CN218491883U - 一种提升单晶拉速的水冷结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种提升单晶拉速的水冷结构,包括筒状本体,所述筒状本体包括外壁和内壁,所述外壁和内壁之间设有冷水道,用于冷却水循环,所述内壁一侧竖直设置,另外一侧包括连接设置的上段部、中段部和下段部,所述上段部和下段部竖直设置,所述上段部的直径大于下段部的直径,所述中段部连接所述上段部和下段部倾斜设置。本实用新型的有益效果是增大了单晶炉水冷结构的轴向温度梯度,提升了单晶的拉速,更有利于单晶的生长,提高了单晶炉的产能。
Description
技术领域
本实用新型属于单晶炉技术领域,尤其是涉及一种提升单晶拉速的水冷结构。
背景技术
随着直拉法制造单晶硅的各项工艺技术日益完善,现有的大部分的单晶硅都采用直拉法在单晶炉内生长,直拉法生长单晶硅需要化料、引晶、放肩、等径、收尾和冷却等工艺过程。通常冷却工艺是在通入冷却气体的环境下进行的,由于整个系统处于开启状态,通入的氩气在单晶炉内停留时间较短,冷却效果一般且冷却气体成本较大。随着市场对硅片经济性的要求不断提高,导致直拉法制备单晶硅的尺寸不断增大,使得大尺寸单晶硅生长已成为主流。但是随着晶体尺寸的不断增大,拉单晶过程的拉速不断减小,严重限制了单晶炉的产能。单晶硅的生长速度取决于固液界面温度梯度,温度梯度越大,生长速度越快,但温度梯度过大,也会导致晶体生长过程出现位错等问题。现有的水冷结构包括外壁和内壁,外壁和内壁之间设有冷水道,水冷结构主体越靠近上端内径越大,冷水道距离晶体距离越远,晶体散热越慢,轴向温度梯度小,不利于单晶拉速的提升。
实用新型内容
为解决上述技术问题,本实用新型提供一种提升单晶拉速的水冷结构,有效的解决了单晶炉水冷结构轴向温度梯度小的问题,克服了现有技术的不足。
本实用新型采用的技术方案是:一种提升单晶拉速的水冷结构,包括筒状本体,所述筒状本体包括外壁和内壁,所述外壁和内壁之间设有冷水道,用于冷却水循环,所述内壁一侧竖直设置,另外一侧包括连接设置的上段部、中段部和下段部,所述上段部和下段部竖直设置,所述上段部的直径大于下段部的直径,所述中段部连接所述上段部和下段部倾斜设置。
进一步,所述内壁上段部和下段部的高度小于所述中段部的高度,所述上段部和下段部的高度是所述筒状本体高度的1/2-1/3。
进一步,所述内壁上段部和中段部设有散热叶片。
进一步,所述散热叶片沿内壁上段部和中段部的母线设置。
进一步,所述散热叶片沿内壁上段部和中段部周向均匀分布。
进一步,所述散热叶片在内壁上段部和中段部沿纬线设置。
进一步,所述散热叶片沿内壁上段部和中段部轴向均匀分布。
进一步,所述散热叶片的高度沿所述筒状本体的轴向方向递减。
进一步,所述内壁中段部与所述筒状本体轴线的夹角为15-25°。
进一步,所述筒状本体的上端面设有进水口和出水口,所述进水口和出水口与所述冷水道相连,所述冷水道靠近所述内壁设置。
本实用新型具有的优点和积极效果是:由于采用上述技术方案,增大了单晶炉水冷结构的轴向温度梯度,提升了单晶的拉速,更有利于单晶的生长,提高了单晶炉的产能。
附图说明
图1是现有技术中的水冷结构示意图。
图2是本实用新型一实施例一种提升单晶拉速的水冷结构示意图。
图3是本实用新型一实施例一种提升单晶拉速的水冷结构示意图。
图4是本实用新型一实施例一种提升单晶拉速的水冷结构俯视图。
图5是本实用新型一实施例装有水冷结构的单晶炉的结构示意图。
图中:
10、水冷结构 11、内壁 111、上段部
112、中段部、 113、下段部 12、外壁
13、散热叶片 14、冷水道 15、进水口
16、出水口 20、导流筒 30、单晶硅棒
40、石英坩埚 50、CCD摄像机 60、单晶炉
具体实施方式
本实用新型实施例提供了一种提升单晶拉速的水冷结构,下面结合附图对本实用新型的实施例做出说明。
如图2-5所示,本实用新型一种提升单晶拉速的水冷结构,包括筒状本体,筒状本体包括内壁11和外壁12,内壁11和外壁12之间设有冷水道14,用于冷却水循环。内壁11一侧竖直设置,另外一侧包括连接设置的上段部 111、中段部112和下段部113,上段部111和下段部113竖直设置,上段部 111的直径大于下段部113的直径,中段部112连接上段部111和下段部113 倾斜设置。外壁12的形状不做限制,可与现有技术相同。整个水冷结构放置于单晶炉60的的导流筒20内。水冷结构内壁11的上段部111靠近导流筒20的上部设置,内壁11的下段部113靠近导流筒20的下部设置,在导流筒20底部安装有石英坩埚40。在单晶炉60上盖安装有CCD摄像机50,单晶硅棒30在生长过程中,贯穿导流筒20和水冷结构10逐渐向上移动, CCD摄像机50用于对导流筒20下沿与石英坩埚40内硅液面的距离的观察。
具体的,内壁11上段部111和下段部113的高度小于中段部112的高度,上段部111和下段部113的高度是筒状本体高度的1/2-1/3。由于大尺寸单晶硅棒30直径较大,本身散热较慢,其内部的热应力较大,所以需要增加水冷结构的水冷效果。尤其在单晶硅棒30刚刚离开石英坩埚40,初期生长时,将内壁11下端部竖直设置,可使冷水道14更靠近单晶硅棒30,更有利于单晶生长。内壁11的一半从上到下完全竖直设置,使冷水道14更加靠近单晶硅棒30,加强了水冷效果,增大轴向温度梯度,提升单晶拉速,加快单晶生长。同时为了避免由于冷热交替过快,导致单晶硅棒30产生炸裂,内壁11的另外一半中段部112倾斜设置,也有利于CCD摄像机50观察。
优选的,内壁11上段部111和中段部112设有散热叶片13。散热叶片 13是设置在内壁11上的片装凸起,凸起内部为空腔,空腔与冷水道14相连。在有限的空间内进一步增大了冷水道14与单晶硅棒30的换热面积,提高冷却效率。由于大尺寸单晶硅棒30直径较大,为了便于硅棒顺利贯通内壁11,在下段部113和一侧完全竖直部未设置该散热叶片13。
具体的,在某些实施例中,散热叶片13沿内壁11上段部111和中段部 112的母线设置。散热叶片13凸起沿母线呈直线延伸,从上段部111的顶部一直延伸至中段部112的底部。散热叶片13的具体形状不做限制。叶片的顶部可以是波浪形也可以是直线形。散热叶片13的数量可以设置多个,沿内壁11上段部111和中段部112周向均匀分布。
具体的,在某些实施例中,散热叶片13在内壁11上段部111和中段部 112沿纬线设置。散热叶片13凸起沿纬线呈半圆环状设置在内壁11上。散热叶片13的具体形状不做限制。叶片的顶部可以是波浪形也可以是直线形。散热叶片13的数量可以设置多个,散热叶片13的数量可以设置多个,沿内壁11上段部111和中段部112轴向均匀分布。
具体的,散热叶片13的高度沿筒状本体的轴向方向逐渐递减。由于大尺寸单晶硅棒30直径较大,为了便于硅棒在水冷结构内上下移动,散热叶片13的高度不易过大,叶片顶部不应与硅棒产生干涉。叶片高度随着内壁 11的倾斜逐渐减小。
具体的,内壁11中段部112与筒状本体轴线的夹角θ为15-25°。若内壁11中段部112过于倾斜,中段部112与筒状本体轴线的夹角θ大于25°,使得经过内壁11下段部113的的冷却氩气聚集在结晶前沿处,使得经过内壁11下段部113的氩气气流急剧增加,不利于氩气流与晶体之间的热交换,影响晶体生长。CCD摄像机50安装在单晶炉60上盖对应内壁11倾斜段的一侧,若内壁11中段部112与筒状本体轴线的夹角θ过小,小于15°,会影响CCD摄像机50对导流筒20下沿与硅液界面的距离的观察,导致无法准确判断稳温埚位,影响单晶质量。
具体的,筒状本体的上端面设有进水口15和出水口16,进水口15和出水口16与冷水道14相连。冷水道14与现有技术相同,在外壁12和内壁11 之间沿纬线方向设置,可以环状设置也可以螺旋状设置。为了增加冷却效果,冷水道14需靠近单晶硅棒30,冷水道14靠近内壁11设置。
实施例一:如图2和图4所示,一种提升单晶拉速的水冷结构,包括筒状本体,筒状本体包括内壁11和外壁12,内壁11和外壁12之间设有冷水道14,用于冷却水循环。内壁11沿轴线均分为两半,一侧竖直设置,另外一侧包括连接设置的上段部111、中段部112和下段部113,上段部111和下段部113竖直设置,上段部111的直径大于下段部113的直径,中段部112连接上端部和下端部倾斜设置。外壁12包含竖直段和倾斜段,竖直段对应内壁11上段部111设置,倾斜段对应内壁11中段部112和下端部设置。内壁11上段部111和下段部113的高度小于中段部112的高度,上段部111 和下段部113的高度是筒状本体高度的1/2-1/3。内壁11上段部111和中段部112设有散热叶片13。散热叶片13沿内壁11上段部111和中段部112 的母线设置,沿内壁11上段部111和中段部112周向均匀分布。散热叶片 13的顶部为直线,散热叶片13的高度沿筒状本体的轴向方向逐渐递减。内壁11中段部112与筒状本体轴线的夹角θ为20°。筒状本体的上端面设有进水口15和出水口16,进水口15和出水口16与冷水道14相连。冷水道 14在外壁12和内壁11之间,靠近内壁11沿纬线方向环状设置,冷水道14 的具体形状与现有技术相同,在此不做赘述。
实施例二:如图3所示,与实施例一不同之处为,散热叶片13在内壁 11上段部111和中段部112沿纬线设置,沿内壁11上段部111和中段部112 轴向均匀分布。散热叶片13的顶部为波浪线。
工作流程:冷水从进水口15进入冷水道14进行循环,冷水带走单晶硅棒30向水冷结构内壁11辐射的热量,从出水口16排出,提升冷却速率,提高轴向温度梯度,提升单晶拉速,有利于单晶硅棒30的生长。
本实用新型具有的优点和积极效果是:
冷水结构内壁11的设置,与现有技术相比,在不影响CCD摄像头视野的前提下,使冷水道14更加靠近单晶硅棒30,有助于提升冷却率,增大轴向温度梯度,提升单晶硅棒30的生长拉速。
内壁11散热叶片13的设置,增大了水流面积,在一定程度上提高了冷却效果,加快了单晶硅棒30的生长。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例,不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种提升单晶拉速的水冷结构,包括筒状本体,所述筒状本体包括外壁和内壁,所述外壁和内壁之间设有冷水道,用于冷却水循环,其特征在于,所述内壁一侧竖直设置,另外一侧包括连接设置的上段部、中段部和下段部,所述上段部和下段部竖直设置,所述上段部的直径大于下段部的直径,所述中段部连接所述上段部和下段部倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的一种提升单晶拉速的水冷结构,其特征在于:所述内壁上段部和下段部的高度小于所述中段部的高度,所述上段部和下段部的高度是所述筒状本体高度的1/2-1/3。
3.根据权利要求1所述的一种提升单晶拉速的水冷结构,其特征在于:所述内壁上段部和中段部设有散热叶片。
4.根据权利要求3所述的一种提升单晶拉速的水冷结构,其特征在于:所述散热叶片沿内壁上段部和中段部的母线设置。
5.根据权利要求4所述的一种提升单晶拉速的水冷结构,其特征在于:所述散热叶片沿内壁上段部和中段部周向均匀分布。
6.根据权利要求3所述的一种提升单晶拉速的水冷结构,其特征在于:所述散热叶片在内壁上段部和中段部沿纬线设置。
7.根据权利要求6所述的一种提升单晶拉速的水冷结构,其特征在于:所述散热叶片沿内壁上段部和中段部轴向均匀分布。
8.根据权利要求3-6任一所述的一种提升单晶拉速的水冷结构,其特征在于:所述散热叶片的高度沿所述筒状本体的轴向方向递减。
9.根据权利要求1所述的一种提升单晶拉速的水冷结构,其特征在于:所述内壁中段部与所述筒状本体轴线的夹角为15-25°。
10.根据权利要求1-7、9任一所述的一种提升单晶拉速的水冷结构,其特征在于:所述筒状本体的上端面设有进水口和出水口,所述进水口和出水口与所述冷水道相连,所述冷水道靠近所述内壁设置。
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