实用新型内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本实用新型提出一种用于单晶炉的加热器组件,所述加热器组件可以改善热场,有利于降低晶棒氧含量,延长坩埚使用寿命。
本实用新型还提出一种具有上述加热器组件的单晶炉。
根据本实用新型第一方面实施例的用于单晶炉的加热器组件,所述单晶炉包括炉体和坩埚,所述坩埚设在所述炉体内,所述加热器组件适于设在所述炉体内,所述加热器组件包括:第一加热器,所述第一加热器适于环绕所述坩埚设置且包括多个第一加热部,多个所述第一加热部包括多个第一加热段和多个第二加热段,所述第一加热段的数量和所述第二加热段的数量相等且在所述第一加热器的周向上一一交错设置,所述第一加热段的轴向长度大于所述第二加热段的轴向长度,且所述第一加热段的下端位于所述第二加热段下端的下方;第二加热器,所述第二加热器形成为环形结构且间隔设在所述第一加热器的下方,所述第二加热器包括多个第二加热部,多个所述第二加热部沿所述第二加热器的周向设置且包括多个第三加热段,每个所述第三加热段沿所述第二加热器的径向延伸,且设在对应所述第二加热段的正下方。
根据本实用新型实施例的用于单晶炉的加热器组件,通过设置第一加热段的轴向长度大于第二加热段的轴向长度、第一加热段的下端位于第二加热段下端的下方,并使得每个第二加热段的正下方设有至少一个第三加热段,使得加热器组件对坩埚加热时,热场供热更加合理、均匀,有利于减少对坩埚的烘烤,减少了坩埚的氧释放量,从而降低了晶棒的氧含量,提升晶棒品质,而且有利于延长坩埚的使用寿命。
在一些实施例中,所述第二加热段的数量与所述第三加热段的数量相等;或者,所述第二加热段的数量小于所述第三加热段的数量;或者,所述第二加热段的数量大于所述第三加热段的数量。
在一些实施例中,所述第一加热段的轴向长度与所述第二加热段的轴向长度之比位于1.1~1.9范围内。
在一些实施例中,所述第一加热段的上端与所述第二加热段的上端齐平设置。
在一些实施例中,多个所述第二加热部还包括:至少一个第四加热段,所述第四加热段沿所述第二加热器的径向延伸,所述第四加热段的轴向长度小于所述第三加热段的轴向长度,且所述第四加热段的上端位于所述第三加热段上端的下方,所述第四加热段设在对应所述第一加热段的正下方。
在一些实施例中,在所述第二加热器的径向上,所述第四加热段的长度小于所述第三加热段的长度。
在一些实施例中,所述第一加热段的数量与所述第四加热段的数量相等;或者,所述第一加热段的数量小于所述第四加热段的数量;或者,所述第一加热段的数量大于所述第四加热段的数量。
在一些实施例中,所述第四加热段的下端与所述第三加热段的下端齐平设置。
在一些实施例中,相邻的所述第一加热段和所述第二加热段的上端相连,且相邻的所述第一加热段和所述第二加热段的下端间隔设置,所述第一加热段和所述第二加热段分别包括至少一个第一加热板,所述第一加热板竖直延伸,每个所述第一加热板和与其相邻的两个所述第一加热板中的其中一个的上端相连,且和与其相邻的两个第一加热板中的另一个的下端相连,其中,所述第一加热段的所述第一加热板的数量与所述第二加热段的所述第一加热板的数量相等或不等,相邻的所述第三加热段和所述第四加热段的径向内端相连,且相邻的所述第三加热段和所述第四加热段的径向外端间隔设置,所述第三加热段和所述第四加热段分别包括至少一个第二加热板,所述第二加热板沿所述第二加热器的径向延伸,每个所述第二加热板和与其相邻的两个所述第二加热板中的其中一个的径向外端相连,且和与其相邻的两个所述第二加热板中的另一个的径向内端相连,其中,所述第三加热段的所述第二加热板的数量与所述第四加热段的所述第二加热板的数量相等或不等。
根据本实用新型第二方面实施例的单晶炉,包括:炉体;坩埚,所述坩埚设在所述炉体内;加热器组件,所述加热器组件为根据本实用新型上述第一方面实施例的用于单晶炉的加热器组件,所述加热器组件设在所述炉体内,所述第一加热器环绕所述坩埚设置,所述第二加热器间隔设在所述坩埚的下方。
根据本实用新型实施例的单晶炉,通过采用上述的加热器组件,可以降低晶棒的氧含量,提升晶棒品质,延长单晶炉的使用寿命。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本实用新型。此外,本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外,本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
下面,参考附图描述根据本实用新型第一方面实施例的用于单晶炉的加热器组件100。单晶炉包括炉体和坩埚,坩埚设在炉体内,加热器组件100适于设在炉体内。
如图1所示,加热器组件100包括第一加热器1,第一加热器1适于环绕坩埚设置,例如第一加热器1可以形成为环形结构,第一加热器1包括多个第一加热部11,多个第一加热部11包括多个第一加热段111和多个第二加热段112,第一加热段111的数量和第二加热段112的数量相等,且多个第一加热段111和多个第二加热段112在第一加热器1的周向上一一交错设置,则在第一加热器1的周向上,相邻两个第一加热段111之间设有一个第二加热段112且相邻两个第二加热段112之间设有一个第一加热段111。其中,第一加热段111的轴向长度大于第二加热段112的轴向长度,且第一加热段111的下端位于第二加热段112下端的下方,则在第一加热器1的轴向上,第一加热器1的对应于第一加热段111超过第二加热段112的部分也可以用于加热。
如图2-图5所示,加热器组件100还包括第二加热器4,第二加热器4形成为环形结构,且第二加热器4间隔设在第一加热器1的下方,第二加热器4可以与第一加热器1同轴设置;第二加热器4包括多个第二加热部41,多个第二加热部41沿第二加热器4的周向设置,且多个第二加热部41包括多个第三加热段411,每个第三加热段411沿第二加热器4的径向延伸。
其中,每个第三加热段411设在对应第二加热段112的正下方,则多个第二加热段112中的至少一个的正下方设有至少一个第三加热段411,使得第三加热段411可以弥补至少一个第二加热段112在轴向上的长度,使得加热器组件100对坩埚加热时,热场供热更加合理、均匀,有利于减少对坩埚的烘烤,尤其可以减少坩埚拐角处的受热,减少了坩埚的氧释放量,从而降低了晶棒的氧含量,提升晶棒品质,而且有利于延长坩埚的使用寿命。可以理解的是,第三加热段411的数量与第二加热段112的数量可以相等或不等。
需要说明的是,在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上;“环形”当作广义理解,即不限于“圆环形”,例如还可以是“多边形环”等等。例如,在图1-图5的示例中,第一加热器1和第二加热器4可以均形成为圆环形。
根据本实用新型实施例的用于单晶炉的加热器组件100,通过设置第一加热段111的轴向长度大于第二加热段112的轴向长度、第一加热段111的下端位于第二加热段112下端的下方,并使得每个第三加热段411设在对应第二加热段112的正下方,使得加热器组件100对坩埚加热时,热场供热更加合理、均匀,有利于减少对坩埚的烘烤,减少了坩埚的氧释放量,从而降低了晶棒的氧含量,提升晶棒品质,而且有利于延长坩埚的使用寿命。
可以理解的是,第三加热段411在第二加热器4径向上的长度与对应第二加热段112相对第一加热器1中心轴线的径向距离(当第一加热器1形成为圆环形时,可以理解为第一加热器1的半径)可以根据实际应用具体设置,第三加热段411的径向长度可以与对应第二加热段112相对第一加热器1中心轴线的径向距离相等或不等。
在本申请的描述中,第三加热段411设在对应第二加热段112的正下方,可以理解为,在垂直于第一加热器1中心轴线的横截面(例如图1中的水平面)上,第三加热段411的正投影与对应第二加热段112的正投影存在重合部分,此时第三加热段411的径向长度可以大于等于对应第二加热段112相对第一加热器1中心轴线的径向距离,或者在垂直于第一加热器1中心轴线的横截面(例如图1中的水平面)上,第三加热段411的正投影与对应第二加热段112的正投影不存在重合部分,此时第三加热段411的径向长度小于对应第二加热段112相对第一加热器1中心轴线的径向距离,且第三加热段411与对应第二加热段112沿第一加热器1的径向间隔设置。
换言之,第三加热段411设在对应第二加热段112的正下方,可以理解为,第三加热段411与对应第二加热段112沿第一加热器1的轴向间隔设置,且第三加热段411与对应第二加热段112沿第一加热器1的径向相对设置、并非错开设置。
在一些实施例中,在相同的加热功率下,第一加热器1的加热量可以大于第二加热器4的加热量,第一加热器1可以形成为主加热器,便于通过第一加热器1控制整个热场温度,有利于减弱炉体内的热对流,从而减缓坩埚的反应速率,以进一步降低坩埚的氧释放量。
在一些实施例中,第二加热段112的数量与第三加热段411的数量相等,例如每个第二加热段112的正下方设有一个第三加热段411,有利于进一步提升加热器组件100热场供热的均匀性。当然,本申请不限于此,在另一些实施例中,第二加热段112的数量小于第三加热段411的数量,例如每个第二加热段112的正下方设有一个或多个第三加热段411,且至少一个第二加热段112的正下方设有多个第三加热段411,同样有利于进一步提升加热器组件100热场供热的均匀性。再一些实施例中,第二加热段112的数量大于第三加热段411的数量,例如多个第二加热段112中的至少一个的正下方至少一个设有第三加热段411,且多个第二加热段112中的至少一个的正下方未设有第三加热段411,以提升加热器组件100热场供热的均匀性。
可以理解的是,多个第二加热段112的正下方设置的第三加热段411的数量可以相同、也可以不同。
在一些实施例中,如图1所示,第一加热段111的轴向长度与第二加热段112的轴向长度之比位于1.1~1.9范围(包括端点值)内。由此,在保证热场合理的前提下,方便第一加热器1加工,同时可以避免第一加热器1占据较大的空间,以便合理利用炉体内部空间。
在一些实施例中,如图1所示,第一加热段111的上端与第二加热段112的上端齐平设置,则第一加热段111的上端与第二加热段112的上端位于同一高度位置,第一加热段111的下端向下延伸超出第二加热段112。由此,方便了第一加热器1的装配,且便于保证第一加热器1与第二加热器4之间的热场分布合理,当加热器组件100应用于单晶炉时,坩埚的拐角处(坩埚的R角)可以对应于第一加热器1和第二加热器4之间,以有利于减少坩埚拐角处的受热。
在一些实施例中,如图3-图5所示,多个第二加热部41还包括至少一个第四加热段412,第四加热段412沿第二加热器4的径向延伸,第四加热段412的轴向长度小于第三加热段411的轴向长度,且第四加热段412的上端位于第三加热段411上端的下方,在第二加热器4的轴向上,第二加热器4的对应于第三加热段411超过第四加热段412的部分也用于加热。
其中,第四加热段412设在对应第一加热段111的正下方,从而在第二加热段112正下方设置第三加热段411的前提下,第四加热段412可以弥补第一加热段111在轴向上的长度,进一步提升加热器组件100热场供热的均匀性,降低晶棒的氧含量,而且有利于延长坩埚的使用寿命。
在一些实施例中,如图5所示,在第二加热器4的径向上,第四加热段412的长度小于第三加热段411的长度,则第四加热段412的径向长度小于第三加热段411的径向长度,例如可以使得第四加热段412的径向外端位于第三加热段411的径向外端的内侧;在相同加热功率下,第三加热段411的加热量可以大于第四加热段412的加热量,以进一步有利于提升加热器组件100热场供热的均匀性,降低晶棒的氧含量,而且延长坩埚的使用寿命。
当然,本申请不限于此,在第二加热器4的径向上,第四加热段412的长度还可以与第三加热段411的长度相等(如图4所示),或者第四加热段412的径向长度也可以小于第三加热段411的径向长度。
在一些实施例中,第一加热段111的数量与第四加热段412的数量相等,则每个第一加热段111的正下方设有一个第四加热段412,有利于进一步提升加热器组件100热场供热的均匀性。当然,本申请不限于此,在另一些实施例中,第一加热段111的数量小于第四加热段412的数量,则每个第一加热段111的正下方设有多个第四加热段412,同样有利于进一步提升加热器组件100热场供热的均匀性;再一些实施例中,第一加热段111的数量大于第四加热段412的数量,则多个第一加热段111中的至少一个的正下方设有第四加热段412、且多个第一加热段111中的至少一个的正下方未设有第四加热段412。
可以理解的是,多个第一加热段111的正下方设置的第四加热段412的数量可以相同、也可以不同。
当然,如图2所示,第二加热器4还可以不包括第四加热段412。
在一些实施例中,如图3-图5所示,第四加热段412的下端与第三加热段411的下端齐平设置,则第四加热段412的下端与第三加热段411的下端位于同一高度位置,第三加热段411的上端向上延伸超出第四加热段412。由此,方便了第二加热器4的装配,且便于保证第一加热器1与第二加热器4之间的热场分布合理,当加热器组件100应用于单晶炉时,坩埚的拐角处可以对应于第一加热器1和第二加热器4之间,以有利于减少坩埚拐角处的受热。
在一些实施例中,如图1所示,相邻的第一加热段111和第二加热段112的上端相连,且相邻的第一加热段111和第二加热段112的下端间隔设置,第一加热段111和第二加热段112分别包括至少一个第一加热板110,则每个第一加热部11包括至少一个第一加热板110,第一加热板110竖直延伸,每个第一加热板110和与其相邻的两个第一加热板110中的其中一个的上端相连,且每个第一加热板110和与其相邻的两个第一加热板110中的另一个的下端相连,则在第一加热器1的周向上,第一加热器1可以沿S形曲线延伸,便于保证第一加热器1的结构强度和发热量。其中,相邻的第一加热段111和第二加热段112之间可以可拆卸连接,其中一个第一加热板110损坏时,可以将对应的第一加热段111或第二加热段112拆卸进行维修、更换等。
第一加热段111的第一加热板110的数量与第二加热段112的第一加热板110的数量相等或不等。例如,在图1的示例中,第一加热段111的第一加热板110的数量与第二加热段112的第一加热板110的数量相等,且第一加热段111和第二加热段112分别包括两个第一加热板110,即第一加热部11包括两个第一加热板110,第一加热部11的两个第一加热板110的下端相连,且第一加热部11的两个第一加热板110的上端间隔设置以限定出向下凹入的第一凹槽11a,则第一加热段111和第二加热段112可以均大致形成为U形结构。当然,第一加热段111的第一加热板110的数量与第二加热段112的第一加热板110的数量还可以不等,例如第一加热段111包括四个第一加热板110,第二加热段112包括两个第一加热板110;但不限于此。
如图3-图5所示,相邻的第三加热段411和第四加热段412的径向内端相连,且相邻的第三加热段411和第四加热段412的径向外端间隔设置,第三加热段411和第四加热段412分别包括至少一个第二加热板410,则每个第二加热部41包括至少一个第二加热板410,第二加热板410沿第二加热器4的径向延伸,每个第二加热板410和与其相邻的两个第二加热板410中的其中一个的径向外端相连,且每个第二加热板410和与其相邻的两个第二加热板410中的另一个的径向内端相连,则在第二加热器4的周向上,第二加热器4可以沿S形曲线延伸,便于保证第二加热器4的结构强度和发热量。其中,相邻的第三加热段411和第四加热段412之间可以可拆卸连接,其中一个第二加热板410损坏时,可以将对应的第三加热段411或第四加热段412拆卸进行维修、更换等。
第三加热段411的第二加热板410的数量与第四加热段412的第二加热板410的数量相等或不等。例如,在图3-图5的示例中,第三加热段411的第二加热板410的数量与第四加热段412的第二加热板410的数量相等,且第三加热段411和第四加热段412分别包括两个第二加热板410,即第二加热部41包括两个第二加热板410,第二加热部41的两个第二加热板410的径向外端相连,且第二加热部41的两个第二加热板410的径向内端间隔设置以限定出向外凹入的第二凹槽4a,则第三加热段411和第四加热段412可以均大致形成为沿第二加热器4径向延伸的U形结构。当然,第三加热段411的第二加热板410的数量与第四加热段412的第二加热板410的数量还可以不等,例如第三加热段411包括四个第二加热板410,第四加热段412包括两个第二加热板410;但不限于此。
需要说明的是,在本申请的描述中,方向“外”是指远离第一加热器1中心轴线的方向,其相反方向被定义为“内”。
在一些实施例中,第一加热部11的数量与第二加热部41的数量相等或不等,便于实现加热器组件100的灵活设置,以更好地满足实际差异化需求。
根据本实用新型第二方面实施例的单晶炉,包括炉体、坩埚和加热器组件100,坩埚设在炉体内,加热器组件100设在炉体内。加热器组件100为根据本实用新型上述第一方面实施例的用于单晶炉的加热器组件100,第一加热器1环绕坩埚设置,第二加热器4间隔设在坩埚的下方。
其中,坩埚(例如石英坩埚)用于盛装原材料例如多晶硅等,加热器组件100用于对坩埚内的原材料进行加热使得原材料熔化。
可以理解的是,第一加热器1与第二加热器4之间的轴向距离、第二加热器4与坩埚之间的轴向距离可以根据实际需求具体设置。
根据本实用新型实施例的单晶炉,通过采用上述的加热器组件100,可以降低晶棒的氧含量,提升晶棒品质,延长单晶炉的使用寿命。
根据本实用新型实施例的单晶炉的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的,这里不再详细描述。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。