CN211367802U - 一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，包括直壁式本体，所述本体包括内层和外层，在所述内层和所述外层之间设有进水管和若干半环形导向片，在所述外层外侧设有出水管，所述进水管和所述出水管沿所述水冷套高度方向设置，所述导向片绕设于所述水冷套高度方向设置，相邻所述导向片之间形成回流通道；所述导向片一端与所述进水管连接，另一端悬空设置，相邻所述导向片与所述进水管连接的一端交错设置且分别位于所述进水管两侧。本实用新型直壁式结构的水冷套，提高水冷套空间利用率，增大水冷面积，冷却效果均匀且稳定，提高单晶生长界面的温度梯度，提升单晶品质。

Description

一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套

技术领域

本实用新型属于直拉硅单晶炉所用配件技术领域，尤其是涉及一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套。

背景技术

中国公开专利CN208567543U提出一种用于直拉炉的锥筒水冷设备，该锥形结构的水冷套有以下几个问题：

第一：锥形结构的水冷套的上段部离单晶硅棒远、下段部离单晶硅棒近，容易导致下段部对单晶的冷却强度高于上段部对单晶的冷却强度，这样容易增大单晶的热应力，进而会增加单晶的位错，使单晶缺陷扩大。

第二：锥形结构的水冷套容易在下段部产生氩气聚集，进而增大了对单晶硅棒的吹拂强度，不易成晶，降低单晶成晶率。

第三：该结构普遍适用于小尺寸直径单晶硅棒的拉制，而该结构的水冷套最小内口径过小，无法满足直径为240-310mm大尺寸单晶硅棒拉制的安全距离，由于单晶炉设备机械振动容易使单晶硅棒触碰到水冷套内壁，导致单晶掉落，造成漏硅、喷硅的危险。对于大尺寸单晶硅棒需要的热场尺寸较大，稳温温度不好控制，埚位的判断容易受其他因素干扰，根据现有水冷套的结构，妨碍单晶炉体外壁CCD摄像机对导流筒下沿与硅液界面的距离的观察，导致稳温埚位无法准确判断，影响单晶拉制质量。

第四：在该结构中，水道结构复杂且流动控制性不好，弯道较多，阻力较大，水道空间面积利用率低，致使通水量受限，水冷效果不稳定且不均匀，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硅单晶炉直壁式水冷套，解决了现有技术不适用于大尺寸直径单晶硅棒的拉制的技术问题，提高水冷套空间利用率，增大水冷面积，保持氩气流动一致，冷却效果均匀且稳定，提高单晶生长界面的温度梯度，提升单晶品质。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，包括直壁式本体，所述本体包括内层和外层，在所述内层和所述外层之间设有进水管和若干半环形导向片，在所述外层外侧设有出水管，所述进水管和所述出水管沿所述水冷套高度方向设置，所述导向片绕设于所述水冷套高度方向设置，相邻所述导向片之间形成回流通道；所述导向片一端与所述进水管连接，另一端悬空设置，相邻所述导向片与所述进水管连接的一端交错设置且分别位于所述进水管两侧。

进一步的，所述导向片相对于所述内层和所述外层垂直设置。

进一步的，所述导向片相对于所述内层和所述外层倾斜设置，所述导向片靠近所述外层一侧的位置大于所述导向片靠近所述内层一侧的位置。

进一步的，所述导向片倾斜角度为0-30°，优选地，所述导向片倾斜角度为10°

进一步的，所述导向片分别与所述内层和所述外层连接；所述导向片间隔设置且相邻所述导向片之间的距离相同，所述导向片厚度均匀相同。

进一步的，置于最下层上方的任一所述导向片的周长均大于所述导向片所在圆环周长的3/4；位于最上层所述导向片与所述进水管内壁互通连接。

进一步的，置于最下层上方的任一所述导向片远离所述进水管一端距离所述进水管的周长均相同。

进一步的，位于最下层的所述导向片一端与所述进水管外壁连接，另一端与所述出水管内壁互通连接。

进一步的，所述进水管和所述出水管并行设置，且均相对于所述外层中心轴线平行；所述进水管和所述出水管分别位于贯穿所述外层端面圆心的直线两端。

进一步的，所述进水管和所述出水管高度相同，所述进水管直径小于所述出水管直径。

采用本实用新型设计的水冷套，解决了现有技术不适用于大尺寸直径单晶硅棒的拉制的技术问题，提高水冷套空间利用率，增大水冷面积，保持氩气流动一致，冷却效果均匀且稳定，提高单晶生长界面的温度梯度，提升单晶品质。

附图说明

图1是本实用新型中实施例一的直壁式水冷套的结构示意图；

图2是本实用新型中实施例一的直壁式水冷套的俯视图；

图3是本实用新型中实施例一的内层及导向片的结构示意图；

图4是本实用新型中实施例一的回流通道的结构示意图；

图5是本实用新型中实施例二的内层及导向片的结构示意图。

图中：

10、本体 20、内层 30、外层

40、进水管 50、出水管 60、导向片

70、回流通道

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。

实施例一：

本实施例提出一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，如图1所示，包括直壁式本体10，本体10包括内层20和外层30，内层20和外层30均为直壁式结构，内层20和外层30之间为中空结构且上下两端面为封闭结构。在内层20和外层30之间设有进水管40和若干半环形导向片60，在外层30的外侧壁设有出水管50，进水管40和出水管50沿水冷套高度方向设置，导向片60绕设于水冷套高度方向设置，相邻导向片60之间形成回流通道70；导向片60的一端与进水管40连接，另一端悬空设置，相邻导向片60与进水管40连接的一端交错设置且分别位于进水管40的两侧。

在本实施例中，内层20的直径为430-500mm，可以适用于拉制直径为240-310mm的大尺寸单晶硅棒，相应地，内层20和外层30的高度为200-250mm，这种直壁式结构的水冷套，与被拉单晶硅棒保持并行设置，冷却水道与单晶硅棒的外壁始终保持同一方向，从上到下沿距离单晶的宽度相同，水冷面积较大且水冷效果均匀恒定，保证对单晶硅棒的冷却强度上下段保持一致，使单晶硅棒内的热应力及时释放，进而降低单晶的位错，最大限度地减小单晶缺陷的发生。

同时可保证进入内层20内部的氩气流通更加均匀稳定，解决了锥形结构中在靠近固液界面处容易产生氩气聚集使气流密度急剧增加而影响单晶成晶的技术问题，本结构可使氩气对单晶硅棒的吹拂强度更加均匀，进而使氩气流与单晶晶体之间的热交换更加平衡，使得晶体的冷却幅度更趋于稳定和均匀，可降低晶体在长晶过程中的热应力，减少晶体出现位错，保证单晶硅棒的品质，提高了晶体的成晶质量。本实施例的水冷套可完全适合单晶硅棒的拉制，保证在长晶过程中，不影响安装在炉体上段盖外壁处的CCD摄像机对炉体内的视线观察。这种直臂式的水冷套相交于同一上端口内径的倒锥体式水冷套，不仅增加了水冷套的冷却面积，而且可匹配大尺寸直径的单晶硅棒的长晶过程中所需的温度梯度，进而可降低晶体生长过程中的位错发生，提高成晶效果。直壁式结构的水冷套可以更好的贴合导流筒的底部，增加置于水冷套与导流筒之间碳毡的保温效果，也可减少杂质的引入。

如图2所示，进水管40和出水管50并行设置且均平行于内层20的中心轴线，进水管40和出水管50分别位于贯穿内层20端面圆心的直线两端设置；进水管40和出水管50的高度相同，进水管40的直径小于出水管的直径，目的是提高冷却水回流的流速，以节约冷却水循环的时间，提高冷却效果。在直拉单晶炉内，水冷套置于导流筒内侧，下端面靠近导流筒下端面，上端面分别通过进水管支架和出水管支架之间与进水管40和出水管50连通，并通过进水管支架和出水管支架固定在单晶炉炉体上。水从进水管40的最上端进入水冷套内部，再通过导向片60进行导向通流充满回流通道70，冷水旋转流入水冷套下端，再从出水管50的最下端流出。

如图3和4所示，导向片60相对于内层20和外层30垂直设置，也即是导向片60垂直于内层20和外层30的中心轴线设置，且分别与内层20和外层30固定连接，导向片60的厚度均匀相同，上下并行设置的导向片60为间隔设置且相邻导向片60之间的距离相同。设置在最下层上方的任一导向片60的周长均大于导向片60所在圆环周长的3/4，置于最下层上方的任一导向片60远离进水管40的一端距离进水管40的周长均相同，即置于最下层上方的任一导向片60的周长长度均相同，且均大于3/4的导向片60所在圆环位置周长；同时位于最上层的导向片60即靠近进水管40上端口的导向片60与进水管40的内壁互通连接，进而可使进水管40的冷却水流通进入水冷套中的回流通道70内，位于最上层和最下层之间的所有导向片60的一端均是与进水管40的外壁连接但不连通，另一端悬空固定设置。进水管40作为格挡使冷却水沿回流通道70在内层20和外层30之间流通。上下设置的导向片60与进水管40连接的一端交错设置且分别位于进水管40的两侧，导向片60的一端与进水管40连接，另一端悬空固定设置，且位于最上层的导向片60与进水管40的内壁互通连接，其它所有导向片60均与进水管40的外壁连接但不与进水管40的内壁连通。位于最下层的导向片60为半圆环形结构，一端与进水管40的外壁连接，另一端与出水管50的内壁互通连接，这样就可以保证流经回流通道70的冷却水通过导向片60与出水管50最下端的互通孔排出，完成水循环。

在本实施例中，仅有最上层的导向片60与进水管40的最上端处连通，最下层的导向片60与出水管50的最下端处连通，冷却水通过进水管40丛最上层的导向片60进入水冷套内部沿最上层的回流通道70，环绕水冷套周缘从导向片60的另一端的缺口处下落至相邻下方的导向片60上，进而进入下一层回流通道70内；该导向片60与缺口处的进水管40的外壁连接，进水管40隔挡着冷却水使其仅能沿着回流通道70相对于上一层水流方向相反的方向回流，从本层导向片60的另一端缺口处下落进入下下一层的导向片60所形成的回流通道70上，依次旋转流通进入最下层的导向片60所形成的回流通道70上，最后从导向片60与出水管50连通的孔进入出水管50内循环流出。直壁式结构的水冷套可使单晶硅棒冷却均匀，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。

进一步的，导向片60远离进水管40的一端距离进水管40的周长均相同，即除最下层的导向片60，其它所有导向片60的周长均相同，都是大于其周长的一半且距离进水管40的周长，导向片60的一端与进水管40连接，另一端距离进水管40有一定间隙，且相邻与进水管40连接的一端交错设置并分别位于进水管40的两侧；最下层的导向片60为其周长的一半，两端分别与进水管40的外壁连接和出水管50的内壁互通连接。这一结构使得在水冷套内部中，除了导向片60和进水管40其它均充满冷却水，进而增大了水冷面积，提高了水冷效果，上下反向的冷却水的水流方向可相互抵消因吸收内热而造成的热交换失衡。

实施例二：

如图5所示，与实施例一相比，本实施例最大的区别在于导向片60相对于内层20和外层30是倾斜设置，导向片60靠近外层20一侧的位置大于靠近内层30一侧的位置，导向片60斜向上倾斜设置，且导向片60的倾斜角度为0-30°，优选地，导向片60的倾斜角度为10°。上下相邻的导向片60均并行设置，都靠近外层30一侧斜向上设置，这一结构的导向片60更易于冷却水的回流，且均靠向内层20一侧设置，使得靠近内层20一侧的水冷面积和速度均高于靠近外层30一侧，进而可增加对单晶硅棒的水冷效果，同时还可提高置于水冷套与导流筒外层30外壁之间碳毡的保温效果，提高单晶拉制品质和生产效率。

与现有技术相比，采用本实用新型设计的直臂式水冷套，不仅增加了水冷套的冷却面积，而且可匹配大尺寸直径的单晶硅棒的长晶过程中所需的温度梯度，进而可降低晶体生长过程中的位错发生，提高成晶效果。

本结构的水冷套与被拉单晶硅棒保持并行设置，冷却水道与单晶硅棒的外壁始终保持同一垂直方向，从上到下沿距离单晶的宽度相同，水冷面积较大且水冷效果均匀恒定，保证对单晶硅棒的冷却强度上下段保持一致，使单晶硅棒内的热应力及时释放，而且还可以更好的贴合导流筒的底部，增加置于水冷套与导流筒之间碳毡的保温效果，也可减少杂质的引入。

本实用新型水冷套可使流经内部的氩气对单晶硅棒的吹拂强度更加均匀，进而使氩气流与单晶晶体之间的热交换更加平衡，使得晶体的冷却幅度更趋于稳定和均匀，可降低晶体在长晶过程中的热应力，减少晶体出现位错，保证单晶硅棒的品质，提高了晶体的成晶质量。

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 (11)

1.一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，其特征在于，包括直壁式本体，所述本体包括内层和外层，在所述内层和所述外层之间设有进水管和若干半环形导向片，在所述外层外侧设有出水管，所述进水管和所述出水管沿所述水冷套高度方向设置，所述导向片绕设于所述水冷套高度方向设置，相邻所述导向片之间形成回流通道；所述导向片一端与所述进水管连接，另一端悬空设置，相邻所述导向片与所述进水管连接的一端交错设置且分别位于所述进水管两侧。

2.根据权利要求1所述的一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，其特征在于，所述导向片相对于所述内层和所述外层垂直设置。

3.根据权利要求1所述的一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，其特征在于，所述导向片相对于所述内层和所述外层倾斜设置，所述导向片靠近所述外层一侧的位置大于所述导向片靠近所述内层一侧的位置。

4.根据权利要求3所述的一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，其特征在于，所述导向片倾斜角度为0-30°。

5.根据权利要求4所述的一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，其特征在于，所述导向片倾斜角度为10°。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，其特征在于，所述导向片分别与所述内层和所述外层连接；所述导向片间隔设置且相邻所述导向片之间的距离相同，所述导向片厚度相同。

7.根据权利要求6所述的一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，其特征在于，置于最下层上方的任一所述导向片的周长均大于所述导向片所在圆环周长的3/4；位于最上层所述导向片与所述进水管内壁互通连接。

8.根据权利要求7所述的一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，其特征在于，置于最下层上方的任一所述导向片远离所述进水管一端距离所述进水管的周长均相同。

9.根据权利要求8所述的一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，其特征在于，位于最下层的所述导向片一端与所述进水管外壁连接，另一端与所述出水管内壁互通连接。

10.根据权利要求1-5、7-9任一项所述的一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，其特征在于，所述进水管和所述出水管并行设置，且均相对于所述外层中心轴线平行；所述进水管和所述出水管分别位于贯穿所述外层端面圆心的直线两端。

11.根据权利要求10所述的一种新型直拉硅单晶炉直壁式水冷套，其特征在于，所述进水管和所述出水管高度相同，所述进水管直径小于所述出水管直径。

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