用率，节约能源。

进一步的，所述的升降机构至少有2个，至少2个升降机构且同步升降，可以保证石墨加热器的稳定性，进一步保证石英坩埚的稳定性，石英坩埚中液体表面波动小，晶体生长过程稳定可靠，有利于获得高质量的晶体。

本实用新型的有益效果是：采用上述方案，石英坩埚与石墨加热器紧密连接，石墨加热器提供的热量直接传导至坩埚，减少了热量传递时的损失，且石英坩埚受热均匀；石英坩埚侧壁与石英坩埚上沿、石英坩埚翻边形成的凹槽可以有效包裹石墨加热器上边沿，避免了硅料融化出现塌料现象时硅料飞溅到石墨件上，延长了石墨件的使用寿命；凸台可以有效将籽晶杆和单晶炉炉腔之间隔离，避免单晶炉炉腔内热量传递到籽晶杆上，保障晶体在生长过程中籽晶杆的稳定性，降低热场温度变化对晶体生长质量的影响；冷却水管道设置在单晶炉炉腔中段，有目的的将籽晶段的热量带离体系，促进晶体生长；通过设置的激光块发射激光束，激光束通过激光传感器判断籽晶杆是否一直位于石英坩埚中心，根据激光传感器反馈结果及激光束位置判断晶体生长过程，晶体生长过程可控；保温层可以有效避免单晶炉炉腔下方的散失，提高热量的利用率，节约能源；至少2个升降机构且同步升降，可以保证石墨加热器的稳定性，进一步保证石英坩埚的稳定性，石英坩埚中液体表面波动小，晶体生长过程稳定可靠，有利于获得高质量的晶体。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本实用新型前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。

图1为本实用新型结构剖示图；

其中：1为单晶炉炉腔，2为晶种旋转机构，3为凸台，4为密封胶，5为激光块，6为籽晶杆，7为激光传感器，8为籽晶，9为石英坩埚，901为石英坩埚上沿，902为石英坩埚翻边，10为石墨加热器，11为升降机构，12为保温层，13为冷却水管道。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1，单晶炉包括单晶炉炉腔1、石英坩埚9、石墨加热器10，所述的石英坩埚9上边缘设置有石英坩埚上沿901，所述的石英坩埚上沿901远离石英坩埚9本体一侧设置有石英坩埚翻边902，所述的石英坩埚9侧壁与石英坩埚上沿901、石英坩埚翻边902形成凹槽，所述的石英坩埚9本体横截面为U形，所述石墨加热器10横截面为U形，所述的石墨加热器10上边沿与石英坩埚9外侧凹槽相匹配，所述的石墨加热器10底部与石英坩埚9底部相匹配，即所述的石英坩埚9与石墨加热器10相匹配；所述的石墨加热器10底部均匀设置有3个升降机构11，所述的3个升降机构11同步工作；

所述的单晶炉炉腔1顶部设置有晶种旋转机构2，所述晶种旋转机构2与单晶炉炉腔1炉体连接处设置有凸台3，所述晶种旋转机构2竖直方向设置有穿过凸台3的籽晶杆6，所述籽晶杆6中心轴与单晶炉炉腔1中心轴重叠，所述的籽晶杆6与凸台3连接部设置有密封胶4，所述的籽晶杆6底端设置有籽晶8；所述的单晶炉炉腔1中段设置有冷却水管道13；

所述的籽晶杆6中间部位设置有激光传感器7，所述的单晶炉炉腔1侧壁设置有至少2个激光块5，所述激光块5与激光传感器7设置的位置相匹配；所述的单晶炉炉腔1侧壁设置有保温层12。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种单晶炉，包括单晶炉炉腔(1)、石英坩埚(9)、石墨加热器(10)，其特征在于：所述的石英坩埚(9)上边缘设置有石英坩埚上沿(901)，所述的石英坩埚上沿(901)远离石英坩埚(9)本体一侧设置有石英坩埚翻边(902)，所述的石英坩埚(9)侧壁与石英坩埚上沿(901)、石英坩埚翻边(902)形成凹槽，所述的石英坩埚(9)本体横截面为U形，所述石墨加热器(10)横截面为U形，所述的石墨加热器(10)上边沿与石英坩埚(9)外侧凹槽相匹配，所述的石墨加热器(10)底部与石英坩埚(9)底部相匹配；所述的石墨加热器(10)底部设置有升降机构(11)；

所述的单晶炉炉腔(1)顶部设置有晶种旋转机构(2)，所述晶种旋转机构(2)与单晶炉炉腔(1)炉体连接处设置有凸台(3)，所述晶种旋转机构(2)竖直方向设置有穿过凸台(3)的籽晶杆(6)，所述籽晶杆(6)中心轴与单晶炉炉腔(1)中心轴重叠，所述的籽晶杆(6)与凸台(3)连接部设置有密封胶(4)，所述的籽晶杆(6)底端设置有籽晶(8)；

所述的单晶炉炉腔(1)中段设置有冷却水管道(13)。

2.如权利要求1所述的一种单晶炉，其特征在于：所述的籽晶杆(6)中间部位设置有激光传感器(7)，所述的单晶炉炉腔(1)侧壁设置有至少2个激光块(5)，所述激光块(5)与激光传感器(7)设置的位置相匹配。

3.如权利要求1或2所述的一种单晶炉，其特征在于：所述的单晶炉炉腔(1)侧壁设置有保温层(12)。

4.如权利要求1所述的一种单晶炉，其特征在于：所述的升降机构(11)至少有2个。