CN216639705U - 一种直拉单晶用碳碳埚托及单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直拉单晶用碳碳埚托及单晶炉，包括埚托主体，所述埚托主体包括承托面、支撑底面与锥形侧面，所述承托面位于所述埚托主体的内表面，所述承托面为弧形面，用于承载坩埚；所述支撑底面位于所述埚托主体的底部，并且所述支撑底面水平设置；所述锥形侧面由所述支撑底面的边缘延伸而成，并且所述锥形侧面与所述支撑底面之间形成的锐角为15～18°。本实用新型采用呈15～18°设置的锥形侧面，使得埚托主体能够对坩埚起到良好的支承作用，埚托主体具有优异的力学性能，使用寿命长；同时，减少埚托主体的耗材以及相应的生产成本。

Description

一种直拉单晶用碳碳埚托及单晶炉

技术领域

本实用新型涉及单晶制备技术领域，尤其涉及一种直拉单晶用碳碳埚托及单晶炉。

背景技术

随着光伏行业的快速发展，直拉硅单晶已实现产业化发展，国内的硅单晶拉制炉一般使用石墨热场和碳碳复合材料热场；在单晶硅制备过程中，埚托作为承载坩埚的受力件，必须具备高密度、高强度、抗腐蚀性能强等特点，并且，作为单晶硅制备热场中的主要损耗材料，埚托使用寿命的长短将会直接影响单炉次的运行成本和设备的安全；而石墨埚托存在脆性大，强度低，受热容易开裂、耐腐蚀性能低，使用寿命短等问题，而且，包括石墨埚托在内的现有埚托作为承托坩埚的承力部件，大多使用寿命都比较短，埚托的损耗量大，不利于企业降低成本。

因此，需要一种直拉单晶用碳碳埚托及单晶炉，能够实现优异的力学性能，支撑强度好，使用寿命长；同时，减少耗材以及相应的生产成本。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种直拉单晶用碳碳埚托及单晶炉，能够实现优异的力学性能，支撑强度好，使用寿命长；同时，减少耗材以及相应的生产成本。

本实用新型提供的一种直拉单晶用碳碳埚托，包括埚托主体，所述埚托主体包括承托面、支撑底面与锥形侧面，所述承托面位于所述埚托主体的内表面，所述承托面为弧形面，用于承载坩埚；所述支撑底面位于所述埚托主体的底部，并且所述支撑底面水平设置；所述锥形侧面由所述支撑底面的边缘延伸而成，并且所述锥形侧面与所述支撑底面之间形成的锐角为15～18°。

进一步地，所述支撑底面包括第一底面和第二底面，所述第二底面位于所述第一底面的外周，并且所述第二底面的水平高度高于所述第一底面的水平高度。

进一步地，所述直拉单晶用碳碳埚托的环形边缘处设置固定部，所述固定部用于与所述坩埚固定连接。

进一步地，所述固定部的上表面水平设置，并且所述固定部的上表面与所述埚托主体的边缘呈钝角设置；所述固定部的底部设置卡槽，所述卡槽用于与所述坩埚嵌套固定。

进一步地，所述承托面上设置至少一个限位部，所述限位部用于与所述坩埚的底部相匹配。

进一步地，所述直拉单晶用碳碳埚托的密度为1.35～1.5g/cm³。

进一步地，所述直拉单晶用碳碳埚托为一体结构。

进一步地，所述直拉单晶用碳碳埚托的外径为500～900mm。

进一步地，所述直拉单晶用碳碳埚托的高度为55～70mm。

本实用新型还提供一种单晶炉，包括以上所述的直拉单晶用碳碳埚托。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

1、将锥形侧面与水平面呈15～18°设置，能够保证埚托主体具有足够的壁厚，使得埚托主体对坩埚起到良好的支承作用，保证埚托主体具有优异的力学性能，支撑强度好，使用寿命长；同时，该角度又能够避免埚托主体加工时用料过多导致的成本上涨，而高支撑强度也能够减少埚托主体在使用过程中的损耗，有利于降低直拉单晶过程的生产成本。

2、采用碳碳复合材料，使得直拉单晶用碳碳埚托具有强度高、质量轻、热膨胀系数小，抗热震性好，在急热、急冷环境中使用不开裂，使用寿命长等优点；并且，碳碳复合材料易定形，易加工成型，原料成本低，相比于石墨材质，加工成相同的形状所需的原材料更少，能够节省原材料。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所使用的附图作简单的介绍，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。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它附图。

图1为本实用新型的一种可能的实施方式中直拉单晶用碳碳埚托的剖面图。

其中，图中附图标记对应为：1-承托面，2-支撑底面，21-第一底面，22-第二底面，3-锥形侧面，4-固定部，41-卡槽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”、“两端”、“一端”、“另一端”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，而不是指示或暗示所指的装置或结构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；并且，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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的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。

实施例

本实施例提供一种单晶炉，在该单晶炉中包括一种直拉单晶用碳碳埚托，如说明书附图1所示，该直拉单晶用碳碳埚托包括埚托主体，该埚托主体包括承托面1、支撑底面2与锥形侧面3，其中，承托面1为埚托主体的内表面，而承托面1为弧形面，用于承载坩埚，即埚托主体用于承载坩埚的内部轮廓为弧形面，该承托面的形状是与坩埚的底部外轮廓相匹配的，以保证承托面1能够更有效地支承坩埚，避免坩埚晃动或者移位，支承稳定性好；而支撑底面2位于埚托主体的底部，并且支撑底面2水平设置，以使得埚托主体能够平稳放置，使用可靠性高；在支撑底面2的外围，锥形侧面3由支撑底面2的边缘向外部延伸而成，在竖直方向上，锥形侧面3从锥形侧面3上与支撑底面2相接的一端斜向向上延伸，使得该锥形侧面3形成渐变式外扩结构，并且锥形侧面3与支撑底面2之间形成的锐角α为15～18°；在本说明书的一个可能的实施方式中，该锐角α可以设置为17°。

需要说明的是，锥形侧面3的锐角α设置为15～18°，实质上是锥形侧面3与水平面之间的夹角，能够使得埚托主体形成朝向中心且同时朝向斜上方的支承力，同时，承托面1的支承方向也是朝向中心的，则在该角度下的锥形侧面3能够进一步提升承托面1的支承强度；另外，该锐角α的倾斜角度过大时，会导致埚托主体整体壁厚过薄、力学性能降低、支承力不足等问题，而其倾斜角度过小时，又需要更多的碳碳复合材料以加工出足够强度的直拉单晶用碳碳埚托，而碳碳复合材料价格昂贵，导致原材料用量的增加以及相应成本的增加；而当锥形侧面3与支撑底面2之间形成的锐角α为15～18°时，就能够同时兼顾两种情况，既能够保证埚托主体具有足够的壁厚，使得埚托主体对坩埚起到良好的支承作用，力学性能优异，支撑强度好，使用寿命长；又能够避免埚托主体加工时用料过多导致的成本上涨，而高支撑强度也能够减少埚托主体在使用过程中的损耗，有利于降低直拉单晶过程的生产成本。

具体地，为了保证直拉单晶用碳碳埚托能够平稳放置在单晶炉中，在单晶炉中常常设置托杆，而托杆的顶部与直拉单晶用碳碳埚托的底部相匹配，从而使得直拉单晶用碳碳埚托能够稳定放置在单晶炉中；支撑底面2即为直拉单晶用碳碳埚托中直接与托杆的顶部相接触的结构，则在本说明书的一个可能的实施方式中，如图1所示，支撑底面2设置为二层台阶结构，即支撑底面2包括第一底面21和第二底面22，其中，第一底面21位于支撑底面2的中心，而第二底面22位于第一底面21的外周，并且第二底面22的水平高度高于第一底面21的水平高度，以使得支撑底面2能够与托杆的顶部完全匹配，保证直拉单晶用碳碳埚托定位放置的准确性与稳定性，有利于直拉单晶制备过程的顺利与安全；但支撑底面2的形状并不限于以上的二层台阶结构，还可以设置成其他结构，本实用新型对此不做限定，只要使得支撑底面2能够与单晶炉中的托杆顶部相匹配装配，保证放置的稳定性即可。

具体地，如图1所示，直拉单晶用碳碳埚托的环形边缘处设置固定部4，该固定部4用于与坩埚或者坩埚的埚帮固定连接，以避免坩埚异常晃动，从而导致坩埚中的晶硅原料倾洒，浪费晶硅原料；而在本说明书的一个可能的实施方式中，固定部4的上表面水平设置，而埚托主体的边缘处与固定部4上表面之间存在高度差，即固定部4的上表面低于埚托主体的边缘处的高度，使得固定部4的上表面与埚托主体边缘处形成一个钝角，便于放置坩埚；在本说明书的一个可能的实施方式中，该钝角可以选择为130～140°，使用舒适度好。

另外，在本说明书的一个可能的实施方式中，固定部4的底部还设置卡槽41，该卡槽41与坩埚相匹配，用于在坩埚装配时保证固定部4与坩埚能够嵌套固定，固定可靠性高；而在本说明书的另一个可能的实施方式中，该卡槽41可以沿埚托主体的环形边缘设置为一圈卡槽41；在本说明书的其他可能的实施方式中，卡槽41还可以设置在埚托主体上几个特定的设置点，降低开槽难度；但本实用新型并不限制固定部4的形状，根据实际使用情况的不同，固定部4还可以设置为其他形状，只要保证能够与坩埚装配牢靠即可。

具体地，在本说明书的一个可能的实施方式中，承托面1上可以设置限位部，该县为不与坩埚的底部定位匹配，以使得坩埚在放置时能够准确定位到直拉单晶用碳碳埚托上，定位准确性高，有利于后续坩埚的固定；而在本说明书的另一个可能的实施方式中，承托面1可以设置为磨砂面，增大承托面1与坩埚之间的摩擦力，避免坩埚晃动。

具体地，在本实施例中，该直拉单晶用碳碳埚托通过定形模具压缩定形和增密处理等方式加工而成，整个直拉单晶用碳碳埚托为一体结构，使得直拉单晶用碳碳埚托的成品密度能够压缩增密至1.35～1.5g/cm³，致密性好，抗腐蚀能力强，力学性能优异，使用寿命比较长，该直拉单晶用碳碳埚托的使用炉次能够达到传统石墨埚托使用炉次的6～10倍。

而该直拉单晶用碳碳埚托由碳碳复合材料制备而成，且碳碳复合材料是一种已知的材料，具有低密度、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、较好的摩擦性能，以及较好的抗热冲击性能、高尺寸稳定性等优点，使得制得的直拉单晶用碳碳埚托具有强度高、质量轻、热膨胀系数小，抗热震性好，在急热、急冷环境中使用不开裂，使用寿命长等优点；并且，碳碳复合材料易定形，易加工成型，能够保证埚托主体更容易加工成预设尺寸与预设角度，定形的精确度高，也能够保证直拉单晶用碳碳埚托具有足够强的支撑强度与结构强度，在使用过程中不易损耗，大大延长直拉单晶用碳碳埚托的使用寿命；此外，碳碳复合材料原料成本低，相比于石墨材质，加工成相同的形状所需的原材料更少，能够节省原材料。

具体地，在本说明书的一个可能的实施方式中，直拉单晶用碳碳埚托的外径为500～900mm，该外径为包括固定部4在内的直拉单晶用碳碳埚托最宽处的直径，而直拉单晶用碳碳埚托的高度为55～70mm，在该尺寸范围内的直拉单晶用碳碳埚托能够适用于现有市场中的大多数坩埚尺寸，适用范围广泛；例如，目前市场上的石墨坩埚或者碳碳坩埚尺寸包括32寸和36寸，其中36寸坩埚的外径为967mm，则直拉单晶用碳碳埚托的外径可以设置为855～865mm，以适配该36寸坩埚；需要说明的是，上述尺寸仅是本实施例的一种优选实施方式，并不用于限制本实用新型，根据实际需要适配的坩埚尺寸的变化，直拉单晶用碳碳埚托的外径也可以设置为大于900mm，只要保证能够稳定支承坩埚即可。

通过本实施例可知，本实用新型具有如下有益效果：

1、将锥形侧面与水平面呈15～18°设置，能够保证埚托主体具有足够的壁厚，使得埚托主体对坩埚起到良好的支承作用，保证埚托主体具有优异的力学性能，支撑强度好，使用寿命长；同时，该角度又能够避免埚托主体加工时用料过多导致的成本上涨，而高支撑强度也能够减少埚托主体在使用过程中的损耗，有利于降低直拉单晶过程的生产成本。

2、在直拉单晶用碳碳埚托的边缘处设置固定部，能够有效固定坩埚，保证坩埚定位的可靠性，也有利于直拉单晶生产过程的稳定性与安全性。

3、将直拉单晶用碳碳埚托的压制成高密度状态，使得产品致密性好，抗腐蚀能力强，力学性能优异，有利于延长使用寿命。

4、采用碳碳复合材料，使得直拉单晶用碳碳埚托具有强度高、质量轻、热膨胀系数小，抗热震性好，在急热、急冷环境中使用不开裂，使用寿命长等优点；并且，碳碳复合材料易定形，易加工成型，原料成本低，相比于石墨材质，加工成相同的形状所需的原材料更少，能够节省原材料。

以上所描述的仅为本实用新型的一些实施例而已，并不用于限制本实用新型，本行业的技术人员应当了解，本实用新型还会有各种变化和改进，任何依照本实用新型所做的修改、等同替换和改进都落入本实用新型所要求的保护的范围内。

Claims (10)

1.一种直拉单晶用碳碳埚托，其特征在于，包括埚托主体，所述埚托主体包括承托面(1)、支撑底面(2)与锥形侧面(3)，所述承托面(1)位于所述埚托主体的内表面，所述承托面(1)为弧形面，用于承载坩埚；所述支撑底面(2)位于所述埚托主体的底部，并且所述支撑底面(2)水平设置；所述锥形侧面(3)由所述支撑底面(2)的边缘延伸而成，并且所述锥形侧面(3)与所述支撑底面(2)之间形成的锐角为15～18°。

2.根据权利要求1所述的一种直拉单晶用碳碳埚托，其特征在于，所述支撑底面(2)包括第一底面(21)和第二底面(22)，所述第二底面(22)位于所述第一底面(21)的外周，并且所述第二底面(22)的水平高度高于所述第一底面(21)的水平高度。

3.根据权利要求1所述的一种直拉单晶用碳碳埚托，其特征在于，所述直拉单晶用碳碳埚托的环形边缘处设置固定部(4)，所述固定部(4)用于与所述坩埚固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种直拉单晶用碳碳埚托，其特征在于，所述固定部(4)的上表面水平设置，并且所述固定部(4)的上表面与所述埚托主体的边缘呈钝角设置；所述固定部(4)的底部设置卡槽(41)，所述卡槽(41)用于与所述坩埚嵌套固定。

5.根据权利要求1所述的一种直拉单晶用碳碳埚托，其特征在于，所述承托面(1)上设置至少一个限位部，所述限位部用于与所述坩埚的底部相匹配。

6.根据权利要求1所述的一种直拉单晶用碳碳埚托，其特征在于，所述直拉单晶用碳碳埚托的密度为1.35～1.5g/cm³。

7.根据权利要求1所述的一种直拉单晶用碳碳埚托，其特征在于，所述直拉单晶用碳碳埚托为一体结构。

8.根据权利要求1所述的一种直拉单晶用碳碳埚托，其特征在于，所述直拉单晶用碳碳埚托的外径为500～900mm。

9.根据权利要求8所述的一种直拉单晶用碳碳埚托，其特征在于，所述直拉单晶用碳碳埚托的高度为55～70mm。

10.一种单晶炉，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的直拉单晶用碳碳埚托。

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