CN213476148U - 一种单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单晶炉，所述单晶炉包括：炉体，所述炉体内部具有中空腔室；坩埚，所述坩埚设置在所述炉体的腔室内部；防漏盘，所述防漏盘设置在所述炉体的腔室内部，并位于所述坩埚的底部；溢流液收集腔，所述溢流液收集腔设置在所述炉体的腔室外部；其中，所述防漏盘设有至少一个溢流孔，所述溢流孔与所述溢流液收集腔之间通过管道连通。本实用新型所提供的单晶炉能够极大提高设备应对溢流风险的能力，减少安全隐患甚至事故的发生，提高设备的稼动率。

Description

一种单晶炉

技术领域

本实用新型涉及单晶硅生长技术领域，尤其涉及一种单晶炉。

背景技术

拉制单晶硅时，需要使用拉晶炉，在特制石英坩埚中，将多晶硅原料融化，然后使用籽晶拉制单晶硅晶棒。融化多晶硅时所用温度极高，高温熔化的多晶硅，如果石英坩埚发生破裂或者存在孔洞缺陷，将发生高温硅溶液溢流到拉晶炉内部，因为高温运行，难以快速降低温度，溶液将持续外漏，严重时损坏设备及内部热场材料，造成严重事故，是生产单晶硅最大的安全隐患之一。如果发生熔料泄漏，生产将被迫中断，甚至设备及内部组件也将受到损伤，如果导致设备损坏，发生冷却水泄漏，甚至影响人员安全及厂房安全。

在现有技术中，通过在坩埚的底部外设置防漏盘，盛接泄漏的硅溶液。但是，随着单晶硅尺寸的增加，坩埚内多晶硅装料量越来越大，防漏盘无法有效保护设备和盛放足够多的外流的硅熔料，发生溢流时无法很好的保护设备。如果防漏盘太大或者太深，将影响拉晶炉的热场分布，造成额外的成本增加，而且拉晶炉内部空间相对有限，无法提供更大的空间用于设置足够大或者足够深的防漏盘用于盛放外漏溶液，设备应对溢流风险的能力较低，存在安全隐患甚至事故。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单晶炉，能够极大提高设备应对溢流风险的能力，减少安全隐患甚至事故的发生，提高设备的稼动率。

本实用新型所带来的技术效果如下：

一种单晶炉，包括：

炉体，所述炉体内部具有中空腔室；

坩埚，所述坩埚设置在所述炉体的腔室内部；

防漏盘，所述防漏盘设置所述炉体的腔室内部，并位于所述坩埚的底部；

溢流液收集腔，所述溢流液收集腔设置在所述炉体的腔室外部；

其中，所述防漏盘设有至少一个溢流孔，所述溢流孔与所述溢流液收集腔之间通过管道连通。

示例性的，所述坩埚的底部设有坩埚轴，所述防漏盘的中心设有通孔，且所述坩埚轴穿设于所述通孔，在所述通孔的四周及所述防漏盘的边缘均设有第一凸起围挡。

示例性的，所述防漏盘包括面向所述坩埚设置的内底面和与所述内底面相背设置的外底面，所述第一凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度为 1～2cm。

示例性的，所述防漏盘包括面向所述坩埚设置的内底面和与所述内底面相背设置的外底面，所述溢流孔贯通所述内底面和所述外底面设置，且在所述内底面上、所述溢流孔的四周设有第二凸起围挡，所述第二凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度小于所述第一凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度。

示例性的，所述防漏盘上还设有与外界的抽真空机构连接的多个真空孔，且所述真空孔贯通所述内底面和所述外底面设置，且在所述内底面上、所述真空孔的四周设有第三凸起围挡。

示例性的，所述第二凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度小于所述第三凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度，所述第三凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度小于或等于所述第一凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度。

示例性的，所述第二凸起围挡与所述第三凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度差为2～4mm。

示例性的，每一所述真空孔连接一第一管道，所述溢流孔连接一第二管道，所述第一管道和所述第二管道汇合至一总管道，所述总管道连通至所述抽真空机构，用于通过所述真空孔及所述溢流孔来对单晶炉的腔体进行抽真空；

且所述第二管道上还连接一分支管道，所述分支管道与所述溢流液收集腔连通，用于将所述防漏盘内溢流液引流至所述溢流液收集腔。

示例性的，所述分支管道上设有控制所述分支管道通断的阀门。

示例性的，所述阀门包括一热熔件，所述热熔件能够在温度达到预定温度时熔化，以打开所述阀门。

示例性的，所述第二管道和所述分支管道采用耐高温金属制成，且所述第二管道和所述分支管道内部设有耐高温隔热保温层。

示例性的，所述耐高温隔热保温层采用石墨和/或碳材料制成。

示例性的，所述溢流液收集腔内设有耐高温隔热保温层及耐高压层。

示例性的，所述耐高温隔热保温层采用石墨和/或碳材料制成；

所述耐高压层采用不锈钢材料制成。

本实用新型所带来的有益效果如下：

本实用新型所提供的单晶炉，在所述防漏盘上设置溢流孔，通过管道连接一溢流液收集腔，可以及时将防漏盘内的溢流液收集至专门的腔体内存放及冷却，并且在无泄漏发生的情况下，该装置也不会影响设备的正常使用和运行，不增加额外的生产成本，可以极大提高设备应对溢流风险的能力，减少安全隐患甚至事故的发生，提高设备的稼动率。

附图说明

图1表示本实用新型实施例提供的单晶炉的结构示意图；

图2表示本实用新型实施例所提供的单晶炉的防漏盘与抽真空结构的连接结构示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

针对现有技术中单晶炉应对溢流风险的能力较低，存在安全隐患甚至事故的问题，本实用新型实施例提供了一种单晶炉，能够极大提高设备应对溢流风险的能力，减少安全隐患甚至事故的发生，提高设备的稼动率。

如图1所示，本实用新型实施例提供的单晶炉，包括：

炉体100，所述炉体100内部具有中空腔室；

坩埚200，所述坩埚200设置在所述炉体100的腔室内部；

防漏盘300，所述防漏盘300设置所述炉体100的腔室内部，并位于所述坩埚200的底部；

溢流液收集腔400，所述溢流液收集腔400设置在所述炉体100的腔室外部；

其中，所述防漏盘300设有至少一个溢流孔600，所述溢流孔600与所述溢流液收集腔400之间通过管道连通。

本实用新型所提供的单晶炉，在所述防漏盘300上设置溢流孔600，并通过管道连接至溢流液收集腔400，可以及时将防漏盘300内的溢流液收集至专门的腔体内存放及冷却，并且在无泄漏发生的情况下，该装置也不会影响设备的正常使用和运行，不增加额外的生产成本，可以极大提高设备应对溢流风险的能力，减少安全隐患甚至事故的发生，提高设备的稼动率。

需要说明的是，所述溢流液收集腔400设置在所述炉体100的外部，可以节省炉体100内部空间，且当收集溢流液之后，便于后期更换、维护等。

以下对本实用新型实施例提供的单晶炉进行详细说明。

在一种示例性的实施例中，如图1和图2所示，所述坩埚200的底部设有坩埚轴210，所述防漏盘300的中心设有通孔310，且所述坩埚轴210穿设于所述通孔310，在所述通孔310的四周及所述防漏盘300的边缘均设有第一凸起围挡320。

上述实施例中，在所述通孔310的四周及所述防漏盘300的边缘设第一凸起围挡320，所述防漏盘300内也可以收集及盛放一定量的溢流多晶硅溶液，避免相关技术中防漏盘300对溢流液引流不及时等情况导致设备损坏的现象。

此外，示例性的，如图1和图2所示，所述防漏盘300包括面向所述坩埚 200设置的内底面和与所述内底面相背设置的外底面，所述第一凸起围挡320 在垂直于所述内底面的方向上的高度为1～2cm。这样，所述防漏盘300具有一定的收集及盛放溢流液的能力，且不至于深度过深，不存在拉晶炉内空间不足无法安装的问题。当然可以理解的是，在实际应用中，所述第一凸起围挡320 的具体高度也可以不限于此。

此外，在一些实施例中，如图1和图2所示，所述防漏盘300包括面向所述坩埚200设置的内底面和与所述内底面相背设置的外底面，所述溢流孔600 贯通所述内底面和所述外底面设置，且在所述内底面上、所述溢流孔600的四周设有第二凸起围挡610，所述第二凸起围挡610在垂直于所述内底面的方向上的高度小于所述第一凸起围挡320在垂直于所述内底面的方向上的高度。

采用上述方案，所述溢流孔600的四周设第二凸起围挡610，当防漏盘300 内的溢流液达到一定量时，液面超过所述第二凸起围挡610时，会从所述溢流孔600引流至溢流液收集腔。

此外，在一些实施例中，如图1和图2所示，所述防漏盘300上还设有与外界的抽真空机构800连接的多个真空孔700，且所述真空孔700贯通所述内底面和所述外底面设置，且在所述内底面上、所述真空孔700的四周设有第三凸起围挡710。

采用上述方案，本公开实施例中，在所述防漏盘300上还设有多个真空孔 700，与外界的抽真空机构800(例如，真空泵)等来进行连通，用于对拉晶炉腔体进行抽真空，以保持真空度，所述真空孔700四周的第三凸起围挡710，用于防止溢流液进入真空孔700内。

在一些实施例中，如图1和图2所示，所述第二凸起围挡610在垂直于所述内底面的方向上的高度小于所述第三凸起围挡710在垂直于所述内底面的方向上的高度，所述第三凸起围挡710在垂直于所述内底面的方向上的高度小于或等于所述第一凸起围挡320在垂直于所述内底面的方向上的高度。

在上述公开实施例中，所述溢流孔600周围的第二凸起围挡610的高度小于所述真空孔700四周的第三凸起围挡710的高度，所述真空孔700周围的第三凸起围挡710的高度可以与防漏盘300四周的第一凸起围挡320的高度相同或略小，这样，使得当所述防漏盘300内收集的溢流液达到一定量时，只能从所述溢流孔600流出至所述溢流孔600收集腔，而不会从所述真空孔700溢出，保证了设备安全。

需要说明的是，在另一些实施例中，所述第三凸起围挡710在垂直于所述内底面的方向上的高度还可以大于所述第一凸起围挡320在垂直于所述内底面的方向上的高度，对此不限定。

在一种示例性的实施例中，所述第二凸起围挡610与所述第三凸起围挡 710在垂直于所述内底面的方向上的高度差为2～4mm。当然可以理解的是，所述第二凸起围挡610和所述第三凸起围挡710的高度差具体取值可以根据实际需求来调整，并不是以此进行限定。

此外，在一种示例性的实施例中，如图1和图2所示，每一所述真空孔 700连接一第一管道720，所述溢流孔600连接一第二管道620，所述第一管道720和所述第二管道620汇合至一总管道730，所述总管道730连通至所述抽真空机构800，用于通过所述真空孔700及所述溢流孔600来对单晶炉的腔体进行抽真空，且所述第二管道620上还连接一分支管道630，所述分支管道 630与所述溢流液收集腔400连通，用于将所述防漏盘300内溢流液引流至所述溢流液收集腔400。

在上述示例性实施例中，所述防漏盘300上的多个真空孔700及溢流孔 600，每个孔可以单独连接一管道，并在防漏盘300的底部汇合于一总管道730 上，来通过该总管道730与抽真空机构800连通，并且，溢流孔600所连接的管道上，即第二管道620，还单独连接至溢流液收集腔400，如此，当所述防漏盘300内溢流液的液面高度未达到所述溢流液周围的第二凸起围挡610的高度时，该溢流孔600由于与抽真空机构800连通，可以作为真空孔700，对拉晶炉的腔体抽真空，而当所述防漏盘300内溢流液的液面高度未达到所述溢流液周围的第二凸起围挡610的高度时，该溢流孔600才将溢流液引流至溢流液收集腔内，这样，可实现所述溢流孔600复用为真空孔700的目的，节省了管道布置及占用空间，结构紧凑。

需要说明的是，在其他实施例中，所述溢流孔600也可以仅作为溢流孔 600使用，而不与抽真空机构800连通，或者，多个所述真空孔700单独连接的第一管道720也可以不汇合于一总管道730，每个所述真空孔700单独通过一管道连通至抽真空机构800，均应为本公开实施例的保护范围内。

还需要说明的是，如图2所示，示例性的，所述真空孔700有三个，所述溢流孔600有一个，三个所述真空孔700及一个所述溢流孔600均匀分布于所述通孔的四周，以保证抽真空等均匀性。当然可以理解的是，所述真空孔700 及所述溢流孔600的数量及分布方式不限于此。

此外，在一些示例性的实施例中，所述分支管道630上设有控制所述分支管道630通断的阀门900。

采用上述方案，在所述溢流孔600与所述溢流液收集腔连通的管道上，即所述分支管道630上单独还设一阀门900，在所述防漏盘300内没有溢流液或者溢流液没达到一定量时，所述阀门900关闭，不影响设备正常运转；发生溢流或者溢流液达到一定量时，所述阀门900开启，溢流液流至所述溢流液收集腔400内。

示例性的，所述阀门900包括一热熔件，所述热熔件能够在温度达到预定温度时熔化，以打开所述阀门900。

采用上述方案，溢流液的温度很高，超过1000℃，因此，所述阀门900 可采用一种基于热熔件的阀门900，当防漏盘300内没有溢流液时，阀门900 内的热熔件为固态，阀门900呈关闭状态，管道被关闭；当防漏盘300内有溢流液时，高温溢流液将该热熔件融化，自动流入所述溢流液收集腔400，不需要人为干预，可以提高设备的应急能力。该热熔件的材料可选用熔点超过1000°的金属材料，例如，不锈钢材料。

需要说明的是，所述阀门900内的热熔件可以采用可拆卸方式设置在所述管道上，这样，当热熔件熔化之后，可以替换新的热熔件。

此外，还需要说明的是，所述阀门900也可以选用其他阀门，例如，选用电磁阀等，对于所述阀门900的类型并不限定。

此外，在一种示例性的实施例中，所述第二管道620和所述分支管道630 采用耐高温金属制成，且所述第二管道620和所述分支管道630内部设有耐高温隔热保温层。

在上述实施例中，所述第二管道620及所述分支管道630内会有溢流液通过，而溢流液的温度很高，因此，将所述第二管道620及所述分支管道630 内部设置一层耐高温隔热保温层，以确保第二管道620及分支管道630不被溢流溶液的高温损坏，并且可防止溢流液在到达溢流液收集腔之前发生凝结，此外，所述第二管道620和所述分支管道630采用耐高温金属制作，可提高设备的稳定性。

示例性的，所述耐高温隔热保温层可选用石墨、碳材料中的至少一种制成。

此外，所述溢流液收集腔400内设有耐高温隔热保温层及耐高压层。

上述实施例中，所述溢流液收集腔耐高温隔热保温层及耐高压层，例如，内层采用耐高温隔热保温层，外层采用耐高压层，这样，可以承受高温及大气压，提高设备安全性。例如，所述耐高温隔热保温层的材料可选用石墨或碳材料中的至少一种；所述耐高压层的材料可选用不锈钢。

此外，在一种示例性的实施例中，所述炉体100的腔室侧面设有侧部隔热保温层120和加热器130；所述炉体100的腔室底部设有底部隔热保温层140；其中所述防漏盘300设置在所述底部隔热保温层140与所述坩埚200之间。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。

(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种单晶炉，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体内部具有中空腔室；

坩埚，所述坩埚设置在所述炉体的腔室内部；

防漏盘，所述防漏盘设置在所述炉体的腔室内部，并位于所述坩埚的底部；

溢流液收集腔，所述溢流液收集腔设置在所述炉体的腔室外部；

其中，所述防漏盘设有至少一个溢流孔，所述溢流孔与所述溢流液收集腔之间通过管道连通。

2.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，

所述坩埚的底部设有坩埚轴，所述防漏盘的中心设有通孔，且所述坩埚轴穿设于所述通孔，在所述通孔的四周及所述防漏盘的边缘均设有第一凸起围挡。

3.根据权利要求2所述的单晶炉，其特征在于，

所述防漏盘包括面向所述坩埚设置的内底面和与所述内底面相背设置的外底面，所述第一凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度为1~2cm。

4.根据权利要求2所述的单晶炉，其特征在于，

所述防漏盘包括面向所述坩埚设置的内底面和与所述内底面相背设置的外底面，所述溢流孔贯通所述内底面和所述外底面设置，且在所述内底面上、所述溢流孔的四周设有第二凸起围挡，所述第二凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度小于所述第一凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度。

5.根据权利要求4所述的单晶炉，其特征在于，

所述防漏盘上还设有与外界的抽真空机构连接的多个真空孔，且所述真空孔贯通所述内底面和所述外底面设置，且在所述内底面上、所述真空孔的四周设有第三凸起围挡。

6.根据权利要求5所述的单晶炉，其特征在于，

所述第二凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度小于所述第三凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度，所述第三凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度小于或等于所述第一凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度。

7.根据权利要求6所述的单晶炉，其特征在于，

所述第二凸起围挡与所述第三凸起围挡在垂直于所述内底面的方向上的高度差为2~4mm。

8.根据权利要求5所述的单晶炉，其特征在于，

每一所述真空孔连接一第一管道，所述溢流孔连接一第二管道，所述第一管道和所述第二管道汇合至一总管道，所述总管道连通至所述抽真空机构，用于通过所述真空孔及所述溢流孔来对单晶炉的腔体进行抽真空；

且所述第二管道上还连接一分支管道，所述分支管道与所述溢流液收集腔连通，用于将所述防漏盘内溢流液引流至所述溢流液收集腔。

9.根据权利要求8所述的单晶炉，其特征在于，

所述分支管道上设有控制所述分支管道通断的阀门。

10.根据权利要求9所述的单晶炉，其特征在于，

所述阀门包括一热熔件，所述热熔件能够在温度达到预定温度时熔化，以打开所述阀门。

11.根据权利要求8所述的单晶炉，其特征在于，

所述第二管道和所述分支管道采用耐高温金属制成，且所述第二管道和所述分支管道内部设有耐高温隔热保温层。

12.根据权利要求11所述的单晶炉，其特征在于，

所述耐高温隔热保温层采用石墨或碳材料制成。

13.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，

所述溢流液收集腔内设有耐高温隔热保温层及耐高压层。

14.根据权利要求13所述的单晶炉，其特征在于，

所述耐高温隔热保温层采用石墨或碳材料制成；

所述耐高压层采用不锈钢材料制成。

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