CN211367801U - 一种新型直拉单晶炉用冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型直拉单晶炉用冷却装置，包括水冷套和置于所述水冷套下方的钼内衬，所述水冷套靠近所述钼内衬一侧为倾斜设置的倾斜段，所述水冷套远离所述钼内衬一侧为竖直设置竖直段；所述钼内衬上端口内径大于其下端口内径，且与所述水冷套下端口内径相同；所述钼内衬倾斜角度不小于所述水冷套倾斜角度。本实用新型冷却装置，尤其适用于大尺寸硅棒的拉制，解决了现有技术中冷却效果差、影响单晶硅棒拉制的技术问题，本冷却装置结构简单，水冷效果好，保证硅液纯度，提高单晶硅棒拉制品质，提高生产效率。

Description

一种新型直拉单晶炉用冷却装置

技术领域

本实用新型属于直拉硅单晶炉所用辅助装置技术领域，尤其是涉及一种新型直拉单晶炉用冷却装置。

背景技术

现有冷却装置包括导流筒、水冷套和钼内衬，其中钼内衬设置在导流筒内侧并位于水冷套下方，水冷套可以对自动上升的晶体硅棒进行冷却，吸收硅棒表面热量，使硅棒内应力及时释放，以提高单晶拉速，减少晶体缺陷发生，钼内衬可防止放置在导流筒和水冷套之间的碳毡进入炉体内部，以增加热反射量，保证单晶的生长速度。而现有水冷装置的冷却效果仅适用于小尺寸直径硅棒，不适用于对于直径为240-310mm的大尺寸硅棒的拉制，不仅水冷效果差而且水冷套的结构也不合适，钼内衬的安装位置处容易产生位移偏移，不稳定，而且还影响稳温埚位的视线观察。同时导流筒内部的石墨件容易因为长时间的高温炙烤而酥碎、掉渣，这些碎渣容易掉落在硅液里，进而影响单晶品质。

实用新型内容

本实用新型提供一种新型直拉单晶炉用冷却装置，尤其适用于大尺寸硅棒的拉制，解决了现有技术中冷却效果差、影响单晶硅棒拉制的技术问题，本冷却装置结构简单，水冷效果好，保证硅液纯度，提高单晶硅棒拉制品质，提高生产效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种新型直拉单晶炉用冷却装置，包括水冷套和置于所述水冷套下方的钼内衬，所述水冷套靠近所述钼内衬一侧为倾斜设置的倾斜段，所述水冷套远离所述钼内衬一侧为竖直设置竖直段；所述钼内衬上端口内径大于其下端口内径，且与所述水冷套下端口内径相同；所述钼内衬倾斜角度不小于所述水冷套倾斜角度。

进一步的，所述钼内衬倾斜角度为25-30°

进一步的，所述钼内衬上端面外侧设有凸台，所述凸台沿所述钼内衬外壁水平向外延伸设置，所述凸台厚度与所述钼内衬厚度相同。

进一步的，所述钼内衬远离所述凸台一端设有开口朝外设置的凹槽，所述凹槽贯穿所述钼内衬壁厚设置。

进一步的，所述凹槽沿所述钼内衬厚度向所述钼内衬中心轴线设置，所述凹槽厚度大于所述钼内衬厚度。

进一步的，所述凹槽为U型结构，所述凹槽开口垂直于所述钼内衬下端面设置。

进一步的，所述凹槽顶端位于所述凸台下端面下方，且所述凹槽高度大于所述钼内衬高度的一半。

进一步的，述钼内衬厚度小于所述水冷套厚度。

进一步的，所述水冷套竖直段的高度小于所述水冷套倾斜段的高度。

进一步的，所述水冷套上端口内径为400-500mm；所述水冷套下端口的内径为350-450mm。

与现有技术相比，本实用新型冷却装置，尤其适用于大尺寸硅棒的拉制，解决了现有技术中冷却效果差、影响单晶硅棒拉制的技术问题，结构简单，水冷效果好，保证硅液纯度，提高单晶硅棒拉制品质，提高生产效率。上直下斜式的水冷套提高吸热面积，吸收单晶结晶潜热，改善晶体纵向温度梯度，有效降低单晶生长过程中产生的缺陷，提高单晶品质。优化钼内衬结构，能够更好的隔绝导流筒内的碳毡进入硅液中，使其与水冷套和导流筒的安装位置稳定且固定效果好，不易发生位置偏移，保温效果好，而且还不影响稳温埚位的视线观察，同时还可防止碳毡毛或碳渣掉落在硅液里，保证产品质量。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的冷却装置置于炉体内的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的钼内衬的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例的A部凸台的放大图；

图4是本实用新型一实施例的B部凹槽的放大图；

图5是本实用新型一实施例的钼内衬的俯视图；

图6是本实用新型一实施例的钼内衬的侧视图；

图7是本实用新型一实施例的筛分段的剖视图。

图中：

10、钼内衬 11、凸台 12、凹槽

20、水冷套 21、竖直段 22、倾斜段

23、阶梯槽 30、导流筒 40、碳毡

50、炉体 60、石英坩埚

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提出一种新型直拉单晶炉用冷却装置，如图1所示，包括水冷套20和置于水冷套20下方的钼内衬10，在单晶拉制的单晶炉炉体50内，水冷套20和钼内衬10同轴设置在导流筒30的内部，在导流筒30和水冷套20、钼内衬10之间设有碳毡40，在炉体50上端外壁上设有CCD摄像机。本实用新型提出的冷却装置，主要适用于直径为240-310mm的单晶硅棒30的拉制，生长的硅棒30依次贯穿导流筒30、钼内衬10和水冷套20逐渐向上移动。

具体地，如图1所示，钼内衬10上端口内径D1大于其下端口内径D2，即倒锥形结构，钼内衬10上端口内径D1与水冷套20的下端口内径D3相同，钼内衬10的倾斜角度α不小于水冷套20的倾斜角度θ，钼内衬10的倾斜角度α为25-30°。钼内衬10的倾斜角度大于α或等于水冷套20的倾斜角度θ，有利于氩气流与单晶硅棒之间的热交换，保证单晶晶体生长。同时这一角度的设置使得经过氩气流与单晶硅棒之间的热交换更加轻缓，使得晶体硅棒的冷却幅度均匀且缓慢，进而可保持单晶硅棒在长晶过程中的热量平衡，改善单晶硅棒的成晶质量，达到提高单晶硅棒品质的目的。

如图2所示，在本实施例中，钼内衬10的高度H1为80-120mm，钼内衬10的上端口内径D1与水冷套20下端口内径D4相同，即为350-450mm，钼内衬10的下端口内径D2为300-350mm，钼内衬10的厚度小于水冷套20的厚度，钼内衬10的厚度为1-3mm。进而可使单晶硅棒与钼内衬10的下端口内径D2之间留有足够的安全距离，保证单晶硅棒的拉制。钼内衬10的上端面外侧设有凸台11，如图3所示，凸台11沿钼内衬10的外壁水平向外延伸设置，凸台11的厚度与钼内衬10的厚度相同，保证钼内衬10厚度的均匀性，凸台11的外径相对于钼内衬10上端面外圆的直径大4-10mm。凸台11可与水冷套20的倾斜段22下端面内侧的环形阶梯槽23卡固连接，防止钼内衬10移动，避免钼内衬10与水冷套20卡固不严，影响碳毡的保温效果，同时还可避免由于钼内衬10的移动错位而影响CCD摄像机对炉体50中石英坩埚60内固液界面的观察视线。同时钼内衬10的下端面与导流筒30底部的中间环形底孔贴合连接，位置稳定且不易活动。

如图4-6所示，进一步的，钼内衬10远离凸台11的一端设有开口朝外设置的凹槽12，凹槽12的数量为一个，凹槽12贯穿钼内衬10的侧面壁厚设置，凹槽12是沿垂直于钼内衬10的厚度向钼内衬10的中心轴线设置，凹槽12的厚度大于钼内衬10的厚度。优选地，凹槽12为对称设置的U型结构，凹槽10的开口垂直于钼内衬10下端面设置，凹槽12的顶端位于凸台11的下端面下方，且凹槽12的高度H2大于钼内衬10的高度H1的一半。在本实施例中，凹槽12的厚度为5-8mm，凹槽12的高度为45-60mm。凹槽12是与固定在炉体50上的液位杆配合(图省略)，目的是使液位杆监控硅液熔体位置，防止硅液溶体不与导流筒30接触，避免出现喷硅而出现炸裂的风险。凹槽12与导流筒30下部的碳毡贴合连接，不仅可阻挡碳毡毛掉入石英坩埚60内，而且还可以接住位于导流筒30上部的石墨热场件由于长时间高温炙烤而形成的氧化物或杂质的脱落，避免流入石英坩埚60内，能够更好的隔绝导流筒内的碳毡及其它杂质进入硅液中，保证硅液的纯度，保证单晶硅棒的品质。

具体地，如图7所示，水冷套20为上直下斜式，水冷套20靠近钼内衬10一侧为倾斜设置的倾斜段22，远离钼内衬10的一侧为竖直设置竖直段21，竖直段21的高度小于倾斜段22的高度，水冷套20中竖直段21的上端口内径也即是竖直段21下端口内径D3为400-500mm；水冷套20倾斜段22的下端口内径D4为350-450mm。在水冷套20中倾斜段22的下端面内侧设有环形结构的阶梯槽23，阶梯槽23与凸台11相适配，可以固定卡固钼内衬10，以使钼内衬10稳固安装在水冷套20的下端面上。

进一步的，水冷套20的本体高度H3不大于600mm且不小于200mm，竖直段21的高度H4小于倾斜段22的高度，且竖直段21的高度H4是本体高度H3的1/12-1/3，优选地，竖直段21的高度H4为50-200mm。竖直段21的内径D3为400-500mm，即下段部上端口的内径为400-500mm，倾斜段22下端口的内径D4为350-450mm。水冷套20中设有冷水道，冷水道的结构可以是环形结构也可以是螺旋形结构也可以相互结合的结构，只要能形成环形流通的冷却水道，都可以满足本案要求，在此不做具体限制。由于单晶硅棒的直径较大，本身散热较慢，其内部的热应力较大，所以需要增加单晶硅棒外壁的水冷效果，本实施例中的水冷套20与单晶炉炉体连接方式保持不变，竖直设置的竖直段21和倾斜设置的倾斜段22增加了纵向高度的水冷面积，进而增加了水冷套20的冷却面积，从而可有效提高硅棒的散热速度，降低其内部热应力，进而可降低位错发生，改善单晶缺陷。同时一体设置的竖直段21和倾斜段22，尤其是单晶硅棒初期时，可使单晶硅棒能均匀被冷却，防止单晶硅棒因冷热交替过快而产生炸裂，同时还避免出现漏硅、喷硅的风险。竖直设置的竖直段21可更好地吸收单晶硅棒传出的热量，保证对单晶硅棒冷却的均匀性；倾斜设置的倾斜段22逐步与单晶硅棒贴近，可进一步加强对单晶硅棒的冷却效果，尤其是在等径阶段，可提升固液界面的转换速度，提高单晶硅棒的拉速，进而改善单晶硅棒晶体的温度梯度。

本实施例中的工作过程：单晶硅棒成晶后，受设置在炉体50副室中提拉绳拉力的作用竖直缓慢向上移动，依次贯穿导流筒30、钼内衬10和水冷套20，氩气经过上直下斜式水冷套10后，再经过钼内衬10从导流筒30与固液界面处向外侧流动，水冷套10内部流通的冷却水吸收单晶硅棒结晶的潜热，改善晶体纵向温度梯度，有效降低单晶生长过程中产生的缺陷，提高单晶品质；钼内衬10稳定固定在水冷套和导流筒之间，能够更好的隔绝导流筒内的碳毡进入硅液中，防止碳毡毛或碳渣掉落在硅液里，保持硅液纯度。

与现有技术相比，本实用新型冷却装置，尤其适用于大尺寸硅棒的拉制，解决了现有技术中冷却效果差、影响单晶硅棒拉制的技术问题，结构简单，水冷效果好，保证硅液纯度，提高单晶硅棒拉制品质，提高生产效率。上直下斜式的水冷套提高吸热面积，吸收单晶结晶潜热，改善晶体纵向温度梯度，有效降低单晶生长过程中产生的缺陷，提高单晶品质。优化钼内衬结构，能够更好的隔绝导流筒内的碳毡进入硅液中，使其与水冷套和导流筒的安装位置稳定且固定效果好，不易发生位置偏移，保温效果好，而且还不影响稳温埚位的视线观察，同时还可防止碳毡毛或碳渣掉落在硅液里，保证产品质量。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种新型直拉单晶炉用冷却装置，包括水冷套和置于所述水冷套下方的钼内衬，其特征在于，所述水冷套靠近所述钼内衬一侧为倾斜设置的倾斜段，所述水冷套远离所述钼内衬一侧为竖直设置竖直段；所述钼内衬上端口内径大于其下端口内径，且与所述水冷套下端口内径相同；所述钼内衬倾斜角度不小于所述水冷套倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的一种新型直拉单晶炉用冷却装置，其特征在于，所述钼内衬倾斜角度为25-30°。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型直拉单晶炉用冷却装置，其特征在于，所述钼内衬上端面外侧设有凸台，所述凸台沿所述钼内衬外壁水平向外延伸设置，所述凸台厚度与所述钼内衬厚度相同。

4.根据权利要求3所述的一种新型直拉单晶炉用冷却装置，其特征在于，所述钼内衬远离所述凸台一端设有开口朝外设置的凹槽，所述凹槽贯穿所述钼内衬壁厚设置。

5.根据权利要求4所述的一种新型直拉单晶炉用冷却装置，其特征在于，所述凹槽沿所述钼内衬厚度向所述钼内衬中心轴线设置，所述凹槽厚度大于所述钼内衬厚度。

6.根据权利要求5所述的一种新型直拉单晶炉用冷却装置，其特征在于，所述凹槽为U型结构，所述凹槽开口垂直于所述钼内衬下端面设置。

7.根据权利要求6所述的一种新型直拉单晶炉用冷却装置，其特征在于，所述凹槽顶端位于所述凸台下端面下方，且所述凹槽高度大于所述钼内衬高度的一半。

8.根据权利要求7所述的一种新型直拉单晶炉用冷却装置，其特征在于，述钼内衬厚度小于所述水冷套厚度。

9.根据权利要求1-2、4-8任一项所述的一种新型直拉单晶炉用冷却装置，其特征在于，所述水冷套竖直段的高度小于所述水冷套倾斜段的高度。

10.根据权利要求9所述的一种新型直拉单晶炉用冷却装置，其特征在于，所述水冷套上端口内径为400-500mm；所述水冷套下端口的内径为350-450mm。

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