CN215713525U - 一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置，属于碳化硅晶体技术领域；包括晶体生长室，晶体生长室设置有冷却风箱，冷却风箱的送风风腔通过送风管道连接有风冷控制装置，冷却风箱的出风口通过排风管道与风冷控制装置的进风口相连接；风冷控制装置包括热交换器，热交换器连接有水冷循环装置；热交换器的气体管路上连接有过滤器；风冷控制装置的进风口连接有风机；本实用新型通过对送回风温度和流量控制，实现对生长热场的有效温度调节，利于工艺调整，提高了对冷却效果的控制能力和对工艺过程的配合能力。

Description

一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置

技术领域

本实用新型属于碳化硅晶体技术领域，具体为一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置。

背景技术

当前碳化硅单晶生长设备基本均采用石英管密封腔体，外加线圈感应加热的方式来达到碳化硅单晶生长的工艺条件需求。当前石英管的降温方式主要为风冷与夹层水冷的方式。夹层水冷方式对于石英材质来说加工难度大、安装使用过程中易碎、夹层内部耐压能力较差和成本相对单层结构高等缺点，使得夹层水冷的石英腔体使用受到局限，使用范围较窄。当前碳化硅单晶生长设备主要采用单层石英管结构，工艺过程中工艺温度仅通过控制加热功率来进行调整，而没有对冷却系统的冷却能力进行控制，控制难度与控制成本较高。现有单层石英管碳化硅单晶生长设备主要的冷却方式为风冷，以空气作为导热载体，将石英管表面热量带走。目前单层石英管碳化硅单晶生长设备风冷方式主要为生长室内接排风管，将石英管周围的热空气不断排走，然后车间的自然空气重新进入石英管周围吸收热量，具有以下缺陷：

（1）冷却效果不稳定，对工艺温度的影响较大。冷却风为设备周围环境中的室内风，风的温度随周围环境影响变化，不具备对冷却用风温度的控制能力。

（2）工艺过程中风冷系统的冷却能力不可控，无法根据工艺不同阶段的温度需求进行调整。冷却能力仅可通过控制排风风量来调节冷却效果，冷却系统可控性较差。

（3）设备排风与车间空气连通导致车间内空气快速流通，导致车间灰尘较大，不利于操作人员身体健康。

（4）空气中的杂质灰尘等被吸进入设备内部，对感应线圈及其活动装置造成污染，严重影响设备的可靠运行。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提出一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置，以提高对冷却效果的控制能力和对工艺过程的配合能力。

为了达到上述目的，本实用新型是通过如下技术方案实现的。

一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置，包括晶体生长室，所述晶体生长室设置有冷却风箱，所述冷却风箱的送风风腔通过送风管道连接有风冷控制装置，所述冷却风箱的出风口通过排风管道与风冷控制装置的进风口相连接；所述风冷控制装置包括热交换器，所述热交换器连接有水冷循环装置；所述热交换器的气体管路上连接有过滤器；风冷控制装置的进风口连接有风机。

进一步的，所述的风机由变频电机驱动。

进一步的，所述的送风管道和排风管道上均设置有风阀。

更进一步，所述的送风管道和排风管道上均设置有压力传感器、温度传感器。

进一步的，所述热交换器为板式换热器。

进一步的，所述水冷循环装置的冷水进水管和回水管上分别设置有压力传感器、温度传感器、流量调节阀。

本实用新型相对于现有技术所产生的有益效果为：

本实用新型提高了对冷却效果的控制能力和对工艺过程的配合能力，在系统中加入送风管道与冷却系统。将系统设计为送风与排风循环方式，新增送风管道，使得石英管周围的冷却风形成闭环，可以使得设备本身冷却系统与周围环境进行隔离，提高系统的可控性；在风冷系统中加入冷却系统，利用板式换热器将送风温度降低，通过控制板式换热器的冷水流量来调节送风温度，实现送风温度的可控，可以在根据工艺过程不同阶段的温度需求动态调整送风温度；在风冷系统中加入高效过滤器净化冷却风，将风道中的粉尘颗粒进行过滤，可以有效防止风冷系统对设备内部线圈等部位的污染，提高设备内部的洁净度。在风冷系统中加入可控开度的送风风阀与排风风阀，对送风量进行调节；在系统中加入由变频电机带动的风机，可以实时控制送风风压。

具体的，本碳化硅长晶炉可控温风冷系统具有以下优点：

1、通过对送回风温度和流量控制，实现对生长热场的有效温度调节，利于工艺调整。

2、加入板式换热器对循环气体进行降温，系统冷却效果与稳定性显著提高，为工艺生长提供了温度可靠的环境。

3、加入高效过滤器净化冷却风，将风道中的粉尘颗粒进行过滤，可以有效防止风冷系统对设备内部线圈等部位的污染，提高设备内部的洁净度。

4、风冷系统与设备周围环境基本隔离，设备受环境影响小。

附图说明

图1为本实用新型所述碳化硅单晶生长装置的结构示意图。

图中，1为晶体生长室；2为冷却风箱；3为送风风腔；4为送风管道；5为风冷控制装置，6为排风管道，7为板式换热器，8为风机，9为风阀，10为压力传感器，11为温度传感器，12为进水管，13为回水管，14为流量调节阀。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。下面结合实施例及附图详细说明本实用新型的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1所示，是一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置，包括晶体生长室1，所述晶体生长室1设置有冷却风箱2，冷却风箱2的送风风腔3通过送风管道4连接有风冷控制装置5，所述冷却风箱2的出风口通过排风管道6与风冷控制装置5的进风口相连接；所述风冷控制装置5包括板式换热器7，板式换热器7连接有水冷循环装置；板式换热器7的气体管路上连接有过滤器；风冷控制装置的进风口连接有风机8，所述的风机8由变频电机驱动。

送风管道4和排风管道6上均设置有风阀9、压力传感器10、温度传感器11。

水冷循环装置的冷水进水管12和回水管13上分别设置有压力传感器10、温度传感器11、流量调节阀14。

本系统中加入送风管道与冷却系统。将系统设计为送风与排风循环方式，新增送风管道4，使得石英管周围的冷却风形成闭环，可以使得设备本身冷却系统与周围环境进行隔离，提高系统的可控性；在风冷系统中加入冷却系统，利用板式换热器7将送风温度降低，通过控制板式换热器7的冷水流量来调节送风温度，实现送风温度的可控，可以在根据工艺过程不同阶段的温度需求动态调整送风温度；在风冷系统中加入高效过滤器净化冷却风，将风道中的粉尘颗粒进行过滤，可以有效防止风冷系统对设备内部线圈等部位的污染，提高设备内部的洁净度。在风冷系统中加入可控开度的送风与排风的风阀9，对送风量进行调节；在系统中加入由变频电机带动的风机8，可以实时控制送风风压。

该系统可以根据工艺过程中的温度需求，准确控制风冷系统的送风温度和送风风量（风压）。实际使用过程中，在设定了送风温度和风量（或石英管表面温度）后，PLC自动控制系统通过调整冷却系统的冷水流量、送风风阀开度和风机送风频率来控制风冷系统的送风温度与送风风量。同时，在风冷系统中加入温度和压力传感器等检测风冷系统中各部位的工作状态并为PLC控制系统提供反馈信号，加入温度传感器监测送风、排风温度和石英管温度，加入风压传感器监测送风、排风压力，在冷水管路接入压力传感器检测冷水的供水、回水压力，接入温度传感器检测冷水供水、回水温度，接入流量传感器检测冷水流量。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置，包括晶体生长室（1），所述晶体生长室（1）设置有冷却风箱（2），其特征在于，所述冷却风箱（2）的送风风腔（3）通过送风管道（4）连接有风冷控制装置（5），所述冷却风箱（2）的出风口通过排风管道（6）与风冷控制装置（5）的进风口相连接；所述风冷控制装置（5）包括热交换器，所述热交换器连接有水冷循环装置；所述热交换器的气体管路上连接有过滤器；风冷控制装置的进风口连接有风机（8）。

2.根据权利要求1所述的一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述的风机（8）由变频电机驱动。

3.根据权利要求1所述的一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述的送风管道（4）和排风管道（6）上均设置有风阀（9）。

4.根据权利要求3所述的一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述的送风管道（4）和排风管道（6）上均设置有压力传感器（10）、温度传感器（11）。

5.根据权利要求1所述的一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述热交换器为板式换热器（7）。

6.根据权利要求1所述的一种冷却可控的碳化硅单晶生长装置，其特征在于，所述水冷循环装置的冷水进水管（12）和回水管（13）上分别设置有压力传感器（10）、温度传感器（11）、流量调节阀（14）。

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