CN218812215U - 一种单晶硅棒拉制装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种单晶硅棒拉制装置。单晶硅棒拉制装置包括：主炉体；坩埚，坩埚设置于所述主炉体内，用于容纳硅料；加热器，加热器设置于主炉体内，用于将坩埚内的硅料加热成硅液，以从硅液中生长单晶硅棒；以及传热组件，传热组件设置于所述单晶硅棒拉制装置内，传热组件在单晶硅棒通过时至少部分与单晶硅棒接触，以传导单晶硅棒的热量。本申请实施例中，传热组件可以至少部分与单晶硅棒接触，以将单晶硅棒的热量通过接触式传导的方式快速传导至传热组件，以提高单晶硅棒的纵向温度梯度，提高单晶硅棒的晶体生长速度，从而，增大单晶硅棒的拉制效率并降低单晶硅棒的生产成本。

Description

一种单晶硅棒拉制装置

技术领域

本申请属于光伏技术领域，具体涉及一种单晶硅棒拉制装置。

背景技术

近年来，光伏发电作为绿色能源以及人类可持续发展的主要能源的一种，日益受到世界各国的重视并得到大力发展。单晶硅片作为光伏发电的一种基础材料，有着广泛的市场需求。单晶硅片通常由单晶硅棒进行切片处理得到，单晶硅棒则可以由硅料生长拉制而成。

目前，为了降低单晶硅棒的生产成本，单晶硅棒制造业朝着大热场、大装料、大尺寸及高拉速方向发展。其中，降低单晶硅棒拉制生产成本最有效的手段就是提高晶体生长速度。为了提高晶体生长速度现有常规方法是通过在热屏内胆附近设计一个水冷传热组件，通过辐射传热方式将结晶时释放的潜热能量辐射至水冷传热组件内壁带出炉外，从而提高晶棒纵向温度梯度并提高长晶速率，但以辐射方式带走晶棒的热量效率不高，对晶棒纵向温度梯度的提高效果有限。因此，现有的单晶硅棒拉制过程中，提高晶体生长速度的手段效果有限，单晶硅棒拉制的效率仍然较低且生产成本较高。

实用新型内容

本申请旨在提供一种单晶硅棒拉制装置，以解决现有的单晶硅棒拉制的效率较低且生产成本较高的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请公开了一种单晶硅棒拉制装置，所述单晶硅棒拉制装置包括：

主炉体；

坩埚，所述坩埚设置于所述主炉体内，用于容纳硅料；

加热器，所述加热器设置于所述主炉体内，用于将所述坩埚内的硅料加热成硅液，以从所述硅液中生长单晶硅棒；

以及传热组件，所述传热组件何止在所述所述单晶硅棒拉制装置内，所述传热组件在所述单晶硅棒通过时至少部分与所述单晶硅棒接触，以传导所述单晶硅棒的热量。

可选地，所述传热组件包括多个传热体，所述传热组件内还设置有吹气机构，所述吹气机构用于吹拂所述传热体，以使所述传热体与所述单晶硅棒接触并带走所述传热组件内部的热量。

可选地，所述吹气机构包括设置在所述传热组件内的第一风道，所述第一风道用于通入气体；

所述传热体内设置有沿其轴向延伸的中空腔；

所述第一风道与所述中空腔连通，以将所述第一风道内的所述气体吹拂至所述中空腔内。

可选地，所述吹气机构包括设置在所述传热组件内的第二风道以及吹风口，所述吹风口的一端与所述第二风道连通，另一端贯穿所述传热组件的内壁且朝向所述传热体之间的空隙设置；

所述第二风道用于通入气体，并将所述气体通过所述吹风口吹出。

可选地，所述吹气结构还包括：第一通气结构和第二通气结构，所述第一通气结构和所述第二通气结构皆设置于所述主炉体的顶部；其中，

所述第一通气结构用于向所述主炉体内通入第一工作气体，所述第二通气结构用于，在所述单晶硅棒的调温阶段至收尾阶段，向所述主炉体内通入第二工作气体，所述第二工作气体的比热大于所述第一工作气体的比热。

可选地，所述第一通气结构和第二通气结构为一体结构，或者，所述第一通气结构和所述第二通气结构为分体结构。

可选地，所述单晶硅棒拉制装置还包括：热屏，所述热屏设置于所述主炉体内且位于所述坩埚的上方；

所述热屏套设在所述单晶硅棒外且与所述单晶硅棒之间存在间隙；

所述传热组件连接在所述热屏与所述单晶硅棒之间。

可选地，所述主炉体的顶部还设置有副炉体，所述副炉体与所述主炉体内部连通，所述单晶硅棒至少部分延伸至所述副炉体内；

所述传热组件至少部分设置于所述主炉体内且套接在所述单晶硅棒外。

可选地，所述传热组件包括多个传热体，所述传热体通过导热胶粘接于所述传热组件的内壁，和/或，所述传热体卡接于所述传热组件的内壁，和/或，所述传热体通过紧固件连接于所述传热组件的内壁。

可选地，所述传热体的材质包括：碳纤维、石墨烯纤维、金属纤维中的其中一种或多种混合。

本申请实施例中，由于传热组件可以设置在所述单晶硅棒拉制装置内，所述传热组件在单晶硅棒通过时可以至少部分与所述单晶硅棒接触，以将所述单晶硅棒的热量通过接触式传导的方式快速传导至所述传热组件。这样，就可以提高所述单晶硅棒的纵向温度梯度，提高所述单晶硅棒的晶体生长速度，从而，增大所述单晶硅棒的拉制效率并降低所述单晶硅棒的生产成本。

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。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例所述的一种单晶硅棒拉制装置；

图2是图1所示的单晶硅棒拉制装置中的传热组件和硅棒的结构示意图；

图3是本申请实施例所述的另一种单晶硅棒拉制装置的结构示意图；

图4是图3所示的单晶硅棒拉制装置A位置的详细结构示意图；

图5是本申请实施例所述的一种传热组件的剖视结构示意图；

图6是图5所示的传热组件B位置的结构示意图之一；

图7是图5所示的传热组件B位置的结构示意图之二；

图8是图3所示的拉晶硅棒拉制装置中的传热组件的结构示意图；

图9是图8所示的传热组件C位置的结构示意图；

图10是本申请实施例所述的一种单晶硅棒拉制方法的步骤流程图。

附图标记：10-主炉体，11-坩埚，12-加热器，13-传热组件，131-传热体，132-水冷通道，133-进水管，134-出水管，135-第一风道，136-中空腔，137-第二风道，138-吹风口，14-第一通气结构，15-热屏，16-副炉体，20-单晶硅棒。

具体实施方式

下面将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。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“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。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，示出了本申请实施例所述的一种单晶硅棒拉制装置，参照图2，示出了图1所示的单晶硅棒拉制装置中的传热组件和硅棒的结构示意图，参照图3，示出了本申请实施例所述的另一种单晶硅棒拉制装置的结构示意图，参照图4，示出了图3所示的单晶硅棒拉制装置A位置的详细结构示意图。

如图1、图3所示，所述单晶硅棒拉制装置具体可以包括：主炉体10；坩埚11，坩埚11设置于主炉体10内，用于容纳硅料；加热器12，加热器12设置于主炉体10内，用于将坩埚11内的硅料加热成硅液，以从所述硅液中生长单晶硅棒20；以及传热组件13，传热组件13设置于所述单晶硅棒拉制装置内，传热组件13在单晶硅棒20通过时至少部分与单晶硅棒20接触，以传导单晶硅棒20的热量。

本申请实施例中，由于传热组件13可以设置在所述单晶硅棒拉制装置内，传热组件13在单晶硅棒20通过时至少部分与单晶硅棒20接触，以将单晶硅棒20的热量通过接触式传导的方式快速传导至传热组件13。这样，就可以提高单晶硅棒20的纵向温度梯度，提高单晶硅棒20的晶体生长速度，从而，增大单晶硅棒20的拉制效率并降低单晶硅棒20的生产成本。

具体的，所述单晶硅棒拉制装置可以为单晶炉。主炉体10作为所述单晶硅棒拉制装置的主结构件，可以容纳并固定坩埚11、加热器12以及传热组件13等。示例的，坩埚11可以为单坩埚、双坩埚等，坩埚11可以用于容纳硅料。在加热器12将坩埚11内的硅料加热硅液后，可以在所述硅液的单晶生长界面生长出单晶硅棒20。加热器12可以用于加热坩埚11，以使坩埚11内的硅料融化成硅液，并且，在单晶硅棒20的拉制过程中，使得硅液一直保持合适的温度。

示例的，加热器12可以设置在坩埚11的底部，以从坩埚11的底部加热坩埚11，和/或，加热器12可以设置在坩埚11的侧部，以从坩埚11的侧部加热坩埚11。图1和图3中仅示出了在坩埚11的底部和侧部皆设置加热器12的情况，其他的情况参照执行即可。

具体的，传热组件13大致为筒形，可以设置在单晶硅棒拉制装置中，当单晶硅棒通过时套在单晶硅棒20外，传热组件13可以吸收单晶硅棒20结晶时辐射出的热量，并将吸收的热量传输至主炉体10外，从而提升单晶硅棒20的纵向温度梯度并提高单晶硅棒20的晶体生长速度。传热组件13可以为水冷传热组件或者风冷传热组件中的任意一种，本申请实施例对于传热组件13的具体类型可以不做限定。

本申请实施例中，传热组件13的内壁上可以设置有朝向中心延伸的多个传热体131，传热体131至少部分与单晶硅棒20接触，因此，单晶硅棒20结晶时产生的热量通过传热体131快速传导至传热组件13，并通过传热组件13快速的传输至主炉体10外，单晶硅棒20产生的热量被带走的速度较快。

在实际应用中，在单晶硅棒20产生的热量能够被快速带走的情况下，所述单晶生长界面处的纵向温度梯度可以得到极大的提升，所述单晶生长界面的单晶生长速度也能得到较大的提升，从而，可以提升单晶硅棒20的拉速，进而，可以提升单晶硅棒20的拉制效率。

以下示出用于计算单晶硅棒20的拉速的热力学模型：

Vmax＝(Ks×dTs/dz-Kl×dTl/dz)/(ρs×L)(公式一)

其中，dTl/dz表示的硅液的温度梯度，通常的，dTl/dz≥0，ρS表示的是硅的密度(g/cm3)，Ks表示的是热传导系数(J/(K·cm·s))，此处的热传导系数指单晶硅棒导热系数，为一物理常量，L表示的是硅的结晶潜热(J/g)，dTs/dz表示的是单晶生长界面温度梯度(K/cm)，Vmax表示的是单晶硅棒20的最大拉速。

由公式一可知，要想单晶硅棒20获得高的拉速，就需要提高单晶硅生长的温度梯度和提高其热传导系数。而单晶生长界面处纵向温度梯度的提升需要尽快将单晶硅棒20产生的热量带走。本申请实施例中，由于传热组件13的内壁上设置有朝向单晶硅棒20延伸的多个传热体131，传热体131至少部分与单晶硅棒20接触，单晶硅棒20结晶时产生的热量通过传热体131可以快速传导至传热组件13，并通过传热组件13快速的传输至主炉体10外，单晶硅棒20产生的热量能被快速的带走，因此，能够提升所述单晶生长界面处的纵向温度梯度，从而，提升单晶硅棒20的拉制速度。

目前常规的单晶硅生长是在氩气保护气氛，以氩气作为热传导介质，其热比热容相对较低，热传导能力也相应有限。在本申请的一些可选实施例中，可以向主炉体10内通入更高比热的气体作为传热介质，以提高晶棒和气体分子间的热传导，从而，提高单晶硅棒20的拉速。

可选地，所述单晶硅棒拉制装置还可以包括：第一通气结构14和第二通气结构(图中未示出)，第一通气结构14和所述第二通气结构皆设置于所述主炉体10的顶部或传热组件13的顶部(图中未示出)；其中，第一通气结构14可用于向主炉体10内通入第一工作气体，所述第二通气结构可以用于，在单晶硅棒20的调温阶段至收尾阶段，向主炉体10内通入第二工作气体，所述第二工作气体的比热大于所述第一工作气体的比热。

具体的，所述第一工作气体可以为氩气等常规的保护气体。所述第二工作气体可以为氮气、氢气、氦气、甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、正丁烷等比热比氩气大的高比热气体。由于所述第二工作气体的比热大于所述第一工作气体的比热，因此，在将所述第二工作气体通入到主炉体10内的情况下，可以提升主炉体10内的单晶硅棒20的热传导系数，从而，提升单晶硅棒20的拉制速度。

具体的，单晶硅棒20的拉制过程为可以包括加料→熔化→调温-引晶生长-放肩生长-等径生长→收尾等工序。其中，在调温前，可以通过第一通气结构14向主炉体10内通入所述第一工作气体，以在所述第一工作气体的氛围进行相关操作。在进入调温工序之后，可以通过所述第二通气结构向主炉体10内通入第二工作气体，由于所述第二工作气体的比热比第一工作气体的比热要大，因此，从所述调温阶段开始，主炉体10内的单晶硅棒20的热传导系数较大，有利于提升单晶硅棒20的拉制速度。

通常来说，比热较高的所述第二工作气体的成本要大于比热较低的所述第一工作气体的成本，而且，在调温阶段开始之后，主炉体10内的热传导系数才能影响到单晶硅棒20的拉速。因此，通过在调温阶段之前通入成本较低的所述第一工作气体，在调温开始后才通入成本较高的所述第二工作气体，以提高主炉体10内的热传导系数，这样，在提升单晶硅棒20拉速的同时，还可以减少气体的成本。

在实际应用中，从等径生长阶段开始后，主炉体10内的热传导系数对所述单晶硅棒20拉速的影响增大，为了进一步控制气体成本，可以在等径生长阶段开始后才通过所述第二通气结构向主炉体10内通入所述第二工作气体，本申请实施例对此不做限定。

示例的，在将所述第二工作气体通入主炉体10内之后，主炉体10内可以形成所述第一工作气体和所述第二工作气体的混合气体，而且，二者的比例范围可以为0:1-1:0。本申请实施例对于所述第一工作气体和所述第二工作气体的比例不做具体限定。而且，所述第一工作气体和所述第二工作气体的通入流速可以为10-500L/min，本申请实施例对于所述第一工作气体和所述第二工作气体的通入速度可以不做限定。

可选地，第一通气结构14和第二通气结构为一体结构，以实现第一通气结构14和所述第二通气结构的共用，减少所述单晶硅棒拉制装置中的通气结构的数量，简化所述单晶硅棒拉制装置的结构。或者，第一通气结构14和所述第二通气结构为分体结构，以使用独立的第一通气结构14单独控制所述第一工作气体的通入，并使用独立的第二通气结构单独控制所述第二工作气体的通入，以使得第一通气结构14和所述第二通气结构的具体结构和控制逻辑都较为简单。

在具体的应用中，传热体131可以为刷毛、纤维等。传热体131具体可以采用高热传导率的纤维制成，这样，在传热体131与单晶硅棒20接触的情况下，可以进一步加快单晶硅棒20通过传热体131传导至传热组件13的速度。可选地，传热体131的材质可以包括但不局限于碳纤维、石墨烯纤维、金属纤维中的任意一种或多种混合，本申请实施例对于传热体131的具体材质可以不做限定。

在具体的应用中，所述传热体与所述单晶硅棒20的接触距离可以为0-50毫米，以使得所述传热体能够与所述单晶硅棒20的充分接触，便于所述传热体将所述单晶硅棒20的热量快速的传导至所述传热组件13。单根传热体131的直径可以为0.1-10毫米，本申请实施例对于所述传热体131与所述单晶硅棒20的接触距离以及所述传热体131的直径不做具体限定。

可选地，传热体131与传热组件13连接的一端可以为碳化的硬质纤维，以使得传热体131可以与传热组件13实现可靠连接。传热体131与单晶硅棒20接触的一端可以为软质纤维，以实现传热体131与单晶硅棒20之间的柔性接触，避免传热体131影响到单晶硅棒20的表面质量和拉晶稳定性。

需要说明的是，在具体的应用中，传热体131还可以整体为碳化的硬质纤维，或者，整体为软质纤维，本申请实施例对此不做限定。

可选地，传热体131可以通过导热胶粘接于传热组件13的内壁，和/或，传热体131卡接于传热组件13的内壁，和/或，传热体131通过紧固件连接于传热组件13的内壁。本申请实施例对于传热体131与传热组件13之间的连接方式可以不做限定。

在本申请的一些可选实施例中，传热组件13内还设置有吹气机构，所述吹气机构可以用于吹拂传热体131，以使传热体131与单晶硅棒20接触并带走传热组件13内部的热量。在实际应用中，一方面，通过使用气体吹拂传热组件13内部的传热体131，可以加快传热组件13内部的气体对流，尽快带走传热组件13内部的热量；另一方面，由于传热体131的硬度较软，很可能会出现传热体131坍塌而无法与单晶硅棒20接触的现象，因此，通过在传热组件13内设置吹气机构吹拂传热体131，可以使得传热体131保持直立的状态，与单晶硅棒20充分的接触进行热量的传导，进而，可以提升单晶硅棒20的拉制速度。以下示出了不同散热方式对应的传热效率提升幅度和拉晶速度。

表一不同散热方式对应的传热效率提升幅度和拉晶速度

表一的方案一为传统的散热方式，即传热组件13内壁上未设置传热体131，且传热组件13内部未设置吹气机构来加快传热组件13的内部气体的对流。此时，单晶硅棒20的结晶潜热仅靠传热组件13以辐射的方式进行散热，传热组件13内仅存在氩气的低速对流，带走的热量有限，此时，单晶硅棒20的传热效率较低，相应的，单晶硅棒20的拉制速度也相应较低(1.7mm/min)。

表一的方案二相对方案一来说，在传热组件13的内部新增了吹气机构，且所述吹气机构内通入的气体为传统的氩气。此时，单晶硅棒20的结晶潜热一方面可以靠传热组件13以辐射的方式进行散热；另一方面，由于所述吹气机构可以用于向传热组件13的内部通入氩气，氩气能在传热组件13内部形成高速的对流，快速的带走传热组件13内部的热量。因此，相对方案一来说，方案二的散热方案的热传导效率可以提升17％，相应的，拉晶速度可以由1.7mm/min提升至2.0mm/min。

表一的方案三相对方案一来说，在传热组件13的内壁新增了传热体131，但传热组件13内部未设置吹气机构来加快传热组件13的内部气体的对流，仅存在氩气的低速对流。此时，一方面，传热体131在单晶硅棒20通过时可以至少部分与单晶硅棒20接触，将单晶硅棒20的热量通过接触式传导的方式快速传导至传热组件13，快速的带走传热组件13内部的热量。另一方面，传热组件13内仅存在氩气的低速对流，带走的热量有限。因此，相对方案一来说，方案三的散热方案的热传导效率可以提升64％，相应的，拉晶速度可以由1.7mm/min提升至2.8mm/min。

表一的方案四相对方案一来说，在传热组件13的内壁新增了传热体131，但传热组件13内部未设置吹气机构来加快传热组件13的内部气体的对流，但是，传热组件13内吹入的气体为高比热气体(氮气、氢气、氦气、甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、正丁烷等)，即传热组件13内存在高比热气体的低速对流。此时，一方面，传热体131在单晶硅棒20通过时可以至少部分与单晶硅棒20接触，将单晶硅棒20的热量通过接触式传导的方式快速传导至传热组件13，快速的带走传热组件13内部的热量。另一方面，由于传热组件13内存在高比热气体的低速对流，相对传统的氩气来说，即使在低速对流的场景下，高比热气体仍然能够带走的更多的热量。因此，相对方案一来说，方案四的散热方案的热传导效率可以提升88％，相应的，拉晶速度可以由1.7mm/min提升至3.2mm/min。

表一的方案五相对方案一来说，在传热组件13的内壁新增了传热体131，且在传热组件13的内部新增了吹气机构，所述吹气机构内通入气体的为传统的氩气。此时，一方面，传热体131在单晶硅棒20通过时可以至少部分与单晶硅棒20接触，将单晶硅棒20的热量通过接触式传导的方式快速传导至传热组件13，快速的带走传热组件13内部的热量。另一方面，由于所述吹气机构可以用于向传热组件13的内部通入氩气，氩气能在传热组件13内部形成高速的对流，快速的带走传热组件13内部的热量。因此，相对方案一来说，方案五的散热方案的热传导效率可以提升76％，相应的，拉晶速度可以由1.7mm/min提升至3.0mm/min。

表一的方案六相对方案一来说，在传热组件13的内壁新增了传热体131，且在传热组件13的内部新增了吹气机构，所述吹气机构内通入气体的为高比热气体。此时，一方面，传热体131在单晶硅棒20通过时可以至少部分与单晶硅棒20接触，将单晶硅棒20的热量通过接触式传导的方式快速传导至传热组件13，快速的带走传热组件13内部的热量。另一方面，由于所述吹气机构可以用于向传热组件13的内部通入高比热气体，高比热气体能在传热组件13内部形成高速的对流，快速的带走传热组件13内部的热量。相对传统的氩气来说，高速对流的高比热气体能够带走的更多的热量。因此，相对方案一来说，方案六的散热方案的热传导效率可以提升106％，相应的，拉晶速度可以由1.7mm/min提升至3.5mm/min。

如表一所示，通过在传热组件13内新增吹气结构、增设传热体131以及采用高比热气体代替传统的氩气等措施，都可以提升单晶硅棒20的热传导效率和拉晶速度。但是，使用上述三种措施中的两种或者两种以上的组合，可以进一步增加单晶硅棒20的热传导效率和拉晶速度的提升幅度。因此，在实际应用中，本领域技术人员可以实际需要选择上述三种措施中的一种或者多种的组合，以提升单晶硅棒20的热传导效率和拉晶速度。

参照图5，示出了本申请实施例所述的一种传热组件的剖视结构示意图，参照图6，示出了图5所示的传热组件B位置的结构示意图之一，参照图7，示出了图5所示的传热组件B位置的结构示意图之二。

如图5所示，传热组件13可以为水冷传热组件，其中，传热组件13的侧壁内设置有用于容纳冷却水的水冷通道132。传热组件13还包括进水管133和出水管134，进水管133和出水管134的一端延伸至所述主炉体10外，进水管133和出水管134的另一端分别与水冷通道132连通。其中，进水管133可以用于向水冷通道132内通入冷却水，出水管134可以用于将水冷通道132内的冷却水导出，以实现冷却水在传热组件13内的循环，将单晶硅棒20传导至传热组件13上的热量带出至主炉体10外。

如图6所示，所述吹气机构可以包括设置在传热组件13内的第一风道135，第一风道135可以用于通入气体；传热体131内设置有沿其轴向延伸的中空腔136；第一风道135与中空腔136连通，以将第一风道135内的气体吹拂至中空腔136内，带走传热组件13内部的热量并使得传热体131能够保持直立的状态与单晶硅棒20接触。

在实际应用中，由于传热体131内设置有沿其轴向延伸的中空腔136，且中空腔136与第一风道135连通，在第一风道135内通入有气体的情况下，所述气体即可从第一风道135进入中空腔136，使得传热体131保持直立的状态，充分与单晶硅棒20接触。由于每根传热体131内皆可设置中空腔136，因此在所述气体的吹拂下，每根传热体131都可以保持较好的直立状态。

如图7所示，所述吹气机构可以包括设置在传热组件13内的第二风道137以及吹风口138，吹风口138的一端与第二风道137连通，另一端贯穿传热组件13的内壁且朝向传热体131之间的空隙设置；第二风道137可以用于通入气体，并将所述气体通过吹风口138吹出，以带走传热组件13内部的热量并带动传热体131与单晶硅棒20接触。

在实际应用中，由于吹风口138的一端与第二风道137连通，另一端朝向传热体131之间的空隙设置，在第二风道137内通入有气体的情况下，所述气体即可从第二风道137进入吹风口138，并经吹风口138吹向传热体131之间的间隙，使得传热体131保持直立的状态，充分与单晶硅棒20接触。图7所示的方案中，仅需在传热组件13的侧壁设置第二风道137和吹风口138即可，无需对传热体131的结构做额外的改进，实现方式较为简单。

如图1所示，所述单晶硅棒拉制装置还可以包括：热屏15，热屏15设置于主炉体10内且位于坩埚11的上方；热屏15套设在单晶硅棒20外且与单晶硅棒20之间存在间隙；传热组件13连接在热屏15与单晶硅棒20之间。

在实际应用中，热屏15可以用于保温隔热，稳定主炉体10内的热场温度，而且，还可以对气体进行导流。通过将传热组件13设置在热屏15内，可以便于传热组件13在稳定的热场温度下对单晶硅棒20产生的热量进行传导，提高传热组件13的热传导效率。而且，还可以使得传热组件13距离主炉体10顶部的距离较近，便于将传热组件13进水管133和出水管134延伸至主炉体10外部，便于传热组件13的布局。

需要说明的是，由于热屏15通常为锥筒状结构，即，热屏15的顶部直径通常大于底部的直径，因此，在将传热组件13设置于热屏15内的情况下，为了与热屏15的形状适配，传热组件13相应可以设置成图2所示的锥筒状结构，且传热组件13顶部的直径大于底部的直径。

如图3所示，主炉体10的顶部还设置有副炉体16，副炉体16与主炉体10内部连通，单晶硅棒20至少部分延伸至副炉体16内；传热组件13的至少部分设置于副炉体16内且套接在单晶硅棒20外，以快速的带走副炉体16内的单晶硅棒20的结晶潜热。

需要说明的是，在实际应用中，传热组件16的具体位置可以根据实际需要进行设置。例如，可以将传热组件16整体设置在副炉体13内。又如，可以将传热组件16的部分设置在副炉体13内，另一部分延伸至主炉体10内。本申请实施例对于传热组件16的具体位置可以不做限定。

参照图8，示出了图3所示的拉晶硅棒拉制装置中的传热组件的结构示意图，参照图9，示出了图8所示的传热组件C位置的结构示意图。如图8、图9所示，由于副炉体16的形状通常为圆柱形，为了便于传热组件13在副炉体16内的安装固定，传热组件13相应可以设置成圆柱形，传热组件13内壁上的传热体131可以至少部分与单晶硅棒20接触。

本申请实施例中，传热体131可以均匀的分布在传热组件13的内壁上，也可以不规则的分布在传热组件13的内壁上。而且，传热体131可以分布在所述传热组件13的整个内壁上，也可以分布在传热组件13的部分内壁上。本申请实施例对于传热体131在传热组件13内壁上的分布方式不做具体限定。

综上，本申请实施例所述的单晶硅棒拉制装置至少可以包括以下优点：

本申请实施例中，由于传热组件可以设置在所述单晶硅棒拉制装置内，所述传热组件在单晶硅棒通过时能够至少部分与所述单晶硅棒接触，以将所述单晶硅棒的热量通过接触式传导的方式快速传导至所述传热组件。这样，就可以提高所述单晶硅棒的纵向温度梯度，提高所述单晶硅棒的晶体生长速度，从而，增大所述单晶硅棒的拉制效率并降低所述单晶硅棒的生产成本。

参照图10，示出了本申请实施例所述的一种单晶硅棒拉制方法的步骤流程图，如图10所示，所述单晶硅棒拉制方法具体可以包括以下步骤：

步骤1001：提供主炉体，所述主炉体内装有坩埚、加热器以及传热组件，所述坩埚盛放有硅料。

具体的，所述单晶硅棒拉制装置可以为单晶炉。主炉体10作为所述单晶硅棒拉制装置的主结构件，可以容纳并固定坩埚11、加热器12以及传热组件13等。示例的，坩埚11可以为单坩埚、双坩埚等，坩埚11可以用于容纳硅料。在加热器12将坩埚11内的硅料加热硅液后，可以在所述硅液的单晶生长界面生长出单晶硅棒20。加热器12可以用于加热坩埚11，以使坩埚11内的硅料融化成硅液，并且，在单晶硅棒20的拉制过程中，使得硅液一直保持合适的温度。

具体的，传热组件13可以套设在单晶硅棒20外，传热组件13可以吸收单晶硅棒20结晶时辐射出的热量，并将吸收的热量传输至主炉体10外，从而提升单晶硅棒20的纵向温度梯度并提高单晶硅棒20的晶体生长速度。传热组件13可以为水冷传热组件或者风冷传热组件中的任意一种，本申请实施例对于传热组件13的具体类型可以不做限定。

本申请实施例中，由于传热组件13的内壁上设置有朝向中心延伸的多个传热体131，传热体131至少部分与单晶硅棒20接触，因此，单晶硅棒20结晶时产生的热量通过传热体131快速传导至传热组件13，并通过散热器快速的传输至主炉体10外，单晶硅棒20产生的热量被带走的速度较快。

步骤1002：采用所述加热器加热熔化所述坩埚内的硅料，得到硅液。

本申请实施例中，加热器12可以设置在坩埚11的底部，以从坩埚11的底部加热坩埚11，和/或，加热器12可以设置在坩埚11的侧部，以从坩埚11的侧部加热坩埚11，将坩埚11内的硅料加热成硅液。

步骤1003：从所述坩埚的硅液中拉晶，以得到单晶硅棒；其中，在所述单晶硅棒通过所述传热组件时，所述传热组件至少部分与所述单晶硅棒接触，以传导所述单晶硅棒的热量。

具体的，单晶硅棒20的拉制过程为可以包括加料→熔化→调温-引晶生长-放肩生长-等径生长→收尾等工序。通过在坩埚11中的硅液执行上述操作，可以得到单晶硅棒。

本申请实施例中，由于拉晶的过程中，在单晶硅棒20通过传热组件13时，传热体13可以至少部分与单晶硅棒20接触，以将单晶硅棒20的热量通过接触式传导的方式快速传导至传热组件13。这样，就可以提高单晶硅棒20的纵向温度梯度，提高单晶硅棒20的晶体生长速度，从而，增大单晶硅棒20的拉制效率并降低单晶硅棒20的生产成本。

可选地，所述传热组件内还设置有吹气机构，所述从所述内坩埚的硅液中拉晶，以得到单晶硅棒的步骤，还可以包括：采用所述吹气机构吹拂所述传热体，以带走所述传热组件内部的热量并使所述传热体与所述单晶硅棒接触。

在本申请的一些可选实施例中，传热组件13内还设置有吹气机构，所述吹气机构可以用于吹拂传热体131，以带走传热组件13内部的热量并使传热体131与单晶硅棒20接触。在实际应用中，一方面，通过使用气体吹拂传热组件13内部的传热体131，可以加快传热组件13内部的气体对流，尽快带走传热组件13内部的热量；另一方面，由于传热体131的硬度较软，很可能会出现传热体131坍塌而无法与单晶硅棒20接触的现象，因此，通过在传热组件13内设置吹气机构吹拂传热体131，可以使得传热体131保持直立的状态，与单晶硅棒20充分的接触进行热量的传导，进而，可以提升单晶硅棒20的拉制速度。

可选地，所述吹气机构具体可以包括第一通气结构和第二通气结构，所述采用所述吹气机构吹拂所述传热体，以带走所述传热组件内部的热量并使所述传热体与所述单晶硅棒接触的步骤可以包括以下子步骤：

子步骤S11：在加料和熔化阶段，所述第一通气结构向所述主炉体内通入第一工作气体。

具体的，在调温之前的加料和熔化阶段，可以通过第一通气结构14向主炉体10内通入所述第一工作气体，以在所述第一工作气体的氛围进行相关操作。具体的，所述第一工作气体可以为氩气等常规的保护气体

子步骤S12：在调温阶段至收尾阶段，所述第二通气结构向所述主炉体内通入第二工作气体，所述第二工作气体的比热大于所述第一工作气体的比热。

本申请实施例中，在进入调温工序之后，可以通过所述第二通气结构向主炉体10内通入第二工作气体，由于所述第二工作气体的比热比第一工作气体的比热要大，因此，从所述调温阶段开始，主炉体10内的单晶硅棒20的热传导系数较大，有利于提升单晶硅棒20的拉制速度。

通常来说，比热较高的所述第二工作气体的成本要大于比热较低的所述第一工作气体的成本，而且，在调温阶段开始之后，主炉体10内的热传导系数才能影响到单晶硅棒20的拉速。因此，通过在调温阶段之前通入成本较低的所述第一工作气体，在调温开始后才通入成本较高的所述第二工作气体，以提高主炉体10内的热传导系数，这样，在提升单晶硅棒20拉速的同时，还可以减少气体的成本。

在实际应用中，从等径生长阶段开始后，主炉体10内的热传导系数对所述单晶硅棒20拉速的影响增大，为了进一步控制气体成本，可以在等径生长阶段开始后才通过所述第二通气结构向主炉体10内通入所述第二工作气体，本申请实施例对此不做限定。

示例的，在将所述第二工作气体通入主炉体10内之后，主炉体10内可以形成所述第一工作气体和所述第二工作气体的混合气体，而且，二者的比例范围可以为0:1-1:0。本申请实施例对于所述第一工作气体和所述第二工作气体的比例不做具体限定。而且，所述第一工作气体和所述第二工作气体的通入流速可以为10-500L/min，本申请实施例对于所述第一工作气体和所述第二工作气体的通入速度可以不做限定。

综上，本申请实施例所述的单晶硅棒拉制方法至少可以包括以下优点：

本申请实施例中，由于传热组件可以设置在所述单晶硅棒拉制装置内，所述传热组件在单晶硅棒通过时能够至少部分与所述单晶硅棒接触，以将所述单晶硅棒的热量通过接触式传导的方式快速传导至所述传热组件。这样，就可以提高所述单晶硅棒的纵向温度梯度，提高所述单晶硅棒的晶体生长速度，从而，增大所述单晶硅棒的拉制效率并降低所述单晶硅棒的生产成本。

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。

Claims (10)

1.一种单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述单晶硅棒拉制装置包括：

主炉体；

坩埚，所述坩埚设置于所述主炉体内，用于容纳硅料；

加热器，所述加热器设置于所述主炉体内，用于将所述坩埚内的硅料加热成硅液，以从所述硅液中生长单晶硅棒；

以及传热组件，所述传热组件设置在所述单晶硅棒拉制装置内，所述传热组件在所述单晶硅棒通过时至少部分与所述单晶硅棒接触，以传导所述单晶硅棒的热量。

2.根据权利要求1所述的单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述传热组件包括多个传热体，所述传热组件内还设置有吹气机构，所述吹气机构用于吹拂所述传热体，以使所述传热体与所述单晶硅棒接触并带走所述传热组件内部的热量。

3.根据权利要求2所述的单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述吹气机构包括设置在所述传热组件内的第一风道，所述第一风道用于通入气体；

所述传热体内设置有沿其轴向延伸的中空腔；

所述第一风道与所述中空腔连通，以将所述第一风道内的所述气体吹拂至所述中空腔内。

4.根据权利要求2所述的单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述吹气机构包括设置在所述传热组件内的第二风道以及吹风口，所述吹风口的一端与所述第二风道连通，另一端贯穿所述传热组件的内壁且朝向所述传热体之间的空隙设置；

所述第二风道用于通入气体，并将所述气体通过所述吹风口吹出。

5.根据权利要求2所述的单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述吹气机构还包括：第一通气结构和第二通气结构，所述第一通气结构和所述第二通气结构皆设置于所述主炉体的顶部；其中，

所述第一通气结构用于向所述主炉体内通入第一工作气体，所述第二通气结构用于，在所述单晶硅棒的调温阶段至收尾阶段，向所述主炉体内通入第二工作气体，所述第二工作气体的比热大于所述第一工作气体的比热。

6.根据权利要求5所述的单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述第一通气结构和第二通气结构为一体结构，或者，所述第一通气结构和所述第二通气结构为分体结构。

7.根据权利要求1所述的单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述单晶硅棒拉制装置还包括：热屏，所述热屏设置于所述主炉体内且位于所述坩埚的上方；

所述热屏套设在所述单晶硅棒外且与所述单晶硅棒之间存在间隙；

所述传热组件连接在所述热屏与所述单晶硅棒之间。

8.根据权利要求1所述的单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述主炉体的顶部还设置有副炉体，所述副炉体与所述主炉体内部连通，所述单晶硅棒至少部分延伸至所述副炉体内；

所述传热组件至少部分设置于所述副炉体内且在所述单晶硅棒通过时套在所述单晶硅棒外。

9.根据权利要求1至8任一项所述的单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述传热组件包括多个传热体，所述传热体通过导热胶粘接于所述传热组件的内壁，和/或，所述传热体卡接于所述传热组件的内壁，和/或，所述传热体通过紧固件连接于所述传热组件的内壁。

10.根据权利要求9所述的单晶硅棒拉制装置，其特征在于，所述传热体的材质包括：碳纤维、石墨烯纤维、金属纤维中的其中一种。

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