CN219449951U - 一种单晶炉热场系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种单晶炉热场系统，涉及单晶制造设备技术领域，一种单晶炉热场系统包括上炉盖、下炉体和潜望CCD，上炉盖的顶端开设有供晶棒提升的出料孔，潜望CCD倾斜设置在上炉盖上且朝向上炉盖与下炉体组成的内部空腔，潜望CCD位于上炉盖的顶端中部且位于出料孔的一侧位置，下炉体内设置有导流筒和保温组件，导流筒内设置有用于冷却晶棒的水冷屏。本申请中潜望CCD的安装位置靠近上炉盖的正中心位置，能够减少与导流筒以及保温组件的干涉，从而使得导流筒可以做得更长，有利于提高炉内的温度梯度，相应的，保温组件可以加厚，提高保温效果，增加提拉速率。

Description

一种单晶炉热场系统

技术领域

本申请涉及单晶制造设备技术领域，尤其是涉及一种单晶炉热场系统。

背景技术

随着世界经济的不断发展，现代化建设对高效能源需求不断增长。光伏发电作为绿色能源以及人类可持续发展的一种主要能源，日益受到世界各国的重视并得到大力发展。单晶硅作为光伏发电的一种基础材料，拥有广泛的市场需求。

单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法(CZ)、区熔法(FZ)和外延法，直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。虽然区熔法与直拉法很相似，甚至制造出的单晶硅棒也很相像，但是区熔法有其特有的问题，如硅棒的预热、熔接等问题，因此，目前单晶硅主要是通过直拉法制得的，其中，单晶硅生长速度受结晶界面附近晶体的纵向温度梯度影响很大，且梯度越大，单晶硅生长越快。因此要增大结晶界面附近晶体的纵向温度梯度，就要让晶体快速散热，特别是要做到结晶界面附近晶体的快速散热。

相关技术主要在单晶炉内增加水冷热屏来使晶体快速散热，并通过设置在上炉盖上的潜望CCD观察炉内的具体工作情况，受限于潜望CCD的视角范围，单晶炉内的结构很难再作出改变来提高单晶炉内的纵向温度梯度。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种潜望CCD视角范围的单晶炉热场系统。

本申请提供的一种单晶炉热场系统采用如下的技术方案：

一种单晶炉热场系统，包括上炉盖、下炉体和潜望CCD，所述上炉盖的顶端中部开设有供晶棒提升的出料孔，所述潜望CCD倾斜设置在所述上炉盖上且朝向所述上炉盖与下炉体组成的内部空腔，所述潜望CCD位于所述上炉盖的顶端中部且位于所述出料孔的一侧位置，所述下炉体内位于所述出料孔正下方还设置有导流筒和保温组件，所述导流筒内设置有用于冷却晶棒的水冷屏，所述保温组件套设在所述导流筒外。

为了提高单晶炉的纵向温度梯度，需要提高相应保温组件的高度，然而单晶炉内的空间有限，想要增加提高相应的保温组件的高度，潜望CCD的视线就会受到升高的保温组件的阻挡，使潜望CCD无法观测炉内的具体工作情况，通过采用上述技术方案，潜望CCD更加靠近出料孔，使潜望CCD的视角更加靠近导流筒的中轴线，增加了潜望CCD的可视角度，能够通过潜望CCD更加清楚地看到单晶炉内的工作情况，此时调节相应保温组件的高度，潜望CCD能够较好地观测炉内情况，降低了升高的保温组件阻碍潜望CCD观测炉内情况的可能性，水冷屏和保温组件的升高提高了单晶炉内的纵向温度梯度，有利于提高单晶棒的提拉速，提高单晶成精率。

可选的，所述潜望CCD包括视角调节件和潜望筒，所述视角调节件包括第一反光镜和第二反光镜，所述第一反光镜和所述第二反光镜均连接在所述潜望筒内且所述第一反光镜和所述第二反光镜均倾斜设置。

通过采用上述技术方案，能够将光线进行反射，使潜望CCD的观测视角向导流筒中轴线方向偏移，使潜望CCD能够更加清楚地看见单晶炉内的工作情况。

可选的，所述保温组件包括保温环、热屏毡、上保温毡和下保温毡，所述上保温毡的上端与所述保温环固定连接，所述上保温毡的下端与所述下保温毡固定连接，所述下保温毡与所述下炉体固定连接，所述热屏毡套设在所述导流筒外，所述保温环套设在所述热屏毡的上端外周面上。

通过采用上述技术方案，保温组件能够维持对单晶炉进行保温，为单晶硅的生产维持合适的温度，降低在生产过程中加热器能量的输出，有利于提高生产效率，降低生产单晶硅的生产成本。

可选的，所述保温环包括第一卡环和第二卡环，所述第一卡环开设有用于限位所述第二卡环和所述热屏毡的第一限位孔，所述第一卡环的下底面靠近外周面的部分与所述上保温毡的上端面固定连接，所述第一限位孔的内壁还开设有第一限位槽，所述第二卡环的外周嵌设在所述第一限位槽内，所述第二卡环上开设有用于限位所述导流筒的第二限位孔。

通过采用上述技术方案，能够使导流筒和热屏毡被保温环所固定，能够让导流筒和保温环更加稳定地置于炉体内，提高了装置的整体稳定性，且第一卡环和第二卡环能够对炉体的上端进行保温，有利于提高单晶炉内温度。

可选的，所述导流筒包括支撑板和锥状筒，所述支撑板固连在所述锥状筒的上端且所述支撑板位于所述热屏毡以及所述第二卡环的上侧，所述水冷屏的外表面与所述锥状筒的内壁抵接，所述水冷屏的上端高于所述第二卡环的所在位置。

通过采用上述技术方案，潜望CCD的可视角度增加后，降低了水冷屏升高而阻碍潜望CCD观测炉内反应情况的可能性，通过缩小水冷屏的内径，为热屏毡和上保温毡的加厚提供空间，增强了单晶炉内的保温效果，内径缩小后的水冷屏使气体流通时的压力增强，提高了气体流通时的速度，有利于含氧废气更迅速地从炉体内排出，有效地降低了单晶棒的含氧量，提高晶棒的品质。

单晶硅生长速度受结晶界面附近晶体的纵向温度梯度影响很大，其纵向温度梯度越大，单晶硅生长越快，想要增大结晶界面附件晶体的纵向温度梯度，就要让晶体快速散热，水冷屏的高度增加后，提高了晶棒的散热行程，增加了纵向温度梯度，提高了晶棒的散热效率，有利于提高单晶硅的生长速度，提高单晶硅的产量。

可选的，所述热屏毡包括内毡体和环形凸沿，所述内毡体和所述环形凸沿固定连接或两者一体成型，所述内毡体的内壁与所述导流筒的外壁抵接，所述内毡体的外壁与所述第二限位孔的内壁抵接，所述环形凸沿的上侧分别与所述第一卡环的下侧和第二卡环的下侧抵接。

通过采用上述技术方案，使热屏毡的厚度增加，提高了热屏毡的保温效果，有利于提高单晶炉的炉内温度，单晶炉在工作时能以比原来更小的功耗维持炉内温度，有利于降低生产单晶硅的生产成本，热屏毡的高度增加，进一步提高了热屏毡的保温效果，有利于提高单晶炉的炉内温度，单晶炉在工作时能以比原来更小的功耗维持炉内温度，进一步降低生产单晶硅的生产成本。

可选的，所述上保温毡的外表面与所述下保温毡的外表面相齐平，所述上保温毡的外表面与所述第一卡环的外表面相互错开。

在水冷屏的内径没有缩小之前，水冷屏的散热效果较强，导流筒处的最高温度较低，此时直接加厚上保温毡，提高了导流筒内的最低温度，使炉内纵向温度梯度减小，降低了成精效率，通过采用上述技术方案，在水冷屏的内径缩小高度增加和热屏毡的高度增加厚度增加后，水冷屏的散热效果降低，导流筒处的最高温度相较于原来有所提高，此时增加上保温毡的厚度，提高导流筒内的最低温度，在保证了温度梯度增强的同时，进一步增强了上保温毡的保温效果，有利于提高单晶炉的炉内温度，降低生产单晶硅的生产成本。

可选的，所述潜望CCD电连接有用于检测晶棒转速的检测模块。

通过采用上述技术方案，在单晶硅的生产过程中，检测模块能够实时检测晶棒划弧的速度并根据炉内的实时生产情况调控晶棒的转动速度，同时发出报警提示，有利于提高装置的稳定性。

可选的，所述下炉体内还设置有坩埚和用于控制所述坩埚高度的升降杆，所述升降杆竖向设置在所述坩埚下方，所述升降杆的上端与所述坩埚的底部固定连接，所述升降杆的下端设置在所述下炉体底部。

在生产单晶硅的过程中，需要向坩埚内加入原料，通过对坩埚加热使原料熔化后再结晶以得到单晶硅，若加入原料太多，溶化后的原料液面会与导流筒靠近下炉体的一端粘连，发生危险，通过采用上述技术方案，当原料注入到一定量时，升降杆向下移动，保证了坩埚内溶液的液面与导流筒的下端保持一定距离，降低了在生产过程中发生危险的可能性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.潜望CCD更加靠近出料孔，使潜望CCD的视角更加靠近导流筒的中轴线，增加了潜望CCD的可视角度，能够通过潜望CCD更加清楚地看到单晶炉内的工作情况，此时将水冷屏的内径缩细，增高水冷屏和热屏毡的高度，增加热屏毡和上保毡的厚度，增强了单晶炉的炉内保温效果，提高单晶炉内的纵向温度梯度，有利于提高单晶棒的提拉速，提高单晶成精率。

2.水冷屏的内径缩小使气体流通时的压力增强，提高了气体流通时的速度，有利于含氧废气更迅速地从炉体内排出，有效地降低了单晶棒的含氧量，提高晶棒的品质，水冷屏和热屏毡的高度增加，提高了晶棒的散热行程，增加了纵向温度梯度，提高了晶棒的散热效率，有利于提高单晶硅的生长速度，提高单晶硅的产量。

3.热屏毡和上保温毡的厚度增加，提高了热屏毡的保温效果，有利于提高单晶炉的炉内温度，单晶炉在工作时能以比原来更小的功耗维持炉内温度，有利于降低生产单晶硅的生产成本。

附图说明

图1是本申请一种单晶炉热场系统的剖面结构示意图。

图2是本申请图1中A部分的局部放大示意图。

图中，1、上炉盖；11、出料孔；2、下炉体；3、潜望CCD；31、视角调节件；311、第一反光镜；312、第二反光镜；32、潜望筒；4、水冷屏；5、导流筒；51、支撑板；52、锥状筒；6、保温组件；61、保温环；611、第一卡环；6111、第一限位孔；6112、第一限位槽；612、第二卡环；6121、第二限位孔；62、热屏毡；621、内毡体；622、环形凸沿；63、上保温毡；631、凹槽；64、下保温毡；7、检测模块；8、坩埚；9、升降杆。

具体实施方式

以下结合附图1至附图2对本申请作进一步详细说明。

一种单晶炉热场系统，参照图1和图2，包括上炉盖1，下炉体2和潜望CCD3，上炉盖1的顶端开设有供晶棒提升的出料孔11，潜望CCD3倾斜设置在上炉盖1上且朝向所述上炉盖1与下炉体2组成的内部空腔，潜望CCD位于上炉盖顶端中部且位于出料孔的一侧位置，潜望CCD3电连接有用于检测晶棒转速的检测模块7，检测模块7用于检测单晶炉内晶棒的工作情况并对晶棒的转速进行调节，上炉盖1与下炉体2通过螺栓可拆卸连接，下炉体2内设置有导流筒5和保温组件6，导流筒5内设置有用于冷却晶棒的水冷屏4，,保温组件6套设在导流筒5外。

参照图1，所述潜望CCD3包括视角调节件31和潜望筒32，所述视角调节件31包括第一反光镜311和第二反光镜312，所述第一反光镜311和所述第二反光镜312均连接在所述潜望筒32内且所述第一反光镜311和所述第二反光镜312均倾斜设置，第二反光镜312相较于第一反光镜311更靠近出料孔11。

参照图1，保温组件6包括保温环61、热屏毡62、上保温毡63和下保温毡64，上保温毡63的上端与保温环61固定连接，上保温毡63的下端与下保温毡64固定连接，下保温毡64与下炉体2固定连接，保温环61套设在热屏毡62上端的外周面上。炉体内还设置有坩埚8和升降杆9，升降杆9用于控制坩埚8的高度，以防止溶化后的原料与导流筒5靠近下炉体2的一端粘连进而发生危险，升降杆9的一端与坩埚8的底端固定连接，升降杆9的另一端与下炉体2远离上炉盖1的一端固定连接。

参照图1和图2，保温环61包括第一卡环611和第二卡环612，第一卡环611开设有用于限位第二卡环612和热屏毡62的第一限位孔6111，第一卡环611的下底面靠近外周面的部分与上保温毡63的上端面固定连接，第一限位孔6111的内壁还开设有第一限位槽6112，第二卡环612的外周嵌设在第一限位槽6112内，第一限位槽6112的槽高于第二卡环612的高度相等，第二卡环612上开设有用于限位导流筒5的第二限位孔6121。

参照图1和图2，导流筒5包括支撑板51和锥状筒52，支撑板51固定连接在锥状筒52的上端且支撑板51位于热屏毡62一级第二卡环612的上侧，水冷屏4的外表面与锥状筒52的内壁抵接，水冷屏4的上端高于第二卡环612的所在位置，用于提高炉内的纵向温度梯度，热屏毡62包括内毡体621和环形凸沿622，内毡体621和环形凸沿622固定连接或两者一体成型，本实施例中内毡体621和环形凸沿622固定连接，内毡体621的内壁与导流筒5的外壁抵接，内毡体621远离下炉体2的一端侧壁与第二限位孔6121的内壁抵接，环形凸沿622的上侧分别与第一卡环611的下侧和第二卡环612的下侧抵接，环形凸沿622远离导流筒5中轴线的一端呈弧形设置，上保温毡63远离下炉体2的一端内侧开设有与环形凸沿622对应的凹槽631，用于固定热屏毡62，内毡体621远离下炉体2的一端高于第二卡环612，用于进一步提高炉内的纵向温度梯度，上保温毡63的外表面与下保温毡64的外表面相齐平，上保温毡63的外表面与第一卡环611的外表面相互错开，使上保温毡63的厚度大于下保温毡64的厚度，以提升上保温毡63的保温效果，降低生产成本。

本申请实施例的实施原理为：通过移动潜望CCD3，使潜望CCD3的视角更加靠近导流筒5的中轴线，增加了潜望CCD3的可视角度，能够通过潜望CCD3更加清楚地看到单晶炉内的工作情况，减小了由于视角受限对炉内保温组件6结构的制约，此时将水冷屏4的内径缩细，增高水冷屏4和热屏毡62的高度，增加热屏毡62和上保毡的厚度，内径缩细后的水冷屏4和厚度增加的热屏毡62以及上保毡增强了单晶炉的炉内保温效果，高度增加的水冷屏4和热屏毡62提高了单晶炉内的纵向温度梯度，有利于提高单晶棒的提拉速度，提高单晶成精率。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单晶炉热场系统，包括上炉盖（1）、下炉体（2）和潜望CCD（3），其特征在于，所述上炉盖（1）的顶端中部开设有供晶棒提升的出料孔（11），所述潜望CCD（3）倾斜设置在所述上炉盖（1）上且朝向所述上炉盖（1）与下炉体（2）组成的内部空腔，所述潜望CCD（3）位于所述上炉盖（1）的顶端中部且位于所述出料孔（11）的一侧位置，所述下炉体（2）内位于所述出料孔（11）正下方还设置有导流筒（5）和保温组件（6），所述导流筒（5）内设置有用于冷却晶棒的水冷屏（4），所述保温组件（6）套设在所述导流筒（5）外。

2.根据权利要求1所述的一种单晶炉热场系统，其特征在于，所述潜望CCD（3）包括视角调节件（31）和潜望筒（32），所述视角调节件（31）包括第一反光镜（311）和第二反光镜（312），所述第一反光镜（311）和所述第二反光镜（312）均连接在所述潜望筒（32）内且所述第一反光镜（311）和所述第二反光镜（312）均倾斜设置。

3.根据权利要求1所述的一种单晶炉热场系统，其特征在于，所述保温组件（6）包括保温环（61）、热屏毡（62）、上保温毡（63）和下保温毡（64），所述上保温毡（63）的上端与所述保温环（61）固定连接，所述上保温毡（63）的下端与所述下保温毡（64）固定连接，所述下保温毡（64）与所述下炉体（2）固定连接，所述热屏毡（62）套设在所述导流筒（5）外，所述保温环（61）套设在所述热屏毡（62）的上端外周面上。

4.根据权利要求3所述的一种单晶炉热场系统，其特征在于，所述保温环（61）包括第一卡环（611）和第二卡环（612），所述第一卡环（611）开设有用于限位所述第二卡环（612）和所述热屏毡（62）的第一限位孔（6111），所述第一卡环（611）的下底面靠近外周面的部分与所述上保温毡（63）的上端面固定连接，所述第一限位孔（6111）的内壁还开设有第一限位槽（6112），所述第二卡环（612）的外周嵌设在所述第一限位槽（6112）内，所述第二卡环（612）上开设有用于限位所述导流筒（5）的第二限位孔（6121）。

5.根据权利要求4所述的一种单晶炉热场系统，其特征在于，所述导流筒（5）包括支撑板（51）和锥状筒（52），所述支撑板（51）固连在所述锥状筒（52）的上端且所述支撑板（51）位于所述热屏毡（62）以及所述第二卡环（612）的上侧，所述水冷屏（4）的外表面与所述锥状筒（52）的内壁抵接，所述水冷屏（4）的上端高于所述第二卡环（612）的所在位置。

6.根据权利要求4所述的一种单晶炉热场系统，其特征在于，所述热屏毡（62）包括内毡体（621）和环形凸沿（622），所述内毡体（621）和所述环形凸沿（622）固定连接或两者一体成型，所述内毡体（621）的内壁与所述导流筒（5）的外壁抵接，所述内毡体（621）的外壁与所述第二限位孔（6121）的内壁抵接，所述环形凸沿（622）的上侧分别与所述第一卡环（611）的下侧和第二卡环（612）的下侧抵接。

7.根据权利要求4所述的一种单晶炉热场系统，其特征在于，所述上保温毡（63）的外表面与所述下保温毡（64）的外表面相齐平，所述上保温毡（63）的外表面与所述第一卡环（611）的外表面相互错开。

8.根据权利要求1所述的一种单晶炉热场系统，其特征在于，所述潜望CCD（3）电连接有用于检测晶棒转速的检测模块（7）。

9.根据权利要求1所述的一种单晶炉热场系统，其特征在于，所述下炉体（2）内还设置有坩埚（8）和用于控制所述坩埚（8）高度的升降杆（9），所述升降杆（9）竖向设置在所述坩埚（8）下方，所述升降杆（9）的上端与所述坩埚（8）的底部固定连接，所述升降杆（9）的下端设置在所述下炉体（2）底部。