CN219157035U - 一种水冷屏及单晶硅生长装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种水冷屏及单晶硅生长装置，涉及单晶硅制造设备技术领域。水冷屏包括本体和散热件；本体内设有腔体；散热件包括连接条和散热条，连接条的一端固定于腔体的内壁上，散热条的一侧垂直固定于连接条远离腔体内壁的一端。单晶硅生长装置包括水冷屏。本申请的水冷屏，通过在腔体的内壁上设置散热件，从而显著增加腔体内壁的散热面积，进而提高水冷屏吸收热量的能力。

Description

一种水冷屏及单晶硅生长装置

技术领域

本申请涉及单晶硅制造设备技术领域，尤其涉及一种水冷屏及单晶硅生长装置。

背景技术

在直拉法制备单晶硅的过程中，结晶界面附近晶体的温度梯度越大，单晶硅生长越快。目前，通常使用水冷屏快速吸收晶体结晶时释放的热量，以增大单晶硅生长时的轴向温度梯度，进而提升单晶硅的制备速度。

目前，由于水冷屏的内壁为光滑的曲面结构，导致水冷屏吸收热量的能力较弱，严重影响单晶硅的制备速度。

实用新型内容

为克服现有技术中的不足，本申请提供一种水冷屏及单晶硅生长装置。

本申请提供如下技术方案：

一种水冷屏，所述水冷屏包括本体和散热件；所述本体内设有腔体；所述散热件包括连接条和散热条，所述连接条的一端固定于所述腔体的内壁上，所述散热条的一侧垂直固定于所述连接条远离所述腔体内壁的一端。

在一种可能的实施方式中，所述腔体包括相互连通的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体位于所述第二腔体的上方；所述散热件包括第一散热件和第二散热件，所述第一散热件固定于所述第一腔体的内壁上，所述第二散热件固定于所述第二腔体的内壁上。

在一种可能的实施方式中，所述第一腔体为弧形腔体，所述第一腔体的直径由上到下逐渐递减；所述第二腔体为环形腔体，所述第二腔体的直径等于所述第一腔体下端的直径。

在一种可能的实施方式中，所述第一腔体的内壁上设有多个所述第一散热件，多个所述第一散热件绕所述第一腔体的周向方向间隔设置；所述第二腔体的内壁上设有多个所述第二散热件，多个所述第二散热件绕所述第二腔体的周向方向间隔设置；多个所述第一散热件与多个所述第二散热件一一对应。

在一种可能的实施方式中，所述本体的内部设有冷却流道，所述本体上分别开设有进液口和出液口，所述冷却流道用于连通所述进液口和所述出液口。

在一种可能的实施方式中，所述水冷屏还包括第一连接管和第二连接管，所述第一连接管与所述进液口连接，所述第二连接管与所述出液口连接。

在一种可能的实施方式中，所述冷却流道为螺旋流道。

在一种可能的实施方式中，所述本体包括第一筒体和第二筒体，所述第一筒体固定于所述第二筒体的顶部；所述第一筒体为圆柱筒，所述第二筒体为圆台筒，所述第二筒体顶部的直径与所述第一筒体的直径相同，并且所述第二筒体的直径由靠近所述第一筒体的一端向另一端逐渐减小。

第二方面，本申请还提供了一种单晶硅生长装置，所述单晶硅生长装置包括坩埚、导流筒、反应炉及上述水冷屏；所述坩埚、所述导流筒及所述水冷屏均设于所述反应炉内，所述导流筒设于所述坩埚的上方，所述水冷屏设于所述导流筒内。

在一种可能的实施方式中，所述本体下端到所述导流筒下端的距离在30-35mm之间。

相比现有技术，本申请的有益效果：

本实施例提供的水冷屏，通过在腔体的内壁上设置散热件，散热件包括连接条和散热条，散热条的一侧垂直固定于连接条远离腔体内壁的一侧，以使散热件的形状呈“T”字型，“T”字型结构的散热件可以显著增加腔体内壁的散热面积，从而提高水冷屏吸收热量的能力。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1示出了本申请一实施例水冷屏的剖视图；

图2示出了本申请一实施例第一散热件的结构示意图；

图3示出了本申请一实施例水冷屏的立体结构示意图；

图4示出了本申请一实施例单晶硅生长装置的示意图。

主要元件符号说明：

100-水冷屏；110-本体；111-第一筒体；112-第二筒体；113-第一腔体；114-第二腔体；120-第一散热件；121-连接条；122-散热条；130-第二散热件；140-第一连接管；150-第二连接管；160-悬挂板；200-坩埚；300-导流筒；400-硅棒；500-反应炉；1000-单晶硅生长装置。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，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，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

请参阅图1至图3，本申请一实施方式提供一种水冷屏100。所述水冷屏100用于冷却单晶硅，以提高所述单晶硅的等径拉速。

请参阅图1和图2，所述水冷屏100包括本体110和散热件；所述本体110内设有腔体；所述散热件包括连接条121和散热条122，所述连接条121的一端固定于所述腔体的内壁上，所述散热条122的一侧垂直固定于所述连接条121远离所述腔体内壁的一端。

所述水冷屏100工作时，所述散热条122和所述连接条121均能够吸收晶体结晶时释放的热量，并且所述散热条122和所述连接条121吸收的热量能够传递至所述腔体的内壁上，所述本体110能够吸收所述热量。

由于所述散热条122的一侧垂直固定于所述连接条121远离所述腔体内壁的一端，所以所述散热件呈“T”字型。“T”字型结构的所述散热件可以显著增加所述腔体内壁的散热面积，从而提高对所述单晶硅的冷却效果，进而实现所述单晶硅等径拉速的提高。

在一些实施例中，所述连接条121的一端与所述腔体的内壁通过氩弧焊接的方式固定连接；所述散热条122的一侧与所述连接条121远离所述腔体内壁的一端亦通过氩弧焊接的方式固定连接。在其他实施中，所述散热条122与所述连接条121还可通过一体成型的方式固定连接。

所述本体110的材料为高导热材料，如铜铬合金、不锈钢等。所述散热条122和所述连接条121的材料与所述本体110的材料相同。

在一些实施例中，请参阅图3，所述本体110包括第一筒体111和第二筒体112，所述第一筒体111固定于所述第二筒体112的顶部；所述第一筒体111为中空的圆柱筒，所述第二筒体112为中空的圆台筒。

所述第二筒体112顶部的直径与所述第一筒体111的直径相同，并且所述第二筒体112的直径由靠近所述第一筒体111的一端向另一端逐渐减小。

在一些实施例中，所述第一筒体111与所述第二筒体112通过一体成型的方式固定连接，所述第二筒体112外表面的形状可以由车床加工。

请参阅图1和图3，所述腔体包括相互连通的第一腔体113和第二腔体114；所述第一腔体113位于所述第二腔体114的上方。

所述第一腔体113为弧形腔体；所述第一腔体113的直径由上到下逐渐递减。所述第二腔体114为环形腔体，并且所述第二腔体114的直径等于所述第一腔体113下端的直径。

所述散热件包括第一散热件120和第二散热件130；所述第一散热件120固定于所述第一腔体113的内壁上；所述第二散热件130固定于所述第二腔体114的内壁上。

所述第一散热件120和所述第二散热件130的结构相同。

所述水冷屏100工作时位于坩埚200的上方，所述坩埚200用于将多晶硅熔化成熔融状态；单晶硅在所述坩埚200内的固液界面处生长。所述第二散热件130主要用于吸收固液界面处的所述单晶硅的热量，以及所述第二腔体114内的所述单晶硅的热量；所述第一散热件120主要用于吸收所述第一腔体113内单晶硅的热量。

在一些实施例中，所述第一腔体113的内壁上设有多个所述第一散热件120。多个所述第一散热件120在所述第一腔体113的内壁上，绕所述第一腔体113的周向方向间隔设置。

在一些实施例中，所述第二腔体114的内壁上设有多个所述第一散热件120。多个所述第二散热件130在所述第二腔体114的内壁上，绕所述第二腔体114的周向方向间隔设置。

所述第一腔体113的周向方向和所述第二腔体114的周向方向相同，并且多个所述第一散热件120与多个所述第二散热件130一一对应。

由于所述第一腔体113内壁的形状与所述第二腔体114内壁的形状并不相同，通过在所述第一腔体113的内壁和所述第二腔体114的内壁上分别设置所述第一散热件120和所述第二散热件130，能够有效降低所述散热件设置于所述腔体内的工艺难度。

所述第一散热件120与对应的所述第二散热件130之间存在一定的间距；所述间距可以避免所述第一散热件120或所述第二散热件130，对所述水冷屏100上方的CCD(chargecoupled device camera，图像传感器)设备造成遮挡，从而保证所述CCD设备能够捕捉所述坩埚200内的固液界面。

所述水冷屏100还包括冷却流道，所述本体110上分别设有进液口和出液口，所述冷却流道用于连通所述进液口和所述出液口。

所述冷却流道能够供冷却介质流动；所述散热件吸收的热量传递至所述腔体的内壁上后，能够与所述冷却介质发生热交换，以使所述散热件的温度降低，从而使所述散热件能够持续吸收热量。

在一些实施例中，所述冷却流道为螺旋流道，以提高所述冷却介质与所述腔体的内壁发生热交换的能力。

在一些实施例中，所述进液口和所述出液口对称地设于所述第一筒体111上；所述第一筒体111和所述第二筒体112的内部均设有冷却流道，并且所述第一筒体111内部的所述冷却流道与所述第二筒体112内部的所述冷却流道连通。

所述水冷屏100还包括第一连接管140和第二连接管150，所述第一连接管140与所述进液口连接，所述第二连接管150与所述出液口连接。

所述第一连接管140通过所述进液口向所述冷却流道内注入所述冷却介质，所述冷却介质与所述第一腔体113的内壁及所述第二腔体114的内壁发生热交换后，由所述出液口向所述第二连接管150排出。

本实施例提供的水冷屏100，通过在所述腔体的内壁上设置所述散热件，所述散热件包括所述连接条121和所述散热条122，所述散热条122的一侧垂直固定于所述连接条121远离所述腔体内壁的一侧，以使所述散热件的形状呈“T”字型，“T”字型结构的所述散热件可以显著增加所述腔体内壁的散热面积，从而提高所述水冷屏100吸收热量的能力。

实施例二

请参阅图1至图4，本申请还提供了一种单晶硅生长装置1000。所述单晶硅生长装置1000用于制备单晶硅。

请参阅图4，所述单晶硅生长装置1000包括坩埚200、导流筒300、反应炉500及上述水冷屏100；所述坩埚200、所述导流筒300及所述水冷屏100均设于所述反应炉500内，所述导流筒300设于所述坩埚200的上方，所述水冷屏100设于所述导流筒300内。

所述反应炉500用于提供反应场所；所述坩埚200用于加热多晶硅原料，以使所述多晶硅原料熔化成熔融状态，所述水冷屏100能够吸收所述坩埚200中固液界面处的晶体结晶时散发的热量，以加速所述晶体结晶；所述导流筒300用于隔绝热量。

所述单晶硅生长装置1000还包括悬挂板160和连接件，所述悬挂板160设于所述第一连接管140和所述第二连接管150上，所述连接件用于连接所述悬挂板160和所述导流筒300，以使所述水冷屏100与所述导流筒300同步移动。

所述单晶硅生长装置1000还包括移动装置，所述第一连接管140及所述第二连接管150分别与所述移动装置连接，所述移动装置通过所述第一连接管140和所述第二连接管150能够带动所述本体110及所述导流筒300沿竖直方向移动。

所述单晶硅生长装置1000制备单晶硅时，先通过所述移动装置将所述水冷屏100和所述导流筒300向上吊起，在所述坩埚200内添加多晶硅原料；待填料完成后通过所述移动装置将所述导流筒300和所述水冷屏100移动至所述坩埚200的上方。

通过抽取所述反应炉500的空气，使反应炉500内处于真空环境；加热所述坩埚200内的多晶硅原料，并控制温度，使所述坩埚200固液界面处的温度为单晶硅由液态转为固态的临界温度；所述水冷屏100吸收固液界面处所述单晶硅释放的热量，从而加速所述单晶硅的冷却；通过逐步向上提升液面上方的单晶籽晶，以保证单晶硅的生长速度稳定，使单晶硅变为直径均匀的硅棒400。

由于所述腔体的内壁上设有“T”型结构的所述散热件，从而显著增加所述腔体内壁的散热面积，提高所述水冷屏100吸收热量的能力，进而缩短所述单晶硅的冷却时间，提升所述硅棒400的等径拉速。

所述水冷屏100下端至所述坩埚200中固液界面的距离影响所述水冷屏100吸收热量的效果；由于所述水冷屏100设于所述导流筒300内，所以所述水冷屏100下端至所述导流筒300下端的距离不仅影响所述硅棒400的等径拉速，还影响单晶硅的成晶率。

经过多次实验，所述第二筒体112下端到所述导流筒300下端的距离在30-35mm之间时，即提高了所述硅棒400的等径拉速，又保证了单晶硅成晶率不受影响。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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申请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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种水冷屏，其特征在于，包括本体和散热件；所述本体内设有腔体；所述散热件包括连接条和散热条，所述连接条的一端固定于所述腔体的内壁上，所述散热条的一侧垂直固定于所述连接条远离所述腔体内壁的一端。

2.根据权利要求1所述的水冷屏，其特征在于，所述腔体包括相互连通的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体位于所述第二腔体的上方；所述散热件包括第一散热件和第二散热件，所述第一散热件固定于所述第一腔体的内壁上，所述第二散热件固定于所述第二腔体的内壁上。

3.根据权利要求2所述的水冷屏，其特征在于，所述第一腔体为弧形腔体，所述第一腔体的直径由上到下逐渐递减；所述第二腔体为环形腔体，所述第二腔体的直径等于所述第一腔体下端的直径。

4.根据权利要求3所述的水冷屏，其特征在于，所述第一腔体的内壁上设有多个所述第一散热件，多个所述第一散热件绕所述第一腔体的周向方向间隔设置；所述第二腔体的内壁上设有多个所述第二散热件，多个所述第二散热件绕所述第二腔体的周向方向间隔设置；多个所述第一散热件与多个所述第二散热件一一对应。

5.根据权利要求1所述的水冷屏，其特征在于，所述本体的内部设有冷却流道，所述本体上分别开设有进液口和出液口，所述冷却流道用于连通所述进液口和所述出液口。

6.根据权利要求5所述的水冷屏，其特征在于，所述水冷屏还包括第一连接管和第二连接管，所述第一连接管与所述进液口连接，所述第二连接管与所述出液口连接。

7.根据权利要求5所述的水冷屏，其特征在于，所述冷却流道为螺旋流道。

8.根据权利要求1所述的水冷屏，其特征在于，所述本体包括第一筒体和第二筒体，所述第一筒体固定于所述第二筒体的顶部；所述第一筒体为圆柱筒，所述第二筒体为圆台筒，所述第二筒体顶部的直径与所述第一筒体的直径相同，并且所述第二筒体的直径由靠近所述第一筒体的一端向另一端逐渐减小。

9.一种单晶硅生长装置，其特征在于，包括坩埚、导流筒、反应炉及权利要求1-8中任意一项所述的水冷屏；所述坩埚、所述导流筒及所述水冷屏均设于所述反应炉内，所述导流筒设于所述坩埚的上方，所述水冷屏设于所述导流筒内。

10.根据权利要求9所述的单晶硅生长装置，其特征在于，所述本体下端到所述导流筒下端的距离在30-35mm之间。

Images