CN212316278U - 一种拉晶生长装置及单晶硅生产设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种拉晶生长装置，包括提拉器、水冷器及换热器；所述换热器为筒状换热器，所述筒状换热器的直径从靠近固液界面的一端向远离固液界面的一端逐渐扩大；所述换热器的内壁包括多个沿所述提拉器的提拉方向排列的吸热凹坑；所述提拉器的提拉方向与所述筒状换热器的轴线方向相同，且穿过所述筒状换热器的孔洞；所述水冷器与所述换热器接触设置，所述换热器通过所述水冷器与外界热交换。本实用新型通过在所述换热器的内壁设置所述吸热凹坑，增加了所述换热器与晶棒间的换热面积，通过凹陷的吸热凹坑使来自所述晶棒的热辐射在凹坑内部反射，提升了吸热效率，从而提高了单晶生长速度。本实用新型了一种具有上述有益效果的单晶硅生产设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体晶体制备领域，特别是涉及一种拉晶生长装置及单晶硅生产设备。
背景技术
随着新能源技术的发展，光伏产业的竞争越来越激烈，而降低单晶生产成本、提高生产效率就成了各大光伏企业的首要目标。作为各种半导体元器件的基础，单晶硅的生产更是重中之重。
而在各种制备单晶硅的过程中，直拉单晶硅制备由于其效率高，产量大，制备的单晶棒直径大。无位错的特点，越来越受到业内的重视，其中，所述直拉单晶硅是指沿着垂直方向从硅熔体中拉制出的具有一定尺寸、晶向、导电型号和电阻率范围的硅单晶的技术。在直拉单晶硅中，提高生产效率主要有减少非有效产出的时间和提高有效产出时的效率。单晶的有效产出时间只有在等径阶段，等径阶段占总时间的一半以上。故缩短等径阶段的时间占比，提高等径阶段的效率主要是通过提高等径生长拉速的方法来实现，但目前受限于等径生长过程中晶棒的结晶潜热不能及时排出，导致提拉速度受限，无法进一步提升单晶硅的生产效率。
因此，如何进一步提升直拉单晶硅的生产效率是本领域技术人员亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种拉晶生长装置及单晶硅生产设备，以解决现有技术中直拉单晶硅生产效率低的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种拉晶生长装置，包括提拉器、水冷器及换热器；
所述换热器为筒状换热器，所述筒状换热器的直径从靠近固液界面的一端向远离固液界面的一端逐渐扩大；所述换热器的内壁包括多个沿所述提拉器的提拉方向排列的吸热凹坑；
所述提拉器的提拉方向与所述筒状换热器的轴线方向相同，且穿过所述筒状换热器的孔洞；
所述水冷器与所述换热器接触设置，所述换热器通过所述水冷器与外界热交换。
可选地，在所述的拉晶生长装置中，所述换热器为不锈钢换热器。
可选地，在所述的拉晶生长装置中，所述换热器表面包括热辐射吸收层。
可选地，在所述的拉晶生长装置中，所述不锈钢换热器为表面氧化的换热器，所述换热器表面的氧化层为所述热辐射吸收层。
可选地，在所述的拉晶生长装置中，所述吸热凹坑为圆形凹坑或菱形凹坑。
可选地，在所述的拉晶生长装置中，当所述吸热凹坑为所述圆形凹坑时，所述圆形凹坑的直径的范围为9毫米至11毫米，包括端点值；
当所述吸热凹坑为所述菱形凹坑时，所述菱形凹坑的长轴长度的范围为9毫米至11毫米，短轴长度的范围为5毫米至7毫米，包括端点值。
可选地，在所述的拉晶生长装置中，相邻的所述吸热凹坑的间距范围为1毫米至2毫米，包括端点值。
可选地，在所述的拉晶生长装置中，所述吸热凹坑的深度的范围为2毫米至3毫米，包括端点值。
可选地，在所述的拉晶生长装置中，所述换热器靠近所述固液界面的一端与所述固液界面的距离的范围为30毫米至40毫米，包括端点值。
一种单晶硅生产设备，所述单晶硅生产设备包括上述任一种所述的拉晶生长装置。
本实用新型所提供的拉晶生长装置，包括提拉器、水冷器及换热器；所述换热器为筒状换热器，所述筒状换热器的直径从靠近固液界面的一端向远离固液界面的一端逐渐扩大；所述换热器的内壁包括多个沿所述提拉器的提拉方向排列的吸热凹坑；所述提拉器的提拉方向与所述筒状换热器的轴线方向相同，且穿过所述筒状换热器的孔洞；所述水冷器与所述换热器接触设置，所述换热器通过所述水冷器与外界热交换。本实用新型通过在所述换热器的内壁设置所述吸热凹坑，大大增加了所述换热器与晶棒间的换热面积，加强了吸热能力，同时通过凹陷的吸热凹坑使来自所述晶棒的热辐射在凹坑内部反射，进一步提升了吸热效率，能将所述晶棒的热量快速释放，热量被所述换热器带走，降低所述晶棒表面的温度，所述固液界面处的高温向低温转移，所述固液界面处的结晶速度增快，从而提高了单晶生长速度。本实用新型了一种具有上述有益效果的单晶硅生产设备。
附图说明
为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的拉晶生长装置的一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本实用新型提供的拉晶生长装置的另一种具体实施方式的侧壁的截面示意图；
图3为本实用新型提供的拉晶生长装置的另一种具体实施方式的内壁的结构示意图；
图4为本实用新型提供的拉晶生长装置的又一种具体实施方式的侧壁的截面示意图；
图5为本实用新型提供的拉晶生长装置的又一种具体实施方式的侧壁的截面示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本实用新型的核心是提供一种拉晶生长装置，其一种具体实施方式的结构示意图如图1所示，称其为具体实施方式一，包括提拉器100、水冷器200及换热器300；
所述换热器300为筒状换热器300，所述筒状换热器300的直径从靠近固液界面的一端向远离固液界面的一端逐渐扩大；所述换热器300的内壁包括多个沿所述提拉器100的提拉方向排列的吸热凹坑310；
所述提拉器100的提拉方向与所述筒状换热器300的轴线方向相同，且穿过所述筒状换热器300的孔洞；
所述水冷器200与所述换热器300接触设置，所述换热器300通过所述水冷器200与外界热交换。
需要说明的是，本实用新型中的固液界面，指熔融状态下的硅单质与晶棒相接触的界面。由于角度原因所述吸热凹坑310并未在图1中标出。
作为一种优选方案，所述换热器300表面包括热辐射吸收层。
更进一步地，当所述换热器300为不锈钢换热器300时，对所述不锈钢表面进行氧化处理，得到深色的氧化层，加强热辐射的吸收，即所述不锈钢换热器300为表面氧化的换热器300，所述换热器300表面的氧化层可当作所述热辐射吸收层。
本实用新型所提供的拉晶生长装置，包括提拉器100、水冷器200及换热器300；所述换热器300为筒状换热器300，所述筒状换热器300的直径从靠近固液界面的一端向远离固液界面的一端逐渐扩大；所述换热器300的内壁包括多个沿所述提拉器100的提拉方向排列的吸热凹坑310；所述提拉器100的提拉方向与所述筒状换热器300的轴线方向相同，且穿过所述筒状换热器300的孔洞；所述水冷器200与所述换热器300接触设置，所述换热器300通过所述水冷器200与外界热交换。本实用新型通过在所述换热器300的内壁设置所述吸热凹坑310，大大增加了所述换热器300与晶棒间的换热面积，加强了吸热能力，同时通过凹陷的吸热凹坑310使来自所述晶棒的热辐射在凹坑内部反射，进一步提升了吸热效率，能将所述晶棒的热量快速释放，热量被所述换热器300带走，降低所述晶棒表面的温度，所述固液界面处的高温向低温转移，所述固液界面处的结晶速度增快，从而提高了单晶生长速度。
在具体实施方式一的基础上，进一步对所述吸热凹坑310的形状做限定，得到具体实施方式二，其换热器300的局部示意图如图2及图3所示，包括提拉器100、水冷器200及换热器300；
所述换热器300为筒状换热器300，所述筒状换热器300的直径从靠近固液界面的一端向远离固液界面的一端逐渐扩大；所述换热器300的内壁包括多个沿所述提拉器100的提拉方向排列的吸热凹坑310；
所述提拉器100的提拉方向与所述筒状换热器300的轴线方向相同，且穿过所述筒状换热器300的孔洞；
所述水冷器200与所述换热器300接触设置，所述换热器300通过所述水冷器200与外界热交换。
本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式中将所述吸热凹坑310限定为圆形，其余结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
本具体实施方式给出了一种所述吸热凹坑310的具体形状，圆形凹坑加工方便，良品率高，能提升所述拉晶生产装置的生产效率。当所述吸热凹坑310为所述圆形凹坑时，所述圆形凹坑的直径的范围为9毫米至11毫米，包括端点值，如9.0毫米、10.0毫米或11.0毫米中任一个。
当然，所述吸热凹坑310不一定为圆形凹坑，也可为其他形状，比如菱形凹坑，相邻的两列菱形回坑可错位设置，排列更紧密，更能有效利用所述换热器300内壁的有限空间，进一步增大吸热面积，其内壁的俯视图及侧壁的截面图如图4图5所示，当所述吸热凹坑310为所述菱形凹坑时，所述菱形凹坑的长轴长度的范围为9毫米至11毫米，如9.0毫米、10.0毫米或11.0毫米中任一个，短轴长度的范围为5毫米至7毫米，如5.0毫米、6.0毫米或7.0毫米中任一个，包括端点值。
更进一步地，相邻的所述吸热凹坑310的间距范围为1毫米至2毫米，包括端点值，如1.0毫米、1.5毫米或2.0毫米中任一个；所述吸热凹坑310的深度的范围为2毫米至3毫米，包括端点值，如2.0毫米、2.6毫米或3.0毫米中任一个。
在具体实施方式二的基础上，进一步对所述换热器300到所述固液界面的距离做限定，得到具体实施方式三，其结构示意图与上述具体实施方式相同，包括提拉器100、水冷器200及换热器300；
所述换热器300为筒状换热器300，所述筒状换热器300的直径从靠近固液界面的一端向远离固液界面的一端逐渐扩大；所述换热器300的内壁包括多个沿所述提拉器100的提拉方向排列的吸热凹坑310；
所述提拉器100的提拉方向与所述筒状换热器300的轴线方向相同，且穿过所述筒状换热器300的孔洞；
所述水冷器200与所述换热器300接触设置，所述换热器300通过所述水冷器200与外界热交换；
所述换热器300靠近所述固液界面的一端与所述固液界面的距离的范围为30毫米至40毫米，包括端点值。
本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式中限定了所述换热器300到所述固液界面的距离，其余结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
本具体实施方式中限定了所述换热器300到所述固液界面的距离，相比于现有技术，拉近了所述换热器300到所述固液界面的距离加速所述固液界面处的热量转移，进一步提升了所述固液界面处的结晶速度，提升了拉晶速度，即单晶硅的产出速率。
本实用新型同时还提供了一种具有上述有益效果的单晶硅生产设备，所述单晶硅生产设备包括上述任一种所述的拉晶生长装置。本实用新型所提供的拉晶生长装置，包括提拉器100、水冷器200及换热器300；所述换热器300为筒状换热器300，所述筒状换热器300的直径从靠近固液界面的一端向远离固液界面的一端逐渐扩大；所述换热器300的内壁包括多个沿所述提拉器100的提拉方向排列的吸热凹坑310；所述提拉器100的提拉方向与所述筒状换热器300的轴线方向相同，且穿过所述筒状换热器300的孔洞；所述水冷器200与所述换热器300接触设置，所述换热器300通过所述水冷器200与外界热交换。本实用新型通过在所述换热器300的内壁设置所述吸热凹坑310，大大增加了所述换热器300与晶棒间的换热面积，加强了吸热能力，同时通过凹陷的吸热凹坑310使来自所述晶棒的热辐射在凹坑内部反射，进一步提升了吸热效率，能将所述晶棒的热量快速释放，热量被所述换热器300带走，降低所述晶棒表面的温度，所述固液界面处的高温向低温转移，所述固液界面处的结晶速度增快，从而提高了单晶生长速度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本实用新型所提供的拉晶生长装置及单晶硅生产设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种拉晶生长装置，其特征在于，包括提拉器、水冷器及换热器；
所述换热器为筒状换热器，所述筒状换热器的直径从靠近固液界面的一端向远离固液界面的一端逐渐扩大；所述换热器的内壁包括多个沿所述提拉器的提拉方向排列的吸热凹坑；
所述提拉器的提拉方向与所述筒状换热器的轴线方向相同，且穿过所述筒状换热器的孔洞；
所述水冷器与所述换热器接触设置，所述换热器通过所述水冷器与外界热交换。
2.如权利要求1所述的拉晶生长装置，其特征在于，所述换热器为不锈钢换热器。
3.如权利要求2所述的拉晶生长装置，其特征在于，所述换热器表面包括热辐射吸收层。
4.如权利要求3所述的拉晶生长装置，其特征在于，所述不锈钢换热器为表面氧化的换热器，所述换热器表面的氧化层为所述热辐射吸收层。
5.如权利要求1所述的拉晶生长装置，其特征在于，所述吸热凹坑为圆形凹坑或菱形凹坑。
6.如权利要求5所述的拉晶生长装置，其特征在于，当所述吸热凹坑为所述圆形凹坑时，所述圆形凹坑的直径的范围为9毫米至11毫米，包括端点值；
当所述吸热凹坑为所述菱形凹坑时，所述菱形凹坑的长轴长度的范围为9毫米至11毫米，短轴长度的范围为5毫米至7毫米，包括端点值。
7.如权利要求6所述的拉晶生长装置，其特征在于，相邻的所述吸热凹坑的间距范围为1毫米至2毫米，包括端点值。
8.如权利要求6所述的拉晶生长装置，其特征在于，所述吸热凹坑的深度的范围为2毫米至3毫米，包括端点值。
9.如权利要求1至8任一项所述的拉晶生长装置，其特征在于，所述换热器靠近所述固液界面的一端与所述固液界面的距离的范围为30毫米至40毫米，包括端点值。
10.一种单晶硅生产设备，其特征在于，所述单晶硅生产设备包括如权利要求1至9任一项所述的拉晶生长装置。
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| CN202020676577.5U CN212316278U (zh) | 2020-04-28 | 2020-04-28 | 一种拉晶生长装置及单晶硅生产设备 |
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| CN212316278U true CN212316278U (zh) | 2021-01-08 |
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