CN210367996U - 一种单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种单晶炉，单晶炉包括炉体和气体循环装置，气体循环装置包括贯通管、真空泵和循环管；炉体的炉盖上开设有连通所述炉体内外的通孔；贯通管穿过所述通孔伸入炉体内部，真空泵的入口与炉体的排气管道的出口连接，真空泵的出口与循环管的一端连接；循环管的另一端和贯通管连接。本实用新型实施例中的单晶炉可以实现氩气的循环利用，无需监控氩气消耗情况，可缩短热交换时间，加快冷却效率，并且还有助于节省氩气使用量及成本。

Description

一种单晶炉

技术领域

本实用新型涉及单晶硅制造领域，特别是涉及一种单晶炉。

背景技术

为了制造单晶硅，常用的一种方法是直拉法，将固态多晶硅盛放在单晶炉的石英坩埚内，用石墨加热器通过辐射将该多晶硅加热熔化成液体熔硅，然后采用直拉的方法，将熔硅生长成单晶硅棒。在单晶生长的过程中，需要通入氩气，利用氩气带走晶体生长时液体硅凝固成固体硅产生的结晶潜热，同时将产生的SiO从单晶炉底的排气管道排出。当单晶硅棒生长结束后，单晶炉内温度还较高，为了防止高温的单晶炉热场材料接触氧气后氧化，损伤热场材料寿命，在拉晶结束后需停炉冷却一段时间，再进行清理工作。

发明人在研究上述现有技术的过程中发现，上述现有技术方案存在如下缺点：现有冷却措施，需要额外不断充入新鲜氩气，导致冷却过程耗时较长，冷却效率较低。

实用新型内容

本实用新型提供一种单晶炉，旨在解决现有单晶炉冷却过程耗时较长，冷却效率低的问题。

本实用新型实施例提供了一种单晶炉，所述单晶炉包括炉体和气体循环装置，所述气体循环装置包括贯通管、真空泵和循环管；

所述炉体的炉盖上开设有连通所述炉体内外的通孔；

所述贯通管穿过所述通孔伸入所述炉体；

所述真空泵的入口与所述炉体的排气管道的出口连接，所述真空泵的出口与所述循环管的一端连接；

所述循环管的另一端和所述贯通管连接。

可选的，所述贯通管的长度大于所述通孔至所述炉体内的坩埚底部的距离。

可选的，所述气体循环装置还包括相连接的气源和三通接头；

所述气源向所述炉体供应气体，所述气源连接于所述三通接头的第一开口，所述三通接头的第二开口与所述循环管远离所述真空泵的一端连接，所述三通接头的第三开口与所述贯通管连接。

可选的，所述气体循环装置还包括密封波纹管；

所述密封波纹管套设于所述贯通管的外部暴露于所述炉体外的部分，所述密封波纹管的一端与所述第三开口连接，所述密封波纹管的另一端与所述通孔连接。

可选的，所述气体循环装置还包括伸缩组件；

所述贯通管通过所述伸缩组件与所述炉体活动连接。

可选的，所述伸缩组件为丝杠滑块组件、电动气缸组件、齿轮齿条组件中任意一种组件。

可选的，所述丝杠滑块组件包括滚珠丝杠、滑块支架和驱动电机；

所述滑块支架与所述滚珠丝杠通过螺纹连接，所述驱动电机的输出轴与所述滚珠丝杠固定连接；

所述贯通管与所述滑块支架固定连接，所述滚珠丝杠与所述炉体固定连接。

可选的，所述气体循环装置还包括阀门开关，所述阀门开关设置在循环管上。

可选的，所述气体循环装置还包括过滤器；

所述过滤器连接于所述炉体与所述真空泵之间，所述过滤器的入口与所述炉体的排气管道的出口连接，所述过滤器的出口与所述真空泵的入口连接。

可选的，所述循环管为双层中空水冷结构，所述循环管包括同轴安装的内套管和外套管，所述内套管的外径小于所述外套管的内径，所述内套管的外壁和所述外套管的内壁之间具有间隙。

在本实用新型实施例中，单晶炉包括有贯通管、真空泵和循环管，通过真空泵可将炉体排出的氩气抽出，再通过循环管和贯通管回送进单晶炉的炉体内部，从而可以实现氩气的循环利用，无需监控氩气消耗情况，可缩短热交换时间，加快冷却效率，并且还有助于节省氩气使用量及成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例中一种单晶炉的示意图；

图2示出了本实用新型实施例中另一种单晶炉的示意图；

图3示出了本实用新型实施例中图1的I位置的局部放大图；

图4示出了本实用新型实施例中一种循环管的示意图。

附图编号说明：

10-炉体，11-气体循环装置，111-直通管，112-真空泵，113-循环管，114-气源，115-三通接头，116-密封波纹管，117-伸缩组件，118-阀门开关，119-过滤器，1131-内套管，1132-外套管，1171-滚珠丝杠，1172-滑块支架，1173-驱动电机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

参照图1，示出了本实用新型提供的一种单晶炉的结构示意图，所述单晶炉包括炉体10和气体循环装置11，所述气体循环装置11包括贯通管111、真空泵112和循环管113；

所述炉体10的炉盖上开设有连通所述炉体内外的通孔；

所述贯通管111贯通管穿过所述通孔伸入所述炉体10内部；

所述真空泵112的入口与所述炉体10的排气管道的出口连接，所述真空泵112的出口与所述循环管113的一端连接；

所述循环管113的另一端和所述贯通管111连接。

具体而言，如图1所示，本实用新型提供的一种单晶炉包括炉体10和气体循环装置11。炉体10中安放有用于加热多晶硅的坩埚，在炉体10内的热场中温度最高的部件是加热器、热屏、锅底料、坩埚等，这些部件处于炉体10的下部。炉体10的炉盖上开设有通孔，该通孔连通炉体10内外，借助该通孔可将外部惰性气体(如氩气)导入到炉内换热降温。

气体循环装置11中的贯通管111与炉体10连接，并穿过炉盖上的通孔伸入炉体10的内部。真空泵112的入口与炉体10的排气管道的出口连接，真空泵112的出口与循环管113的一端连接，循环管113的另一端和贯通管111连接。从而，真空泵112将从炉体10排出的气体可以通过管道及炉盖上的通孔送回至炉体10内部。

在本实用新型实施例中，单晶炉包括有贯通管、真空泵和循环管，通过真空泵可将氩气抽出，再通过循环管和贯通管回送进单晶炉的炉体内部，从而可以实现氩气的循环利用，无需监控氩气消耗情况，可缩短热交换时间，加快冷却效率，并且还有助于节省氩气使用量及成本。

实施例二

参照图2，在前述实施例一的基础上，所述贯通管111的长度大于所述通孔至所述炉体10内的坩埚底部的距离。

具体而言，直通管111的长度大于通孔至炉体10内的坩埚底部的距离，因此，可将直通管111直接伸入到坩埚底部。从而，进入炉内的惰性气体优先与炉体10内下部的高温部件换热，随着气体体积的增加，惰性气体上升到炉体10内上部，完成与下部高温部件换热后的惰性气体开始与上部低温部件换热，从而，优先与高温部件换热，利用较大的温差可以提升换热效率。

可选的，参照图2，所述气体循环装置11还包括相连接的气源114和三通接头115；

所述气源114向所述炉体10供应气体，所述气源114连接于所述三通接头115的第一开口，所述三通接头115的第二开口与所述循环管113远离所述真空泵112的一端连接，所述三通接头115的第三开口与所述贯通管111连接。

具体而言，如图2所示，前述的气体循环装置11还包括气源114和三通接头115，该气源114为炉体10输送惰性气体，该三通接头115可以为金属的T形或Y形接头。该三通接头115的第一开口与单晶炉的气源114连接，通过第一开口可用于向炉体10内输送惰性气体，三通接头115的第二开口与循环管113远离真空泵112的一端连接，第二开口可用于接收来自循环管113送来的惰性气体，三通接头115的第三开口与贯通管111连接，将来自第一开口的气体或第二开口的气体输送至炉体10内。因此，三通接头115既可以控制输入外部气源，也可输入经回收的循环气源。

可选的，参照图1和图3，所述气体循环装置11还包括密封波纹管116；

所述密封波纹管116套设于所述贯通管111暴露于所述炉体10外的部分，所述密封波纹管116的一端与所述第三开口连接，所述密封波纹管116的另一端与所述通孔连接。

具体而言，如图1和图3所示，前述气体循环装置11还包括密封波纹管116，该密封波纹管116套设于贯通管111暴露于炉体10外的部分。密封波纹管116的一端与三通接头115的第三开口连接，密封波纹管116的另一端与炉体10的通孔连接，密封波纹管116被夹在三通接头与单晶炉盖之间，得到固定。在密封波纹管116两端的连接部位，还可以进一步通过密封胶进行密封，从而密封波纹管的使用有助于保证气体输送的密封性。

可选的，参照图1和图3，所述气体循环装置11还包括伸缩组件117；

所述贯通管111通过所述伸缩组件117与所述炉体10活动连接。

具体而言，如图1所示，前述气体循环装置11还包括伸缩组件117，该伸缩组件117可以为丝杠滑块组件、电动气缸组件、齿轮齿条组件中任意一种组件。贯通管111通过伸缩组件117与炉体10活动连接。以丝杠滑块组件为例，如图3所示，丝杠滑块组件可以包括滚珠丝杠1171、滑块支架1172和驱动电机1173，滑块支架1172与滚珠丝杠1171通过螺纹连接，当滚珠丝杠1171转动时，滑块支架1172可沿着滚珠丝杠1171的轴线方向直线运动。驱动电机1173的输出轴与滚珠丝杠1171固定连接，为滚珠丝杠1171的转动提供动力。贯通管111与滑块支架1172固定连接，滚珠丝杠1171与炉体10固定连接，具体连接时，滚珠丝杠1171与驱动电机1173可共同固定在一L形支架上，通过L形支架与炉体10连接。从而当驱动电机1173驱动滚珠丝杠1171转动时，带动滑块支架1172的直线运动，进而带动贯通管111相对炉体10伸缩可以实现贯通管111的高度的调节，有助于控制通气高度，控制换热效率。

可选的，参照图2，所述气体循环装置11还包括阀门开关118，

所述阀门开关118设置在循环管113上。

具体而言，如图2所示，前述气体循环装置11还包括阀门开关118，该阀门开关118设置在循环管113上。当该单晶炉开始需要冷却时，可将与三通接头115的第一开口连接的气源阀门关闭，切断外部气源的输入，此时打开阀门开关118，在气体循环装置11中真空泵112的作用下，炉体10内的气体通过三通接头115的第二开口不断将原有气体循环输入。

可选的，参照图2，所述气体循环装置还包括过滤器119；

所述过滤器119连接于所述炉体10与所述真空泵112之间，过滤器119的入口与所述炉体10的排气管道的出口连接，所述过滤器119的出口与所述真空泵112的入口连接。

具体而言，在本实用新型实施例的单晶炉中，从炉体10的排气管道的出口排出的氩气中含有氧化硅等微粉杂质。通过在炉体10的排气管道的出口连接过滤器119，可将氧化硅等微粉杂质过滤掉，得到较纯净的氩气。该纯净的氩气通过真空泵112泵送到循环管113中，通过循环管113输送至直通管111，从而回流进炉体10中得到循环使用。

可选的，参照图4，所述循环管113为双层中空水冷结构，所述循环管113包括同轴安装的内套管1131和外套管1132，所述内套管1131的外径小于所述外套管1132的内径，所述内套管1131的外壁和所述外套管1132的内壁之间具有间隙。

具体而言，如图4所示，前述的循环管113可以包括内套管1131和外套管11321，内套管1131的外径小于外套管1132的内径。内套管1131套设在外套管1132中，两者同轴安装。内套管1131的外壁和外套管1132的内壁之间具有空隙，可用于填充冷却介质，比如，冷却水，当高温的氩气流经内套管1131中时，流动的冷却水可以将氩气的热量传递至外套管1132，散发到空气中。从而，可保证循环进入到炉体10内的氩气为低温水冷后的氩气。

在本实用新型实施例中，单晶炉包括有贯通管、过滤器、真空泵和循环管，通过真空泵可将过滤器过滤后的氩气抽出，再通过循环管和贯通管回送进单晶炉的炉体内部，从而可以实现氩气的循环利用，节省氩气使用量及成本。由于贯通管的长度大于炉体上的通孔至炉体内的坩埚底部的距离，所以，循环的氩气可以先到达炉体底部，与坩埚、加热器等高温部件换热，然后再与上层的低温部件换热，可以提升换热效率，有效缩短换热时间。此外，伸缩组件、三通接头以及阀门开关的使用均提升了冷却过程的可控性。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种单晶炉，其特征在于，所述单晶炉包括炉体和气体循环装置，所述气体循环装置包括贯通管、真空泵和循环管；

所述炉体的炉盖上开设有连通所述炉体内外的通孔；

所述贯通管穿过所述通孔伸入所述炉体内部；

所述真空泵的入口与所述炉体的排气管道的出口连接，所述真空泵的出口与所述循环管的一端连接；

所述循环管的另一端和所述贯通管连接。

2.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，

所述贯通管的长度大于所述通孔至所述炉体内的坩埚底部的距离。

3.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述气体循环装置还包括相连接的气源和三通接头；

所述气源向所述炉体供应气体，所述气源连接于所述三通接头的第一开口，所述三通接头的第二开口与所述循环管远离所述真空泵的一端连接，所述三通接头的第三开口与所述贯通管连接。

4.根据权利要求3所述的单晶炉，其特征在于，所述气体循环装置还包括密封波纹管；

所述密封波纹管套设于所述贯通管暴露于所述炉体外的部分，所述密封波纹管的一端与所述第三开口连接，所述密封波纹管的另一端与所述通孔连接。

5.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述气体循环装置还包括伸缩组件；

所述贯通管通过所述伸缩组件与所述炉体活动连接。

6.根据权利要求5所述的单晶炉，其特征在于，

所述伸缩组件为丝杠滑块组件、电动气缸组件、齿轮齿条组件中任意一种组件。

7.根据权利要求6所述的单晶炉，其特征在于，

所述丝杠滑块组件包括滚珠丝杠、滑块支架和驱动电机；

所述滑块支架与所述滚珠丝杠通过螺纹连接，所述驱动电机的输出轴与所述滚珠丝杠固定连接；

所述贯通管与所述滑块支架固定连接，所述滚珠丝杠与所述炉体固定连接。

8.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述气体循环装置还包括阀门开关，所述阀门开关设置在循环管上。

9.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述气体循环装置还包括过滤器；

所述过滤器连接于所述炉体与所述真空泵之间，所述过滤器的入口与所述炉体的排气管道的出口连接，所述过滤器的出口与所述真空泵的入口连接。

10.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，

所述循环管为双层中空水冷结构，所述循环管包括同轴安装的内套管和外套管，所述内套管的外径小于所述外套管的内径，所述内套管的外壁和所述外套管的内壁之间具有间隙。

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