CN219586248U - 一种提升单晶拉速的水冷结构 - Google Patents

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却腔，所述冷却腔上部设有第一冷却管道，用于通入冷却水，所述冷却腔下部设有第二冷却管道，用于通入惰性液态气体。本实用新型的有益效果是提高了水冷结构的冷却效果，增加了单晶硅表面的散热，增大了固液界面的温度梯度，有利于单晶拉速的提升，使水冷结构的提升更加平稳，提高了安全性能，结构简单，操作便捷。

Description

一种提升单晶拉速的水冷结构

技术领域

本实用新型属于单晶硅生产技术领域，尤其是涉及一种提升单晶拉速的水冷结构。

背景技术

随着直拉法生产单晶硅的各项工艺技术日益完善，采用单晶炉进行直拉法生长单晶硅是目前生产单晶硅最广泛的应用技术。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，单晶生长的拉速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。

在现有技术中，直拉单晶法的热场是由石墨件系统、单晶炉冷却系统、氩气系统组成的一套复杂的单晶生长系统。正常情况下直拉单晶法的冷却工艺是在通入冷却气体(一般为氩气)的环境下进行的，由于整个系统处于开启状态，通入的氩气在炉体内停留时间较短，最终带走的热量为全部热量的80％--85％，冷却效果一般且冷却气体成本大。而现有的水冷结构采用冷却水进行冷却，冷却效果一般，导致固液界面的温度梯度小，不利于单晶拉速的提升，且水冷结构只有两根提升杆，由于水冷结构较重，易产生歪斜，不稳固。在生产过程中，硅液温度较高，一旦硅液溅到水冷结构，易将水冷结构烫穿，发生爆炸事故。

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，有效的解决了水冷结构冷却效果不好，提升不稳固，易产生歪斜，存在安全隐患等问题，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却腔，所述冷却腔上部设有第一冷却管道，用于通入冷却水，所述冷却腔下部设有第二冷却管道，用于通入惰性液态气体。

进一步，所述第一冷却管道和第二冷却管道之间设有隔层。

进一步，所述第二冷却管道的高度不大于所述筒状本体高度的1/3。

进一步，所述第一冷却管道和第二冷却管道均沿所述筒状本体的纬线方向设置。

进一步，所述第一冷却管道和第二冷却管道均为水平环形结构。

进一步，所述筒状本体的上端面设有进水管路和出水管路，所述进水管路和出水管路与所述第一冷却管道连接，所述进水管路和出水管路对称设置。

进一步，所述筒状本体的上端面还设有进气管路和出气管路，所述进气管路和出气管路与所述第二冷却管道连接，所述进气管路和出气管路对称设置。

进一步，所述进水管路、出水管路、进气管路和出气管路沿所述筒状本体上端面的纬线方向均匀设置。

进一步，所述进水管路、出水管路、进气管路和出气管路上均设有提升装置。

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，提高了水冷结构的冷却效果，增加了单晶硅表面的散热，增大了固液界面的温度梯度，有利于单晶拉速的提升，使水冷结构的提升更加平稳，提高了安全性能，结构简单，操作便捷。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种提升单晶拉速的水冷结构的整体结构示意图。

图2是本实用新型实施例一种提升单晶拉速的水冷结构的俯视图。

图中：

1、外壁 2、内壁 3、第一冷却管道

4、第二冷却管道 5、隔层 6、进水管路

7、出水管路 8、进气管路 9、出气管路

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。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“顶部”、“底部”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“设置”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-2所示，本实用新型实施例一种提升单晶拉速的水冷结构，包括筒状本体，筒状本体的形状不做限制，筒状本体包括外壁1和内壁2，外壁1和内壁2之间设有冷却腔，冷却腔上部设有第一冷却管道3，用于通入冷却水，冷却腔下部设有第二冷却管道4，用于通入惰性液态气体。惰性液态气体的种类不做具体限制，可以是液态氮气或者液态氩气。惰性液态气体的温度较低，能够起到很好的冷却效果，提升固液界面的温度梯度。同时，由于单晶炉内温度较高，且冷却水在压力作用下进行循环，惰性液态气体不会将冷却水冻住影响冷却水的冷却效果。

为了避免惰性液态气体从第二冷却管道4中泄露影响第一冷却管道3，在第一冷却管道3和第二冷却管道4之间设有隔层5，将第一冷却管道3和第二冷却管道4设置在独立的空间内。隔层5的厚度不做限制。隔层5的材质与筒状本体的材质相同。

为了提高固液界面的温度梯度，冷却效果较好的第二冷却管道4设置在水冷结构的底部，为了避免温度梯度过大，导致晶体生长过程出现位错等问题，第二冷却管道4的高度不大于筒状本体高度的1/3。同时水冷结构设置通入冷却水的第一冷却管道3能够降低使用惰性液态气体的成本。

具体的，第一冷却管道3和第二冷却管道4在冷却腔中沿纬向方向设置，第一冷却管道3和第二冷却管道4可以是水平的环形结构，也可以是螺旋形的结构也可以二者相互结合。优选的为水平的环形结构，可保证对单晶硅冷却效果的均匀性，提高整体的冷却效率。

在筒状本体的上端面设有进水管路6和出水管路7，进水管路6和出水管路7与第一冷却管道3连接，进水管路6和出水管路7对称设置。

在筒状本体的上端面还设有进气管路8和出气管路9，进气管路8和出气管路9与第二冷却管路连接，进气管路8和出气管路9对称设置。

在现有技术中，进水管路6和出水管路7上均设有提升装置，用于提升水冷结构。为了使水冷结构在提升过程中更加平稳，不产生歪斜，在进气管路8和出气管路9上也设置提升装置。进水管路6、出水管路7、进气管路8和出气管路9沿筒状本体上端面的纬线方向均匀设置，保证了提升的平稳性。提升装置不做限制，可以为螺旋机构也可以是气压升降机构或者液压升降机构。提升装置为现有技术，在此不做赘述。

实施例:一种提升单晶拉速的水冷结构,包括筒状本体，筒状本体包括外壁1和内壁2，外壁1和内壁2之间设有冷却腔。外壁1和内壁2平行设置。内壁2和外壁1倾斜设置，外壁1和内壁2的底部朝向筒状本体的轴线倾斜，与筒状本体的轴线夹角为20°，来保证观察视线。冷却腔的上部焊接有水平的环形第一冷却管道3，相邻的第一冷却管道3之间相互连通。冷却腔的下部焊接有水平的环形第二冷却管道4，相邻的第二冷却管道4之间相互连通。第一冷却管道3和第二冷却管道4的直径相同。第一冷却管道3与第二冷却管道4之间设有隔层5，不连通，隔层5与外壁1和内壁2焊接。第二冷却管道4的高度为筒状本体高度的1/3。第一冷却管道3用于通入冷却水，第二冷却管道4用于通入液态氮气。在筒状本体的上端面设有进水管路6、出水管路7、进气管路8和出气管路9。进水管路6和出水管路7对称设置，进气管路8和出气管路9对称设置。进水管路6、出水管路7、进气管路8和出气管路9沿筒状本体上端面的纬线方向均匀设置。进水管路6和出水管路7与位于最上端的第一冷却管道3连接，用于输送冷却水。进气管路8和出气管路9绕过第一冷却管路，穿过隔层5与位于最上端的第二冷却管路连接，用于输送液态氮气。进水管路6、出水管路7、进气管路8和出气管路9的上部均设有螺旋提升装置，在本实施例中，螺旋提升装置为丝杠，未在图中显示，用于提升水冷结构。

本实用新型具有的优点和积极效果：

1)在水冷结构的下部设置第二冷却管路注入惰性液态气体，增加了固液界面的温度梯度，有利于拉速的提升。

2)硅液溅到水冷结构下部，将水冷结构烫穿时，第二冷却管道中的惰性液态气体可以快速冷凝硅液，避免发生爆炸事故，提高安全性能。

3)进水管路、出水管路、进气管路和出气管路均安装提升装置，既能保证提升的稳固性，又能保证水冷结构的水平度，保证冷却的均匀性。

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 (9)

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却腔，其特征在于：所述冷却腔上部设有第一冷却管道，用于通入冷却水，所述冷却腔下部设有第二冷却管道，用于通入惰性液态气体。

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：所述第一冷却管道和第二冷却管道之间设有隔层。

3.根据权利要求1或2所述的一种提升单晶拉速的水冷结构，其特征在于：所述第二冷却管道的高度不大于所述筒状本体高度的1/3。

4.根据权利要求1或2所述的一种提升单晶拉速的水冷结构，其特征在于：所述第一冷却管道和第二冷却管道均沿所述筒状本体的纬线方向设置。

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：所述第一冷却管道和第二冷却管道均为水平环形结构。

6.根据权利要求1、2、5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管路和出水管路，所述进水管路和出水管路与所述第一冷却管道连接，所述进水管路和出水管路对称设置。

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：所述筒状本体的上端面还设有进气管路和出气管路，所述进气管路和出气管路与所述第二冷却管道连接，所述进气管路和出气管路对称设置。

8.根据权利要求7所述的一种提升单晶拉速的水冷结构，其特征在于：所述进水管路、出水管路、进气管路和出气管路沿所述筒状本体上端面的纬线方向均匀设置。

9.根据权利要求8所述的一种提升单晶拉速的水冷结构，其特征在于：所述进水管路、出水管路、进气管路和出气管路上均设有提升装置。