DE112021005133T5

DE112021005133T5 - Heizelement in einer hot-zone einer einkristall-ziehvorrichtung sowie eine einkristall-ziehvorrichtung

Info

Publication number: DE112021005133T5
Application number: DE112021005133.4T
Authority: DE
Inventors: Wenwu Yang; Bokcheol Sim
Original assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2023-07-20
Also published as: TW202206654A; CN112267147B; WO2022068700A1; JP2023509114A; CN112267147A; TWI803005B; KR20220042474A; US20230349066A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung offenbart ein Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung und eine Einkristall-Ziehvorrichtung. Das Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung umfasst ein Seiten-Hauptheizelement und ein Zusatzheizelement. Das Seiten-Hauptheizelement und das Zusatzheizelement sind jeweils zylindrisch und haben an ihren beiden Enden Öffnungen. Sowohl das Seiten-Hauptheizelement als auch das Zusatzheizelement haben ein oben offenes Ende und ein unten offenes Ende. Zusatzheizelement ist um das Seiten-Hauptheizelement herum angeordnet, und das obere offene Ende des Zusatzheizelements erstreckt sich über das obere offene Ende des Seiten-Hauptheizelements hinaus.

Description

QUERVERWEIS ZU BEZOGENER ANMELDUNG
Diese Anmeldung nimmt die Priorität der chinesischen Anmeldung Nr. 202011053337.0 in Anspruch, die am 29. September 2020 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Gebiet der Halbleiterwafer-Technik und insbesondere ein Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung sowie eine Einkristall-Ziehvorrichtung.
HINTERGRUND
Beim Ziehen von Einkristall-Siliziumblöcken muss eine Einkristall-Ziehvorrichtung verwendet werden, um das polykristalline Ausgangsmaterial in einem speziellen Quarzschmelztiegel zu schmelzen, und dann muss ein Keim verwendet werden, um die Züchtung eines Einkristall-Siliziumblocks einzuleiten. Durch die kontinuierliche Verbesserung der Qualität von Halbleitersilizium-Wafern werden die Anforderungen an die Kontrolle von Kristalldefekten bei Kristallblöcken aufgrund des Kristallziehvorgangs immer strenger. Die inneren Strukturen der Einkristall-Ziehvorrichtung formen die Hot-Zone. Struktur und Leistung der Hot-Zone wirken sich direkt auf die Qualität des Kristallblocks aus, daher ist die Gestaltung der Hot-Zone sehr wichtig.
Für eine Einkristall-Ziehvorrichtung ist die Konstruktion der Heizelemente einer der Kernpunkte der Konstruktion der Hot-Zone. Die Heizelemente sind in ein Hauptheizelement und ein Bodenheizelement unterteilt. Das Hauptheizelement wird auch als Seiten-Hauptheizelement bezeichnet, das um die Außenseite des Tiegels herum angeordnet ist, und das Bodenheizelement ist am Boden des Tiegels angeordnet. Das Seiten-Hauptheizelement ist für die Hauptwärmeabgabe der Einkristall-Ziehvorrichtung verantwortlich und spielt eine wichtige Rolle in der Schmelzphase des Polysiliziummaterials und in der späteren Züchtungsphase der Siliziumblöcke. Form und Größe des Erwärmungsbereichs des Seiten-Hauptheizelements wirken sich direkt auf das Temperaturfeld der Einkristall-Ziehvorrichtung aus, was wiederum die Qualität des Kristallblocks beeinflusst.
Allerdings ist der Erwärmungsbereich des Seiten-Hauptheizelements in der Hot-Zone nach dem verwandten Verfahren sehr klein, so dass die Erhitzung ungleichmäßig ist. Wenn das Temperaturfeld konstant gehalten wird, steigt der Stromverbrauch, was der Kosteneinsparung nicht förderlich ist. Darüber hinaus ist das Seiten-Hauptheizelement in der Regel ein Widerstandsheizelement, das sich nur langsam erwärmt, was dazu führt, dass es lange dauert, bis die eingestellte Temperatur erreicht ist, und das Schmelzen des Polysiliziummaterials viel Zeit erfordert, wodurch die Zeitkosten erheblich steigen. Gleichzeitig ist es für ein einzelnes Widerstandsheizelement schwierig, die Stabilität des Temperaturfeldes zu gewährleisten, das für die drei Phasen - fest, flüssig und gasförmig - einer Oberfläche der geschmolzenen Siliziumschmelze erforderlich ist. Dieses instabile Temperaturfeld führt zur Bildung lokaler Temperaturschocks, die einem Störstellen- freien Wachstum des Kristallblocks nicht förderlich sind.
FAZIT
Um die vorstehenden technischen Probleme zu lösen, stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung und eine Einkristall-Ziehvorrichtung bereit, die Eigenschaften wie eine gute Heizwirkung, eine schnelle Erhitzung und eine stabile Temperatur in einer Hot-Zone aufweisen, die ein Störstellen- freies Wachstum von Kristallblöcken während eines Kristallzüchtungsvorgangs begünstigen und damit den Ertrag der Siliziumblöcke verbessern.
Die technischen Lösungen, die in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorgesehen sind, sind wie folgt.
Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung, umfassend: ein Seiten-Hauptheizelement; und ein Zusatzheizelement; wobei sowohl das Seiten-Hauptheizelement als auch das Zusatzheizelement eine zylindrische Struktur mit Öffnungen an ihren beiden Enden ist; sowohl das Seiten-Hauptheizelement als auch das Zusatzheizelement ein oberes offenes Ende und ein unteres offenes Ende aufweist; das Zusatzheizelement um das Seiten-Hauptheizelement herum angeordnet ist und das obere offene Ende des Zusatzheizelements sich aus dem oberen offenen Ende des Seiten-Hauptheizelements erstreckt.
Gegebenenfalls kann das Zusatzheizelement umfassen:

ein Schutzgehäuse, wobei das Schutzgehäuse das Seiten-Hauptheizelement umgibt, und
eine elektromagnetische Induktionsspule; wobei die elektromagnetische Induktionsspule in dem Schutzgehäuse untergebracht ist.

Gegebenenfalls umfasst das Schutzgehäuse ein inneres Gehäuse und ein äußeres Gehäuse, die aneinander befestigt sind; sowohl das innere Gehäuse als auch das äußere Gehäuse sind zylindrisch; das innere Gehäuse bedeckt und umgibt eine äußere Umfangsseite des Seiten-Hauptheizelements; das äußere Gehäuse ist um das innere Gehäuse herum angeordnet, wobei eine Kammer zwischen dem äußeren Gehäuse und dem inneren Gehäuse definiert ist; das innere Gehäuse eine erste innere Seitenwand aufweist, die mit dem äußeren Gehäuse zusammenwirkt, um die Kammer zu definieren; die elektromagnetische Induktionsspule in der Kammer untergebracht ist; die elektromagnetische Induktionsspule spiralförmig um die erste innere Seitenwand von einem oberen offenen Ende des inneren Gehäuses zu einem unteren offenen Ende des inneren Gehäuses gewickelt ist; und zwei Enden der Spule sich jeweils aus dem Schutzgehäuse heraus erstrecken.
Gegebenenfalls ist ein abgestufter erster Rand am oberen offenen Ende des inneren Gehäuses vorgesehen; ein abgestufter zweiter Rand ist an einem Rand eines oberen offenen Endes des äußeren Gehäuses vorgesehen; abgestufte Strukturen des ersten Randes und des zweiten Randes überlappen einander; ein abgestufter dritter Rand ist an einem Rand des unteren offenen Endes des inneren Gehäuses vorgesehen und ein abgestufter vierter Rand ist an einem Rand eines unteren offenen Endes des äußeren Gehäuses vorgesehen; und abgestufte Strukturen des dritten Randes und des vierten Randes überlappen einander.
Optional umfasst die elektromagnetische Induktionsspule eine Vielzahl von Spiralringen; eine Vielzahl von ersten Stützen ist an der ersten inneren Seitenwand des inneren Gehäuses vorgesehen, und eine der Vielzahl von ersten Stützen ist zwischen zwei benachbarten Spiralringen angeordnet.
Gegebenenfalls kann das Seiten-Hauptheizelement umfassen:

einen Heizkörper; wobei der Heizkörper eine erste zylindrische Struktur ist; und
eine isolierende Schutzabdeckung; wobei die isolierende Schutzabdeckung eine zylindrische Abdeckung ist, eine Außenseite des Heizkörpers abdeckt und umgibt; und die isolierende Schutzabdeckung mindestens ein oberes offenes Ende des Heizkörpers, ein unteres offenes Ende des Heizkörpers und eine äußere Umfangsseite zwischen dem oberen offenen Ende und dem unteren offenen Ende des Heizkörpers abdeckt.

Gegebenenfalls umfasst der Heizkörper eine Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten; die Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten sind nacheinander verbunden, um die erste zylindrische Struktur zu bilden; von zwei benachbarten der Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten ist eine Öffnung einer U-förmigen Heizsäuleneinheit auf ein oberes offenes Ende der ersten zylindrischen Struktur ausgerichtet, und eine Öffnung der anderen U-förmigen Heizsäuleneinheit ist auf ein unteres offenes Ende der ersten zylindrischen Struktur ausgerichtet, wodurch ein Umriss des Heizkörpers eine Serpentinenstruktur sein kann.
Gegebenenfalls umfasst jede der Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten:

zwei vertikale gerade Heizsäulen, die parallel zueinander sind, wobei eine Erstreckungsrichtung der vertikalen geraden Heizsäulen parallel zu einer axialen Richtung der ersten zylindrischen Struktur ist; und,
eine bogenförmige oder lineare Quer-Heizsäule, die zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen angeschlossen ist;
wobei in einer Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur ein Spalt zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen vorhanden ist; eine Breite des Spalts in der Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur größer oder gleich einer Breite der vertikalen geraden Heizsäule in der Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur ist.

Gegebenenfalls beträgt die Breite der vertikalen geraden Heizsäule in der Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur 15-20 mm; die Querschnittsfläche der vertikalen geraden Heizsäule beträgt 150-200 mm²; und die Länge der vertikalen geraden Heizsäule vom oberen offenen Ende zum unteren offenen Ende der ersten zylindrischen Struktur beträgt 320-350 mm.
Gegebenenfalls ist eine Vielzahl von zweiten Stützen zum Abstützen des Heizkörpers an einer inneren Seitenwand der isolierenden Schutzabdeckung vorgesehen; und mindestens eine der Vielzahl von zweiten Stützen ist in dem Spalt zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen jeder der Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten angeordnet.
Gegebenenfalls umfassen die Vielzahl von zweiten Stützen eine Vielzahl von ersten Stützsäulen und eine Vielzahl von zweiten Stützsäulen, die abwechselnd angeordnet sind; die erste Stützsäule ist in dem Spalt zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen der U-förmigen Heizsäuleneinheit angeordnet, deren Öffnung zum oberen offenen Ende des Heizkörpers hin ausgerichtet ist; und die zweite Stützsäule ist in dem Spalt zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen der U-förmigen Heizsäuleneinheit angeordnet, deren Öffnung zum unteren offenen Ende des Heizkörpers hin ausgerichtet ist.
Gegebenenfalls umfasst die isolierende Schutzabdeckung einen ersten Abdeckkörper und einen zweiten Abdeckkörper;
der erste Abdeckkörper umfasst: eine ringförmige obere Abschirmplatte, wobei die obere Abschirmplatte das obere offene Ende des Heizkörpers abschirmt; und eine Seiten-Abschirmplatte, wobei die Seiten-Abschirmplatte die äußere Umfangsseite des Heizkörpers umgibt und fest mit der oberen Abschirmplatte verbunden ist; und die Vielzahl der ersten Stützsäulen gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der oberen Abschirmplatte verteilt sind und an einer inneren Seitenwand der Seiten-Abschirmplatte befestigt sind;
der zweite Abdeckkörper umfasst: eine ringförmige untere Abschirmplatte; wobei die untere Abschirmplatte das untere offene Ende des Heizkörpers abschirmt, die Vielzahl der zweiten Stützsäulen gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der unteren Abschirmplatte verteilt sind und die Vielzahl der zweiten Stützsäulen an der unteren Abschirmplatte befestigt sind;
wobei die Vielzahl der zweiten Stützsäulen in die Seiten-Abschirmplatte eingesetzt wird, um den ersten Abdeckkörper an dem zweiten Abdeckkörper zu befestigen.
Gegebenenfalls umfasst die isolierende Schutzabdeckung einen ersten Abdeckkörper und einen zweiten Abdeckkörper;
der erste Abdeckkörper umfasst: eine ringförmige untere Abschirmplatte, wobei die untere Abschirmplatte das untere offene Ende des Heizkörpers abschirmt; und eine Seiten-Abschirmplatte, wobei die Seiten-Abschirmplatte die äußere Umfangsseite des Heizkörpers umgibt und fest mit der unteren Abschirmplatte verbunden ist; und die Vielzahl der zweiten Stützsäulen gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der unteren Abschirmplatte verteilt und an einer inneren Seitenwand der Seiten-Abschirmplatte befestigt sind;
der zweite Abdeckkörper umfasst: eine ringförmige obere Abschirmplatte; wobei die obere Abschirmplatte das obere offene Ende des Heizkörpers abschirmt, die Vielzahl der ersten Stützsäulen gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der oberen Abschirmplatte verteilt sind und die Vielzahl der ersten Stützsäulen an der oberen Abschirmplatte befestigt sind;
wobei die Vielzahl der ersten Stützsäulen in die Seiten-Abschirmplatte eingesetzt wird, um den ersten Abdeckkörper an dem zweiten Abdeckkörper zu befestigen.
Gegebenenfalls ist der Heizkörper ferner mit mindestens einem ersten Elektrodenanschluss und einem zweiten Elektrodenanschluss verbunden; der erste Elektrodenanschluss und der zweite Elektrodenanschluss jeweils an gegenüberliegenden Seiten des Heizkörpers angeordnet sind; die isolierende Schutzabdeckung mit mindestens einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung versehen ist; der erste Elektrodenanschluss sich durch die erste Öffnung erstreckt und der zweite Elektrodenanschluss sich durch die zweite Öffnung erstreckt.
Eine Einkristall-Ziehvorrichtung umfasst das vorstehend genannte Heizelement in einer Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung.
Die vorteilhaften Wirkungen, die sich aus den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ergeben, sind wie folgt.
Das Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung und der Einkristall-Ziehvorrichtung, die in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen sind, umfasst das Seiten-Hauptheizelement und das Zusatzheizelement. Das Zusatzheizelement kann die folgenden Funktionen erfüllen: Schmelzen des Ausgangsmaterials mit einer schnellen Erwärmung, Durchführen eines Temperaturausgleichs für das vom Seiten-Hauptheizelement erzeugte thermische Feld und Aufrechterhalten des Temperaturfelds des Bereichs, in dem sich Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase in der Nähe der Oberfläche der Siliziumschmelze befinden, indem es mit dem Seiten-Hauptheizelement während der Wachstumsphase von Kristallblöcken zusammenwirkt, was zu einem Störstellen- freien Wachstum des Kristallblocks beiträgt. Außerdem kann das Zusatzheizelement zusammen mit dem Seiten-Hauptheizelement Heizleistung erbringen, wodurch sich die Lebensdauer des Heizelements verlängert. Darüber hinaus sind das Heizelement in der Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung im Vergleich zu einem Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung im verwandten Stand der Technik und die Einkristall-Ziehvorrichtung, die in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden, dazu eingerichtet, einen größeren Erwärmungsbereich und eine höhere Energieumwandlungsrate bereitzustellen, und sind dazu eingerichtet, energiesparender und kostensparender zu sein, wenn das gleiche Temperaturfeld wie im verwandten Stand der Technik bereitgestellt wird. Darüber hinaus sind das Seiten-Hauptheizelement und das Zusatzheizelement dazu eingerichtet, miteinander zusammenzuwirken, so dass sie in einem größeren Umfang einsetzbar sind und eine genaue Einstellung ermöglichen.
Figurenliste

1 veranschaulicht einen schematischen Querschnitt durch die Gesamtstruktur eines Heizelements in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein schematisches Diagramm, das das Gesamtbild eines Zusatzheizelements in einem Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein inneres Gehäuse und eine elektromagnetische Induktionsspule eines Zusatzheizelements in einem Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 ist ein schematisches Diagramm, das die Gesamtstruktur eines Seiten-Hauptheizelements in einem Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
5 ist eine schematische Darstellung eines Heizkörpers eines Seiten-Hauptheizelements in einem Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Abdeckkörpers in einem Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
7 ist eine schematische Darstellung eines ersten Abdeckkörpers in einem Heizer in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Um die Aufgaben, die technischen Lösungen und die Vorteile der vorliegenden Offenbarung deutlicher zu machen, wird die vorliegende Offenbarung nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen und Ausführungsbeispielen klar und vollständig beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen sind offensichtlich nur ein Teil und nicht sämtliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und basierend auf diesen Ausführungsformen können die Fachleute auch die anderen Ausführungsformen erhalten, die ebenfalls in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
Außer wenn anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen oder wissenschaftlichen Begriffe die allgemeine Bedeutung, die ein Fachmann mit den üblichen Kenntnissen versteht. Begriffe wie „erste“ und „zweite“, die in der vorliegenden Offenlegung verwendet werden, dienen lediglich der Unterscheidung der einzelnen Komponenten und stellen keine Reihenfolge, Zahl oder Bedeutung dar. Ebenso werden Wörter wie „einer“ oder „eine“ lediglich verwendet, um die Existenz von mindestens einem Element darzustellen und nicht, um die Anzahl der Elemente zu begrenzen. Wörter wie „einschließen“ oder „einschließlich“ bedeuten, dass ein Element oder eine Sache, die vor dem Wort steht, Elemente oder Sachen, die nach dem Wort genannt werden, und deren Äquivalente einschließt, aber andere Elemente oder Sachen nicht ausschließt. Begriffe wie „verbinden“ oder „verbunden mit“ können eine direkte oder indirekte elektrische Verbindung umfassen und sind nicht auf eine physische oder mechanische Verbindung beschränkt. Begriffe wie „oben/oben“, „unten/unten“, „links“ und „rechts“ werden lediglich verwendet, um relative Positionsbeziehungen darzustellen, und wenn die absolute Position eines Objekts geändert wird, ändert sich auch die relative Positionsbeziehung.
Bevor ein Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung und eine Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Einzelnen beschrieben werden, ist es notwendig, die damit verbundene Technologie wie folgt zu beschreiben.
Der Erwärmungsbereich eines Seiten-Hauptheizelements in einer Hot-Zone ist nach dem Stand der Technik sehr klein, so dass die Erhitzung ungleichmäßig ist. Wenn das Temperaturfeld konstant gehalten wird, steigt der Stromverbrauch, was der Kosteneinsparung nicht förderlich ist. Darüber hinaus ist das Seiten-Hauptheizelement in der Regel ein Widerstandsheizelement, das sich nur langsam erwärmt, was dazu führt, dass es lange dauert, bis die eingestellte Temperatur erreicht ist, und das Schmelzen des Polysiliziummaterials viel Zeit erfordert, wodurch die Zeitkosten erheblich steigen. Gleichzeitig ist es für ein einzelnes Widerstandsheizelement schwierig, die Stabilität des Temperaturfeldes zu gewährleisten, das für die drei Phasen - fest, flüssig und gasförmig - einer Oberfläche der geschmolzenen Siliziumschmelze erforderlich ist. Dieses instabile Temperaturfeld führt zur Bildung lokaler Temperaturschocks, die einem Störstellen- freien Wachstum des Kristallblocks nicht förderlich sind.
Um die vorstehenden Probleme zu lösen, stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung und eine Einkristall-Ziehvorrichtung bereit, die Eigenschaften wie eine gute Heizwirkung, eine schnelle Erhitzung und eine stabile Temperatur in einer Hot-Zone aufweisen, die ein Störstellen- freies Wachstum von Kristallblöcken während eines Kristallzüchtungsvorgangs begünstigen und damit den Ertrag der Kristallblöcke verbessern.
Wie in 1 veranschaulicht, umfasst ein Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung: ein Seiten-Hauptheizelement 10 und ein Zusatzheizelement 20. Das Seiten-Hauptheizelement 10 und das Zusatzheizelement 20 sind jeweils zylindrisch und haben an ihren beiden Enden Öffnungen. Sowohl das Seiten-Hauptheizelement 10 als auch das Zusatzheizelement 20 haben ein oben offenes Ende und ein unten offenes Ende. Das Zusatzheizelement 20 ist um das Seiten-Hauptheizelement 10 herum angeordnet, und das obere offene Ende des Zusatzheizelements 20 erstreckt sich über das obere offene Ende des Seiten-Hauptheizelements 10 hinaus.
Das Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung, die in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist, umfasst die Seiten-Hauptheizung 10 und das Zusatzheizelement 20. Das Zusatzheizelement 20 kann die folgenden Funktionen erfüllen: Schmelzen des Ausgangsmaterials mit einer schnellen Erhitzung, Durchführen eines Temperaturausgleichs für das vom Seiten-Hauptheizelement 10 erzeugte thermische Feld und Aufrechterhalten des Temperaturfelds des Bereichs, in dem sich Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase in der Nähe der Oberfläche der Siliziumschmelze befinden, indem es mit dem Seiten-Hauptheizelement während der Wachstumsphase von Kristallblöcken zusammenwirkt, was zu einem Störstellen- freien Wachstum des Kristallblocks beiträgt. Außerdem kann das Zusatzheizelement zusammen mit dem Seiten-Hauptheizelement Heizleistung erbringen, wodurch sich die Lebensdauer des Heizelements verlängert. Darüber hinaus sind das Heizelement in der Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung im Vergleich zu einem Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung im verwandten Stand der Technik und die Einkristall-Ziehvorrichtung, die in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden, dazu eingerichtet, einen größeren Erwärmungsbereich und eine höhere Energieumwandlungsrate bereitzustellen, und sind dazu eingerichtet, energiesparender und kostensparender zu sein, wenn das gleiche Temperaturfeld wie im verwandten Stand der Technik bereitgestellt wird. Darüber hinaus sind das Seiten-Hauptheizelement und das Zusatzheizelement dazu eingerichtet, miteinander zusammenzuwirken, so dass sie in einem größeren Umfang einsetzbar sind und eine genaue Einstellung ermöglichen.
In einigen Ausführungsformen, wie in den 1 bis 3 veranschaulicht, umfasst das Zuheizelement 20 ein Schutzgehäuse 21 und eine elektromagnetische Induktionsspule 22. Das Schutzgehäuse 21 umgibt das Seiten-Hauptheizelement 10. Die elektromagnetische Induktionsspule ist in dem Schutzgehäuse 21 untergebracht.
In der obigen Ausführungsform ist das Zusatzheizelement 20 ein elektromagnetisches Induktionsheizelement, und das Seiten-Hauptheizelement 10 und das elektromagnetische Induktions-Zusatzheizelement 20 wirken zusammen, um den Einstellbereich und die Einstellgenauigkeit des Heizelements zu erhöhen. Im Vergleich zu Widerstandsheizungen kann das elektromagnetische Induktionsheizelement aufgrund seines größeren Einstellbereichs und seiner höheren Einstellgenauigkeit das Temperaturfeld des Bereichs, in dem feste, flüssige und gasförmige Stoffe nahe der Oberfläche der Siliziumschmelze enthalten sind, besser stabil halten.
Es versteht sich von selbst, dass das Zusatzheizelement 20 in der Praxis auch als Widerstandsheizung eingesetzt werden kann.
Darüber hinaus umfasst das Schutzgehäuse 21 in einigen Ausführungsformen, wie in den 1 bis 3 veranschaulicht, ein inneres Gehäuse 23 und ein äußeres Gehäuse 24, die aneinander befestigt sind. Sowohl das innere Gehäuse 23 als auch das äußere Gehäuse 24 sind zylindrisch. Das innere Gehäuse 23 ist abgedeckt und umgibt eine äußere Umfangsseite des Seiten-Hauptheizelements 10. Das äußere Gehäuse 24 ist um das innere Gehäuse 23 herum angeordnet, wobei zwischen dem äußeren Gehäuse 24 und dem inneren Gehäuse 23 eine Kammer gebildet wird. Das innere Gehäuse 23 umfasst eine erste innere Seitenwand, die mit dem äußeren Gehäuse 24 zusammenwirkt, um die Kammer zu bilden. Die elektromagnetische Induktionsspule 22 ist in der Kammer untergebracht. Die elektromagnetische Induktionsspule 22 ist spiralförmig um die erste innere Seitenwand vom oberen offenen Ende des inneren Gehäuses 23 bis zum unteren offenen Ende des inneren Gehäuses 23 herumgewickelt. Die beiden Enden der elektromagnetischen Induktionsspule 22 sind jeweils Stromversorgungsklemmen 25. Die Stromversorgungsklemmen 25 ragen jeweils aus zwei Enden des Schutzgehäuses 21 heraus.
In der obigen Ausführungsform sind die beiden Enden der elektromagnetischen Induktionsspule 22 jeweils Stromversorgungsanschlüsse 25, die aus dem Schutzgehäuse 21 herausragen und an eine Wechselstromquelle angeschlossen sind. Nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktionserwärmung wandelt die elektromagnetische Induktionsspule 22 die erzeugte induzierte elektrische Energie in Wärmeenergie um und überträgt dann die Wärme in Form von Wärmestrahlung auf das Siliziummaterial in einem Quarzschmelztiegel. Das Schutzgehäuse 21 dient dazu, die elektromagnetische Induktionsspule 22 zu schützen, die Erosion der elektromagnetischen Induktionsspule 22 im Zuheizer 20 durch einen Argonstrom und die Ablagerung von Si02 auf der elektromagnetischen Induktionsspule 22 zu verhindern und dadurch die Lebensdauer des Zusatzheizelements 20 zu verbessern. Gleichzeitig hat das Zusatzheizelement 20 auch einen Wärmeerhaltungseffekt, der den Wärmeverlust verringert, so dass mehr Wärme an das Innere des Tiegels in der Hot-Zone übertragen werden kann, wodurch die Energieumwandlungseffizienz der Heizung verbessert wird.
In einigen Ausführungsformen, wie in den 1 bis 3 veranschaulicht, ist ein abgestufter erster Rand 2301 am oberen offenen Ende des inneren Gehäuses 23 und ein abgestufter zweiter Rand 2401 an einem Rand des oberen offenen Endes des äußeren Gehäuses 24 vorgesehen. Abgestufte Strukturen des ersten Randes 2301 und des zweiten Randes 2401 überlagern sich gegenseitig. Ein abgestufter dritter Rand 2302 ist an einem Rand des unteren offenen Endes des inneren Gehäuses 23 und ein abgestufter vierter Rand 2402 ist an einem Rand des unteren offenen Endes des äußeren Gehäuses 24 vorgesehen. Abgestufte Strukturen des dritten Randes 2302 und des vierten Randes 2402 überlappen einander.
In der obigen Ausführungsform sind das innere Gehäuse 23 und das äußere Gehäuse 24 durch die an den Rändern der Öffnungen vorgesehenen Stufenstrukturen miteinander überlappt, wodurch die gegenseitige Befestigung zwischen den beiden realisiert wird. In praktischen Anwendungen sind die spezifischen Strukturen des inneren Gehäuses 23 und des äußeren Gehäuses 24 nicht darauf beschränkt.
Darüber hinaus umfasst die elektromagnetische Induktionsspule 22 in einigen Ausführungsformen, wie in den 1 und 3 veranschaulicht, eine Vielzahl von Spiralringen. An der ersten inneren Seitenwand des Innengehäuses 23 ist eine Vielzahl von ersten Stützen 26 vorgesehen, wobei eine erste Stütze 26 zwischen zwei benachbarten Spiralringen angeordnet ist.
Bei der vorstehenden Lösung ist die elektromagnetische Induktionsspule 22 spiralförmig im Inneren des Schutzgehäuses 21 verteilt, und jeder Spiralring kann durch die erste Stütze 26 gestützt werden, wodurch umfassende mechanische Eigenschaften der elektromagnetischen Induktionsspule 22 verbessert werden.
Optional kann die erste Stütze 26 eine Stützsäule sein, aber die spezifische Struktur der ersten Stütze ist nicht darauf beschränkt.
Außerdem ist ein Hauptheizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung nach dem Stand der Technik an einer äußeren Umfangsseite eines Tiegels angeordnet und ohne Schutzvorrichtung direkt den Argonströmen ausgesetzt. Während des Kristallziehvorgangs erodieren die Argonströme kontinuierlich eine obere und eine äußere Oberfläche des Heizelements, was die Lebensdauer des Hauptheizelements erheblich verkürzt; an den entsprechenden Stellen kommt es zur Ablagerung von SiO₂ (Siliziumdioxid), und die Entfernung von SiO₂ verringert ebenfalls die Lebensdauer des Heizelements.
Um die vorgenannten technischen Probleme zu lösen, umfasst das Hauptheizelement 10 in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie in 4 veranschaulicht, einen Heizkörper 100 und eine isolierende Schutzabdeckung 200. Der Heizkörper 100 ist eine erste zylindrische Struktur, die um einen Tiegel in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung angeordnet ist und ein oberes offenes Ende, ein unteres offenes Ende und eine äußere Umfangsseite aufweist, die sich zwischen dem oberen offenen Ende und dem unteren offenen Ende befindet. Die isolierende Schutzabdeckung 200 ist ein zylindrischer Deckel, der die Außenseite des Heizkörpers 100 abdeckt und umgibt. Die isolierende Schutzabdeckung 200 bedeckt mindestens das obere offene Ende der ersten zylindrischen Struktur, das untere offene Ende der ersten zylindrischen Struktur und die äußere Umfangsseite zwischen dem oberen offenen Ende und dem unteren offenen Ende der ersten zylindrischen Struktur.
In dem in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Einkristallofen-Hot-Zone-Heizelement kann die isolierende Schutzabdeckung 200 das obere offene Ende, das untere offene Ende und die äußere Umfangsseite des Heizelementkörpers 100 umhüllen und abdecken, wodurch die Erosion des Heizelementkörpers 100 durch die Argonströme und die Ablagerung von Si02 auf dem Heizelementkörper 100 verhindert und die Lebensdauer des Heizelements verbessert wird. Gleichzeitig hat die zylindrische isolierende Schutzabdeckung 200 auch eine wärmeerhaltende Wirkung, die den Wärmeverlust des Heizkörpers 100 verringert, so dass mehr Wärme in das Innere des Tiegels in der Hot-Zone übertragen werden kann, wodurch die Energieumwandlungseffizienz des Heizelements verbessert wird.
Im verwandten Stand der Technik umfasst ein herkömmlicher Seiten-Hauptheizelement 10 in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung eine blattartige zylindrische Struktur, und die blattartige zylindrische Struktur ist mit einer Vielzahl von Schlitzen versehen, um eine Vielzahl von Lamellen zu bilden. Jede Lamelle hat eine große Breite. Die Heizleistung des Seiten-Hauptheizelements 10 hängt von der Querschnittsgröße der Lamelle ab. Das Verhältnis zwischen der Heizleistung des Seiten-Hauptheizelements 10 und der Querschnittsfläche der Lamelle ist wie folgt:
$R = \frac{ρ L}{S}$
$P = I^{2} R$
Dabei steht P für die Leistung des Seiten-Hauptheizelements 10, I für den Strom, R für den Widerstand einer Lamelle, ρ für den spezifischen Widerstand der Lamelle, S für die Querschnittsfläche der Lamelle und L für die Länge der Lamelle.
Aus den Formeln (I) und (II) ergibt sich folgendes:
$P = I^{2} \frac{ρ L}{S}$
Aus der Formel (III) ist ersichtlich, dass die Heizleistung P abnimmt, wenn S größer wird. Je größer die Querschnittsfläche der Lamelle ist, desto geringer ist der Widerstand des Heizelements und desto geringer ist die Heizleistung des Heizelements. Auf diese Weise ist der Erwärmungsbereich des Seiten-Hauptheizelements 10 klein und die Erhitzung ist ungleichmäßig. Wenn das Temperaturfeld konstant gehalten wird, steigt der Stromverbrauch, was der Kosteneinsparung und der Kontrolle des Sauerstoffgehalts eines Kristallblocks während des Kristallziehens nicht förderlich ist und somit die Gesamtqualität des Kristallblocks beeinträchtigt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie in den 4 und 5 veranschaulicht, umfasst der Heizkörper 100 eine Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten 100A. Die Vielzahl der U-förmigen Heizsäuleneinheiten 100A werden nacheinander verbunden, um die erste zylindrische Struktur zu bilden. Von zwei benachbarten U-förmigen Heizsäuleneinheiten 100A ist eine Öffnung der einen U-förmigen Heizsäuleneinheit 100A auf das obere offene Ende des Heizkörpers 100 ausgerichtet, und eine Öffnung der anderen U-förmigen Heizsäuleneinheit 100A ist auf das untere offene Ende des Heizkörpers 100 ausgerichtet, so dass ein Umriss des Heizkörpers 100 eine Serpentinenstruktur ist.
Gegebenenfalls umfasst jede der U-förmigen Heizsäuleneinheiten:

zwei vertikale gerade Heizsäulen 110, die parallel zueinander sind, wobei eine Erstreckungsrichtung der vertikalen geraden Heizsäulen 110 parallel zu einer axialen Richtung der ersten zylindrischen Struktur ist; und eine bogenförmige oder lineare Quer-Heizsäule, die zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen 110 verbunden ist. Zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen 110 befindet sich in Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur ein Spalt A. Die Breite des Spalts A in der Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur ist kleiner oder gleich der Breite der vertikalen geraden Heizsäule 110 in der Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur.

In der obigen Lösung ist die Struktur des Heizkörpers 100 so verbessert, dass der Heizkörper 100 als eine erste zylindrische Struktur ausgebildet ist, die durch eine Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten 100A gebildet wird, die Ende an Ende verbunden sind, und die Heizsäulen in jeder U-förmigen Heizsäuleneinheit 100A umfassen zwei vertikale gerade Heizsäulen 110 und eine bogenförmige oder lineare Quer-Heizsäule 120. Die Heizsäule einer solchen Struktur hat eine kleinere Querschnittsgröße als die Querschnittsgröße der Lamelle der Lamellenstruktur in dem Seiten-Hauptheizelement 10 im verwandten Stand der Technik. Vergleicht man den Spalt A zwischen den beiden vertikalen, geraden Heizsäulen 110 mit dem Schlitz zwischen den Lamellen des Seiten-Hauptheizelements 10 im verwandten Stand der Technik, so ist die Größe des Spalts A größer als die Größe des Schlitzes. Auf diese Weise wird durch die Verringerung der Querschnittsfläche der Heizsäule der Widerstand des Heizelements erhöht und damit die Heizleistung des Heizelements gesteigert. Infolgedessen gewährleistet die Konstruktion der ringförmigen U-förmigen Heizsäuleneinheiten 100A, dass die Erhitzung des Heizelements gleichmäßiger ist und der Erwärmungsbereich des Seiten-Hauptheizelements 10 groß ist, wodurch der Stromverbrauch im Falle der Konstanthaltung des Temperaturfeldes reduziert wird, was zu Kosteneinsparungen und zur Kontrolle des Sauerstoffgehalts eines Kristallblocks während des Kristallziehvorgangs beiträgt, wodurch die Gesamtqualität des Kristallblocks verbessert wird.
Darüber hinaus ist zu beachten, dass in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Heizleistung durch Vergrößerung der Länge einer einzelnen vertikalen geraden Heizsäule 110 weiter erhöht werden kann.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Breite der vertikalen geraden Heizsäule 110 in der Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur 15-20 mm, und die Querschnittsfläche der vertikalen geraden Heizsäule ist kleiner oder gleich der Querschnittsfläche des Spalts zwischen zwei benachbarten vertikalen geraden Heizsäulen. Ferner beträgt die Querschnittsfläche der vertikalen geraden Heizsäule 150-200 mm2; und die Länge der vertikalen geraden Heizsäule 110 vom oberen offenen Ende zum unteren offenen Ende der ersten zylindrischen Struktur beträgt 320-350 mm. Es sollte beachtet werden, dass in praktischen Anwendungen die spezifische Struktur des Seiten-Hauptheizelements 10 nicht auf diese Werte beschränkt sein muss.
Darüber hinaus sind bei den in der vorliegenden Offenbarung vorgesehenen Ausführungsformen, wie in den 4 bis 7 veranschaulicht, an der inneren Seitenwand der isolierenden Schutzabdeckung 200 mehrere zweite Stützen 300 zum Abstützen des Heizkörpers 100 vorgesehen. Mindestens eine der zweiten Stützen 300 ist in dem Spalt A zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen jeder U-förmigen Heizsäuleneinheit 100A angeordnet.
Da der Heizkörper 100 die U-förmigen Heizsäuleneinheiten 100A verwendet, ist der Abstand A zwischen den benachbarten vertikalen, geraden Heizsäulen 110 groß und seine mechanischen Eigenschaften können geschwächt werden. Um die Stoßfestigkeit des Heizkörpers 100 zu verbessern, um seine umfassenden mechanischen Eigenschaften zu verbessern, wird bei der obigen Lösung durch die Bereitstellung der zweiten Stützen 300 auf der isolierenden Schutzabdeckung 200 mindestens eine der zweiten Stützen 300 in dem Spalt A zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen 110 jeder U-förmigen Heizsäuleneinheit 100A angeordnet, wodurch der Heizkörper 100 gestützt und geschützt wird, so dass die Heizung in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung eine bessere Stoßfestigkeit und eine verbesserte umfassende mechanische Leistung aufweist.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie in den 4 bis 7 veranschaulicht, umfasst die Vielzahl der zweiten Stützen 300 eine Vielzahl von ersten Stützsäulen 310 und eine Vielzahl von zweiten Stützsäulen 320, die abwechselnd angeordnet sind. Die erste Stützsäule 310 ist in dem Spalt A zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen 110 der U-förmigen Heizsäuleneinheit 100A angeordnet, deren Öffnung zum oberen offenen Ende des Heizkörpers hin ausgerichtet ist. Die zweite Stützsäule 320 ist in dem Spalt A zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen 110 der U-förmigen Heizsäuleneinheit 100A angeordnet, deren Öffnung zum unteren offenen Ende des Heizkörpers hin gerichtet ist.
In der vorstehenden Ausführungsform ist die zweite Stütze 300 eine säulenförmige Struktur, d. h. eine Stützsäule, die in dem Spalt A zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen 110 der U-förmigen Heizsäuleneinheit 100A angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen ist die zweite Stütze 300 nicht auf eine Stützsäule beschränkt, sondern kann auch andere Strukturen annehmen, wie z. B. einen Stützblock.
Darüber hinaus umfasst die isolierende Schutzabdeckung 200 in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie in den 4 bis 7 veranschaulicht, einen ersten Abdeckkörper 210 und einen zweiten Abdeckkörper 220. Der erste Abdeckkörper 210 umfasst: eine ringförmige obere Abschirmplatte 211, wobei die obere Abschirmplatte 211 das obere offene Ende des Heizkörpers 100 abschirmt; und eine seitliche Abschirmplatte 212, wobei die seitliche Abschirmplatte 212 die äußere Umfangsseite des Heizkörpers 100 umgibt und fest mit der oberen Abschirmplatte 211 verbunden ist. Die Vielzahl der ersten Stützsäulen 310 sind gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der oberen Abschirmplatte 211 verteilt und an einer inneren Seitenwand der seitlichen Abschirmplatte 212 befestigt. Der zweite Abdeckkörper 220 umfasst: eine ringförmige untere Abschirmplatte 221, wobei die untere Abschirmplatte 221 das untere offene Ende des Heizkörpers 100 abschirmt. Die Vielzahl der zweiten Stützsäulen 320 sind gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der unteren Abschirmplatte 221 verteilt. Die Vielzahl der zweiten Stützsäulen 320 ist an der unteren Abschirmplatte 221 befestigt. Die Vielzahl der zweiten Stützsäulen 320 werden in die seitliche Abschirmplatte 212 eingesetzt, um den ersten Abdeckkörper 210 am zweiten Abdeckkörper 220 zu befestigen.
In der vorstehenden Ausführungsform ist die isolierende Schutzabdeckung 200 aus einem oberen und einem unteren Abdeckkörper zusammengesetzt, nämlich dem ersten Abdeckkörper 210 und dem zweiten Abdeckkörper 220. Eine solche Struktur ist für die Befestigung der Abdeckungen am Heizkörper 100 geeignet. Ferner sind die ersten Stützsäulen 310 und die zweiten Stützsäulen 320 jeweils an den beiden Abdeckkörpern vorgesehen, dienen als Rahmen des Heizkörpers 100 und spielen eine Rolle beim Stützen und Schützen des Heizkörpers 100.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst die isolierende Schutzabdeckung 200 einen ersten Abdeckkörper 210 und einen zweiten Abdeckkörper 220. Der erste Abdeckkörper 210 umfasst: eine ringförmige untere Abschirmplatte 221, wobei die untere Abschirmplatte 221 das untere offene Ende des Heizkörpers 100 abschirmt, und eine seitliche Abschirmplatte 212, wobei die seitliche Abschirmplatte 212 die äußere Umfangsseite des Heizkörpers 100 umgibt und fest mit der unteren Abschirmplatte 221 verbunden ist. Die Vielzahl der zweiten Stützsäulen 320 sind gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der unteren Abschirmplatte 221 verteilt und an einer inneren Seitenwand der seitlichen Abschirmplatte 212 befestigt. Der zweite Abdeckkörper 220 umfasst: eine ringförmige obere Abschirmplatte 211, wobei die obere Abschirmplatte 211 das obere offene Ende des Heizkörpers 100 abschirmt. Die Vielzahl der ersten Stützsäulen 310 sind gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der oberen Abschirmplatte 211 verteilt. Die Vielzahl der ersten Stützsäulen 310 ist an der oberen Abschirmplatte 211 befestigt. Die Vielzahl der ersten Stützsäulen 310 werden in die seitliche Abschirmplatte 212 eingesetzt, um den ersten Abdeckkörper 210 am zweiten Abdeckkörper 220 zu befestigen.
Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei der obigen Darstellung nur um eine beispielhafte Ausführungsform der isolierenden Schutzabdeckung 200 handelt und dass in praktischen Anwendungen die spezifische Struktur der isolierenden Schutzabdeckung 200 nicht eingeschränkt ist.
Darüber hinaus kann die isolierende Schutzabdeckung 200 aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Isoliermaterialien hergestellt sein, z. B. aus Halbleiterkeramik.
Außerdem ist die Länge der vertikalen geraden Heizsäule vom oberen offenen Ende bis zum unteren offenen Ende der ersten zylindrischen Struktur gleich der Länge der ersten Stützsäule auf der ersten Abdeckung oder der Länge der zweiten Stützsäule auf der zweiten Abdeckung.
Wie in 4 bis 7 gezeigt, ist der Heizkörper 100 in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung außerdem mit mindestens einem ersten Elektrodenanschluss 410 und einem zweiten Elektrodenanschluss 420 verbunden. Der erste Elektrodenanschluss 410 und der zweite Elektrodenanschluss 420 jeweils an gegenüberliegenden Seiten des Heizkörpers 100 angeordnet sind. Die isolierende Schutzabdeckung 200 ist mit mindestens einer ersten Öffnung 201 und einer zweiten Öffnung 202 versehen. Der erste Elektrodenanschluss 410 erstreckt sich durch die erste Öffnung 201, und der zweite Elektrodenanschluss 420 erstreckt sich durch die zweite Öffnung 202.
In der vorstehenden Ausführungsform sind der erste Elektrodenanschluss 410 und der zweite Elektrodenanschluss 420 jeweils am Heizkörper 100 zur Verbindung mit Elektroden des Heizkörpers 100 vorgesehen.
Es ist zu beachten, dass der Heizkörper 100 in einigen Ausführungsformen mit mindestens zwei Elektrodenanschlüssen versehen ist, aber in praktischen Anwendungen ist die Anzahl der Elektrodenanschlüsse am Heizkörper 100 nicht auf zwei beschränkt. Beispielsweise können drei Elektrodenanschlüsse vorhanden sein, d. h. die Anschlüsse am Heizkörper 100 können dreiphasige elektrische Anschlüsse sein.
Darüber hinaus stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Einkristall-Ziehvorrichtung bereit, die die Heizvorrichtung in der Heißzone der Einkristall-Ziehvorrichtung enthält, die in der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen ist. Natürlich kann die Einkristall-Ziehvorrichtung, die in der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen ist, auch die vorteilhaften Effekte bewirken, die durch die Heizung in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung, die in der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen ist, hervorgerufen werden, was hier nicht wiederholt wird.
Die folgenden Punkte sind zu beachten:

(1) Die Zeichnungen der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich nur auf Strukturen, die sich auf die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen, und andere Strukturen können sich auf allgemeine Designs beziehen.
(2) In den Zeichnungen, die zur Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, kann die Dicke von Schichten oder Bereichen zur Verdeutlichung vergrößert oder verkleinert sein, d. h. die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu. Wenn ein Element wie eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat als „auf“ oder „unter“ einem anderen Element bezeichnet wird, kann sich das Element „direkt“ „auf“ oder „unter“ dem anderen Element befinden, oder es können dazwischenliegende Elemente vorhanden sein.
(3) Soweit nicht widersprüchlich, können die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und die Merkmale innerhalb der Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen zu erhalten.

Die obigen Ausführungen sind nur spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, aber der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung ist nicht darauf beschränkt, und der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung sollte dem Schutzumfang der Ansprüche unterliegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CH 2020110533370 [0001]

Claims

Heizelement in einer Hot-Zone einer Einkristall-Ziehvorrichtung, umfassend: ein Seiten-Hauptheizelement; und ein Zusatzheizelement; wobei sowohl das Seiten-Hauptheizelement als auch das Zusatzheizelement eine zylindrische Struktur mit Öffnungen an ihren beiden Enden ist; sowohl das Seiten-Hauptheizelement als auch das Zusatzheizelement ein oberes offenes Ende und ein unteres offenes Ende aufweist; das Zusatzheizelement um das Seiten-Hauptheizelement herum angeordnet ist und das obere offene Ende des Zusatzheizelements sich aus dem oberen offenen Ende des Seiten-Hauptheizelements erstreckt.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Zusatzheizelement umfasst: ein Schutzgehäuse, wobei das Schutzgehäuse das Seiten-Hauptheizelement umgibt, und eine elektromagnetische Induktionsspule; wobei die elektromagnetische Induktionsspule in dem Schutzgehäuse untergebracht ist.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Schutzgehäuse ein inneres Gehäuse und ein äußeres Gehäuse umfasst, die aneinander befestigt sind; sowohl das innere Gehäuse als auch das äußere Gehäuse zylindrisch ist; das innere Gehäuse eine äußere Umfangsseite des Seiten-Hauptheizelements abdeckt und umgibt; das äußere Gehäuse um das innere Gehäuse herum angeordnet ist, wobei eine Kammer zwischen dem äußeren Gehäuse und dem inneren Gehäuse definiert ist; das innere Gehäuse umfasst eine erste innere Seitenwand, die mit dem äußeren Gehäuse zusammenwirkt, um die Kammer zu definieren; die elektromagnetische Induktionsspule ist in der Kammer untergebracht; die elektromagnetische Induktionsspule ist spiralförmig um die erste innere Seitenwand von einem oberen offenen Ende des inneren Gehäuses zu einem unteren offenen Ende des inneren Gehäuses gewickelt; und zwei Enden der elektromagnetischen Induktionsspule erstrecken sich jeweils aus dem Schutzgehäuse.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein abgestufter erster Rand am oberen offenen Ende des inneren Gehäuses vorgesehen ist; ein abgestufter zweiter Rand an einem Rand eines oberen offenen Endes des äußeren Gehäuses vorgesehen ist; abgestufte Strukturen des ersten Randes und des zweiten Randes einander überlappen; ein abgestufter dritter Rand an einem Rand des unteren offenen Endes des inneren Gehäuses vorgesehen ist und ein abgestufter vierter Rand an einem Rand eines unteren offenen Endes des äußeren Gehäuses vorgesehen ist; und abgestufte Strukturen des dritten Randes und des vierten Randes einander überlappen.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die elektromagnetische Induktionsspule eine Vielzahl von Spiralringen umfasst; eine Vielzahl von ersten Stützen an der ersten inneren Seitenwand des inneren Gehäuses vorgesehen ist, und eine der Vielzahl von ersten Stützen zwischen zwei benachbarten Spiralringen angeordnet ist.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Seiten-Hauptheizelement umfasst: einen Heizkörper; wobei der Heizkörper eine erste zylindrische Struktur ist; und eine isolierende Schutzabdeckung; wobei die isolierende Schutzabdeckung eine zylindrische Abdeckung ist, eine Außenseite des Heizkörpers abdeckt und umgibt; und die isolierende Schutzabdeckung mindestens ein oberes offenes Ende des Heizkörpers, ein unteres offenes Ende des Heizkörpers und eine äußere Umfangsseite zwischen dem oberen offenen Ende und dem unteren offenen Ende des Heizkörpers abdeckt.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Heizkörper eine Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten umfasst; die Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten nacheinander verbunden sind, um die erste zylindrische Struktur zu bilden; von zwei benachbarten der Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten eine Öffnung einer U-förmigen Heizsäuleneinheit auf ein oberes offenes Ende der ersten zylindrischen Struktur ausgerichtet ist, und eine Öffnung der anderen U-förmigen Heizsäuleneinheit auf ein unteres offenes Ende der ersten zylindrischen Struktur ausgerichtet ist, wodurch ein Umriss des Heizkörpers eine Serpentinenstruktur sein kann.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 7, wobei jede der Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten umfasst: zwei vertikale gerade Heizsäulen, die parallel zueinander sind, wobei eine Erstreckungsrichtung der vertikalen geraden Heizsäulen parallel zu einer axialen Richtung der ersten zylindrischen Struktur ist; und, eine bogenförmige oder lineare Quer-Heizsäule, die zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen angeschlossen ist; wobei in einer Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur ein Spalt zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen vorhanden ist; eine Breite des Spalts in der Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur größer oder gleich einer Breite der vertikalen geraden Heizsäule in der Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur ist.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Breite der vertikalen geraden Heizsäule in der Umfangsrichtung der ersten zylindrischen Struktur 15-20 mm beträgt; die Querschnittsfläche der vertikalen geraden Heizsäule 150-200 mm² beträgt; und die Länge der vertikalen geraden Heizsäule vom oberen offenen Ende zum unteren offenen Ende der ersten zylindrischen Struktur 320-350 mm beträgt.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 7, wobei eine Vielzahl von zweiten Stützen zum Abstützen des Heizkörpers an einer inneren Seitenwand der isolierenden Schutzabdeckung vorgesehen ist; und mindestens eine der Vielzahl von zweiten Stützen in dem Spalt zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen jeder der Vielzahl von U-förmigen Heizsäuleneinheiten angeordnet ist.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vielzahl von zweiten Stützen eine Vielzahl von ersten Stützsäulen und eine Vielzahl von zweiten Stützsäulen umfassen, die abwechselnd angeordnet sind; die erste Stützsäule in dem Spalt zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen der U-förmigen Heizsäuleneinheit angeordnet ist, deren Öffnung zum oberen offenen Ende des Heizkörpers hin ausgerichtet ist; und die zweite Stützsäule in dem Spalt zwischen den beiden vertikalen geraden Heizsäulen der U-förmigen Heizsäuleneinheit angeordnet ist, deren Öffnung zum unteren offenen Ende des Heizkörpers hin ausgerichtet ist.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die isolierende Schutzabdeckung einen ersten Abdeckkörper und einen zweiten Abdeckkörper aufweist; der erste Abdeckkörper umfasst: eine ringförmige obere Abschirmplatte, wobei die obere Abschirmplatte das obere offene Ende des Heizkörpers abschirmt; und eine Seiten-Abschirmplatte, wobei die Seiten-Abschirmplatte die äußere Umfangsseite des Heizkörpers umgibt und fest mit der oberen Abschirmplatte verbunden ist; und die Vielzahl der ersten Stützsäulen gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der oberen Abschirmplatte verteilt sind und an einer inneren Seitenwand der Seiten-Abschirmplatte befestigt sind; der zweite Abdeckkörper umfasst: eine ringförmige untere Abschirmplatte; wobei die untere Abschirmplatte das untere offene Ende des Heizkörpers abschirmt, die Vielzahl der zweiten Stützsäulen gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der unteren Abschirmplatte verteilt sind und die Vielzahl der zweiten Stützsäulen an der unteren Abschirmplatte befestigt sind; wobei die Vielzahl der zweiten Stützsäulen in die Seiten-Abschirmplatte eingesetzt wird, um den ersten Abdeckkörper an dem zweiten Abdeckkörper zu befestigen.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die isolierende Schutzabdeckung einen ersten Abdeckkörper und einen zweiten Abdeckkörper aufweist; der erste Abdeckkörper umfasst: eine ringförmige untere Abschirmplatte, wobei die untere Abschirmplatte das untere offene Ende des Heizkörpers abschirmt; und eine Seiten-Abschirmplatte, wobei die Seiten-Abschirmplatte die äußere Umfangsseite des Heizkörpers umgibt und fest mit der unteren Abschirmplatte verbunden ist; und die Vielzahl der zweiten Stützsäulen gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der unteren Abschirmplatte verteilt und an einer inneren Seitenwand der Seiten-Abschirmplatte befestigt sind; der zweite Abdeckkörper umfasst: eine ringförmige obere Abschirmplatte; wobei die obere Abschirmplatte das obere offene Ende des Heizkörpers abschirmt, die Vielzahl der ersten Stützsäulen gleichmäßig entlang einer Umfangsrichtung der oberen Abschirmplatte verteilt sind und die Vielzahl der ersten Stützsäulen an der oberen Abschirmplatte befestigt sind; wobei die Vielzahl der ersten Stützsäulen in die Seiten-Abschirmplatte eingesetzt wird, um den ersten Abdeckkörper an dem zweiten Abdeckkörper zu befestigen.
Heizelement in der Hot-Zone der Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Heizkörper ferner mit mindestens einem ersten Elektrodenanschluss und einem zweiten Elektrodenanschluss verbunden ist; der erste Elektrodenanschluss und der zweite Elektrodenanschluss jeweils an gegenüberliegenden Seiten des Heizkörpers angeordnet sind; die isolierende Schutzabdeckung mit mindestens einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung versehen ist; der erste Elektrodenanschluss sich durch die erste Öffnung erstreckt und der zweite Elektrodenanschluss sich durch die zweite Öffnung erstreckt.
Einkristall-Ziehvorrichtung, umfassend: ein Einkristallofen-Hot-Zone-Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14.