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QUERVERWEIS ZUR BEZOGENEN ANWENDUNGEN
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Diese Offenbarung nimmt eine Priorität der chinesischen Patentanmeldung Nr.
202210588892.6 in Anspruch, die am 26. Mai 2022 eingereicht wurde und deren Offenbarungen hierin in vollem Umfang durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Offenbarung betrifft das technische Gebiet der Einkristallherstellung, insbesondere ein Heizelement und eine Einkristallzüchtungsvorrichtung.
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HINTERGRUND
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Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Qualitätsanforderungen für Halbleiter-Siliziumwafer werden hohe Anforderungen an die Kontrolle von Kristalldefekten in Siliziumblöcken während des Züchtens des Einkristalls gestellt, und die Struktur und die Durchführung der Hot Zone wirken sich direkt auf die Qualität der Siliziumblöcke aus, so dass die Gestaltung der Hot Zone sehr wichtig ist. Bei Einkristallzüchtungsvorrichtungen ist die Konstruktion eines Heizelements eines der Kernelemente für die Gestaltung einer Hot Zone. Das Heizelement ist für die Wärmeabgabe einer Einkristallzüchtungsvorrichtung verantwortlich und spielt sowohl in der Schmelzphase von polykristallinem Silizium-Einsatzmaterial als auch in der späteren Züchtungsphase eine wichtige Rolle. Die Form des Heizelements und die Größe des Erwärmungsbereichs wirken sich direkt auf die Wärmezone in der Einkristallzüchtungsvorrichtung aus, was wiederum die Qualität der Siliziumblöcke beeinflusst.
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Die Erwärmungseffizienz eines Heizelements in der entsprechenden Technologie ist nicht hoch, vor allem in der späteren Phase des Züchtens von Siliziumblöcken, mit der kontinuierlichen Verringerung der Schmelze nahm die Fähigkeit der Schmelze, Wärme zu speichern, ab, was die Ungleichmäßigkeit des Temperaturfeldes der Schmelze in hohem Maße verschlimmert. Gleichzeitig ist die Wärmeübertragung durch Konvektion aufgrund der begrenzten Möglichkeiten des herkömmlichen Heizelements nicht geeignet, die Sauerstoffausscheidung und das radiale, gleichmäßige Eintauchen des Sauerstoffs in die Kristall-Ingots zu fördern, was die gleichmäßige Verteilung des Sauerstoffs in den Kristall-Ingots stark beeinträchtigt und die Gesamtqualität der Kristall-Ingots beeinträchtigt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Anbetracht der obigen Ausführungen stellt die vorliegende Offenbarung ein Heizelement und eine Einkristallzüchtungsvorrichtung bereit, die dasselbe verwenden, was das Problem der geringen Qualität von Kristall-Ingots lösen kann, das darauf zurückzuführen ist, dass die Heizleistung des Heizelements in der verwandten Technologie nicht hoch ist, was der effektiven Sauerstoffausscheidung und dem radial gleichmäßigen Eintauchen von Sauerstoff in die Kristall-Ingots nicht förderlich ist.
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Um die oben genannten technischen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Offenbarung die folgenden technischen Lösungen bereit.
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Eine Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Offenbarung stellt ein Heizelement bereit, das einen Heizkörper umfasst;
- in der der Heizkörper die Form einer Schale hat, die an die Form eines Tiegels angepasst ist, und ein Boden des Heizkörpers mit einer Öffnung vorgesehen ist; und
- in der der Heizkörper mit einer ersten Hot Zone und einer zweiten Hot Zone in einer Umfangsrichtung versehen ist, die erste Hot Zone einen ersten Haupterwärmungsbereich und die zweite Hot Zone einen zweiten Haupterwärmungsbereich umfasst, und der erste Haupterwärmungsbereich und der zweite Haupterwärmungsbereich an unterschiedlichen Positionen mit unterschiedlichen Höhen in einer axialen Richtung des Heizkörpers angeordnet sind.
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Wahlweise umfasst der Heizkörper einen geraden zylindrischen Abschnitt und einen bogenförmigen Abschnitt, die in axialer Richtung des Heizkörpers auf- und abwärts angeordnet und als Ganzes integriert sind; und in denen der erste Haupterwärmungsbereich in der ersten Hot Zone in dem geraden zylindrischen Abschnitt angeordnet ist und der zweite Haupterwärmungsbereich in der zweiten Hot Zone in dem bogenförmigen Abschnitt angeordnet ist.
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Wahlweise ist der Heizkörper mit ersten Schlitzen und zweiten Schlitzen vorgesehen, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung verteilt sind, um den Heizkörper in eine Vielzahl von Heizstreifen zu unterteilen, die in einer Ende-an-Ende Weise miteinander verbunden sind; so dass sich die ersten Schlitze von einem oberen Ende des Heizkörpers zu einem unteren Ende des Heizkörpers erstrecken und nicht durch das untere Ende des Heizkörpers hindurchgehen, und die zweiten Schlitze sich von dem unteren Ende des Heizkörpers zu dem oberen Ende des Heizkörpers erstrecken und nicht durch das obere Ende des Heizkörpers hindurchgehen; und wobei sich die zweiten Schlitze, die in der ersten Hot Zone angeordnet sind, auf einen Bereich zwischen zwei benachbarten ersten Schlitzen erstrecken, und die ersten Schlitze, die in der zweiten Hot Zone angeordnet sind, auf einen Bereich zwischen zwei benachbarten zweiten Schlitzen erstrecken.
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Wahlweise liegt das Verhältnis zwischen der Länge eines Abschnitts des zweiten Schlitzes, der sich in den Bereich zwischen zwei benachbarten ersten Schlitzen erstreckt, und der Höhe des geraden zylindrischen Abschnitts in einem Bereich von 1/2 bis 2/3.
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Wahlweise beträgt das Verhältnis der Länge eines Abschnitts des ersten Schlitzes, der sich in den Bereich zwischen zwei benachbarten zweiten Schlitzen erstreckt, zu einer Bogenlänge des bogenförmigen Abschnitts 3/4.
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Wahlweise ist die Länge eines Abschnitts des ersten Schlitzes, der sich in den Bereich zwischen zwei benachbarten zweiten Schlitzen erstreckt, mehr als die Länge eines Abschnitts des zweiten Schlitzes, der sich in den Bereich zwischen zwei benachbarten ersten Schlitzen erstreckt.
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Wahlweise ist die Höhe des geraden zylindrischen Abschnitts kleiner als die Bogenlänge des bogenförmigen Abschnitts.
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Wahlweise werden die erste Hot Zone und die zweite Hot Zone durch gleichmäßiges Unterteilen des Heizkörpers in einer Umfangsrichtung erhalten.
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Eine Ausführungsform eines anderen Aspekts der vorliegenden Offenbarung stellt eine Einkristallzüchtungsvorrichtung bereit, die das in dem ersten Aspekt beschriebene Heizelement umfasst.
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Wahlweise umfasst die Einkristallzüchtungsvorrichtung auch einen Tiegel, bei dem sowohl der Tiegel als auch der Heizkörper des Heizelements die Form einer Schale haben.
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Die vorstehend erwähnten technischen Lösungen der vorliegenden Offenbarung weisen die folgenden positiven Auswirkungen auf. Das Heizelement entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann durch Einstellen der Form des Heizkörpers auf eine an die Form des Tiegels angepasste Schalenform die Wärme effizient auf den Tiegel übertragen und die Heizeffizienz des Heizelements verbessern; und zwischen der ersten Hot Zone und der zweiten Hot Zone, die in der Umfangsrichtung des Heizkörpers unterteilt sind, die Höhen des ersten Haupterwärmungsbereichs, der in der ersten Hot Zone enthalten ist, und des zweiten Haupterwärmungsbereichs, der in der zweiten Hot Zone enthalten ist, in der axialen Richtung des Heizkörpers unterschiedlich sind, mit anderen Worten, es weist eine Asymmetrie zwischen dem ersten Haupterwärmungsbereich und dem zweiten Haupterwärmungsbereich auf. Auf diese Weise wird der Unterschied zwischen der axialen Temperaturdifferenz in der Mitte des Kristall-Ingots und der axialen Temperaturdifferenz am Rand des Kristall-Ingots kleiner, so dass die Form der Fest-Flüssig-Grenzfläche glatt wird, was das Züchten von fehlerfreien Kristall-Ingots begünstigt. Gleichzeitig wird die äußere natürliche Konvektion der Schmelze variiert, und das effektive Abscheiden von Sauerstoff kann mit der Drehgeschwindigkeit des Tiegels gesteuert werden. Darüber hinaus wird die Oberflächenspannung der Schmelze so verändert, dass eine Grenzflächenkonvektion gebildet wird, indem die Oberflächenspannung entlang der radialen Richtung in einem Gradienten verändert wird, der mit der inneren Konvektion zusammenwirkt, die durch die Rotation der Kristall-Ingots gebildet wird, um ein gleichmäßiges Eintauchen des Sauerstoffs in die Kristall-Ingots zu erleichtern, und die Gleichmäßigkeit des Sauerstoffgehalts sowohl in einer axialen Richtung als auch in der radialen Richtung des Kristall-Ingots wird verbessert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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- 1 ist eine schematische Darstellung des Heizelements entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine schematische Darstellung eines Heizkörpers entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Um den Zweck, die technische Lösung und die Vorteile in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung deutlicher darzustellen, werden die technischen Lösungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung klar und vollständig beschrieben. Selbstverständlich beziehen sich die folgenden Ausführungen auf einen Teil der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und nicht auf alle. Basierend auf den beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der Fachmann andere Ausführungsformen erhalten, die ebenfalls in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
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Bezugnehmend auf die 1 und 2 ist 1 eine schematische Darstellung eines Heizelements entsprechend einer Ausführungsform der Offenbarung, und 2 ist eine schematische Darstellung eines Heizkörpers entsprechend einer Ausführungsform der Offenbarung. Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, stellt eine Ausführungsform in einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Heizelement bereit, das an einer Einkristallzüchtungsvorrichtung angebracht wird. Das Heizelement umfasst einen Heizkörper 1, und der Heizkörper 1 hat die Form einer Schale, die an die Form des Tiegels angepasst ist. Das heißt, der Tiegel, der die Silizium-Einsatzmaterialien in der Einkristallzüchtungsvorrichtung enthält, hat die Form einer Schale. Der Tiegel kann insbesondere ein Graphittiegel 5 sein. Der Heizkörper 1 des Heizelements hat ebenfalls die gleiche Schalenform wie der Tiegel, was einer gleichmäßigen Vergrößerung des Graphittiegels 5 entspricht. Daher sind die Abstände zwischen den verschiedenen Abschnitten des Heizkörpers 1 und den entsprechenden Abschnitten des Tiegels im Wesentlichen gleich, die durch den Heizkörper 1 erzeugte Wärme kann gleichmäßig auf den Tiegel übertragen werden, und dann wird die Wärme durch den Tiegel gleichmäßig auf das Siliziummaterial im Tiegel übertragen, wodurch die Heizeffizienz des Heizelements verbessert wird.
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In der vorliegenden Offenbarung ist der Heizkörper 1 mit einer ersten Hot Zone und einer zweiten Hot Zone in einer Umfangsrichtung vorgesehen. Die erste Hot Zone umfasst einen ersten Haupterwärmungsbereich 111, und die Wärmeleistung des ersten Haupterwärmungsbereichs 111 ist mehr als die Wärmeleistung der anderen Bereiche in der ersten Hot Zone mit Ausnahme des ersten Haupterwärmungsbereichs 111. Wahlweise sind der erste Haupterwärmungsbereich 111 und die anderen Bereiche in der ersten Hot Zone auf- und abwärts angeordnet. Die zweite Hot Zone umfasst einen zweiten Haupterwärmungsbereich 112, und die Wärmeleistung des zweiten Haupterwärmungsbereichs 112 ist mehr als die Wärmeleistung der anderen Bereiche in der zweiten Hot Zone mit Ausnahme des zweiten Haupterwärmungsbereichs 112. Wahlweise sind der zweite Haupterwärmungsbereich 112 und die anderen Bereiche in der zweiten Hot Zone auf- und abwärts angeordnet. Außerdem sind der erste Haupterwärmungsbereich 111 und der zweite Haupterwärmungsbereich 112 an unterschiedlichen Positionen mit unterschiedlichen Höhen in einer axialen Richtung des Heizkörpers 1 angeordnet. Das heißt, die Höhen des ersten Haupterwärmungsbereichs 111 in der ersten Hot Zone und des zweiten Haupterwärmungsbereichs 112 in der zweiten Hot Zone in axialer Richtung des Heizkörpers 1 sind unterschiedlich. Der erste Haupterwärmungsbereich 111 und der zweite Haupterwärmungsbereich 112 weisen in einer Umfangsrichtung eine Asymmetrie auf. Wie in 1 veranschaulicht, ist die durch den ersten Haupterwärmungsbereich 111 gebildete Wärmerichtung hauptsächlich eine seitliche Strahlung, während die durch den zweiten Haupterwärmungsbereich 112 gebildete Wärmerichtung hauptsächlich eine schräge Strahlung nach oben ist. Während des Erwärmungsprozesses erzeugt die Schmelze 3 eine äußere natürliche Konvektion 6 und die Schmelze 3 erzeugt eine innere erzwungene Konvektion 7 unter der Wirkung der Rotation des Kristall-Ingots 2.
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Daher nimmt das Heizelement in der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die oben erwähnte Konfiguration an, die dazu beiträgt, die Differenz ΔG zwischen der axialen Temperaturdifferenz in der Mitte des Kristall-Ingots 2 und der axialen Temperaturdifferenz am Rand des Kristall-Ingots 2 zu verringern, so dass die Form der Fest-Flüssig-Grenzfläche glatt wird, was dem Züchten von fehlerfreien Kristall-Ingots förderlich ist; und die äußere natürliche Konvektion 6 der Schmelze 3 kann ebenfalls variiert werden, so dass die effektive Sauerstoffausscheidung mit der Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels selbst gesteuert werden kann. Außerdem kann die Oberflächenspannung der Schmelze 3 so variiert werden, dass sie als Gradient entlang der radialen Richtung variiert, um eine Grenzflächenkonvektion zu bilden, die mit der durch die Rotation des Kristall-Ingots 2 gebildeten inneren Zwangskonvektion 7 zusammenwirkt, um ein gleichmäßiges Eintauchen des Sauerstoffs in den Kristall-Ingot 2 zu erleichtern, und die Gleichmäßigkeit des Sauerstoffgehalts sowohl in einer axialen Richtung als auch in der radialen Richtung des Kristall-Ingots 2 kann verbessert werden, wodurch die Qualität des Kristall-Ingots 2 verbessert wird.
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In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst der Heizkörper 1 einen geraden zylindrischen Abschnitt 11 und einen bogenförmigen Abschnitt 12, die in axialer Richtung des Heizkörpers 1 auf- und abwärts angeordnet und als Ganzes integriert sind. Das heißt, der gerade zylindrische Abschnitt 11 ist auf der Oberseite des bogenförmigen Abschnitts 12 angeordnet. Der gerade zylindrische Abschnitt 11 hat die Form eines geraden Zylinders, und der bogenförmige Abschnitt 12 hat die Form eines Bogens. Der erste Haupterwärmungsbereich 111 in der ersten Hot Zone ist in dem geraden zylindrischen Abschnitt 11 angeordnet, der zweite Haupterwärmungsbereich 112 in der zweiten Hot Zone in dem bogenförmigen Abschnitt 12. So sind der erste Haupterwärmungsbereich 111 und der zweite Haupterwärmungsbereich 112 an unterschiedlichen Positionen mit unterschiedlichen Höhen in axialer Richtung des Heizkörpers 1 angeordnet, um eine asymmetrische Anordnung zu erreichen.
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In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist der Heizkörper 1 mit ersten Schlitzen 8 und zweiten Schlitzen 9 versehen, die abwechselnd in Umfangsrichtung verteilt sind. Die ersten Schlitze 8 und die zweiten Schlitze 9 unterteilen den Heizkörper 1 in eine Vielzahl von Heizstreifen, die in einer Ende-an-Ende Weise miteinander verbunden sind, d. h. die Vielzahl der Heizstreifen ist in Reihe geschaltet. Die ersten Schlitze 8 erstrecken sich vom oberen Ende des Heizkörpers 1 zum unteren Ende des Heizkörpers 1 und gehen nicht durch das untere Ende des Heizkörpers 1 hindurch, während die zweiten Schlitze 9 sich vom unteren Ende des Heizkörpers 1 zum oberen Ende des Heizkörpers 1 erstrecken und nicht durch das obere Ende des Heizkörpers 1 hindurchgehen. Die in der ersten Hot Zone befindlichen zweiten Schlitze 9 erstrecken sich bis in den Bereich zwischen zwei benachbarten ersten Schlitzen 8, d.h. der Abschnitt der zweiten Schlitze 9 in der ersten Hot Zone ist in dem Bereich zwischen zwei benachbarten ersten Schlitzen 8 angeordnet. Die in der zweiten Hot Zone befindlichen ersten Schlitze 8 erstrecken sich bis in den Bereich zwischen zwei benachbarten zweiten Schlitzen 9, d. h. der Abschnitt der ersten Schlitze 8 in der zweiten Hot Zone ist in dem Bereich zwischen zwei benachbarten zweiten Schlitzen 9 angeordnet. So ist der erste Haupterwärmungsbereich 111, der durch die ersten Schlitze 8 und die zweiten Schlitze 9 in der ersten Hot Zone gebildet wird, in dem geraden zylindrischen Abschnitt 11 angeordnet, und der zweite Haupterwärmungsbereich 112, der durch die ersten Schlitze 8 und die zweiten Schlitze 9 in der zweiten Hot Zone gebildet wird, ist im bogenförmigen Abschnitt 12 angeordnet.
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Wahlweise ist der Heizkörper 1 auch mit Stiften zur Verbindung mit den Elektroden versehen, um den Heizkörper an eine externe Stromversorgung anzuschließen und eine elektrische Erwärmung zu ermöglichen.
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In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung liegt in der ersten Hot Zone das Verhältnis der Länge des Abschnitts des zweiten Schlitzes 9, der sich in den Bereich zwischen zwei benachbarten ersten Schlitzen 8 erstreckt, zur Höhe des geraden zylindrischen Abschnitts 11 in einem Bereich von 1/2 bis 2/3. Durch die Steuerung des Verhältnisses zwischen der Länge des Abschnitts des zweiten Schlitzes 9, der sich in den Bereich zwischen zwei benachbarten ersten Schlitzen 8 erstreckt, und der Höhe des geraden zylindrischen Abschnitts 11 kann daher die Fläche des ersten Haupterwärmungsbereichs 111 in der ersten Hot Zone gesteuert werden.
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In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beträgt in der zweiten Hot Zone das Verhältnis zwischen der Länge des Abschnitts des ersten Schlitzes 8, der sich in den Bereich zwischen zwei benachbarten zweiten Schlitzen 9 erstreckt, und der Bogenlänge des bogenförmigen Abschnitts etwa 3/4. Durch Steuerung des Verhältnisses zwischen der Länge des Abschnitts des ersten Schlitzes 8, der sich in den Bereich zwischen zwei benachbarten zweiten Schlitzen 9 erstreckt, und der Bogenlänge des bogenförmigen Abschnitts 12 kann daher die Fläche des zweiten Haupterwärmungsbereichs 112 in der zweiten Hot Zone gesteuert werden. Die so genannte Bogenlänge des bogenförmigen Abschnitts 12 bezieht sich auf die Länge des Bogens zwischen dem unteren Ende des bogenförmigen Abschnitts 12 und dem oberen Ende des bogenförmigen Abschnitts 12, und der Bogen wird erhalten, indem der bogenförmige Abschnitt 12 in einer Querschnittsebene quer zur Achse des Heizkörpers 1 geschnitten wird.
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In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Länge des Abschnitts des ersten Schlitzes 8 in der zweiten Hot Zone, der sich in den Bereich zwischen zwei benachbarten zweiten Schlitzen 9 erstreckt, mehr als die Länge des Abschnitts der zweiten Schlitze 9 in der ersten Hot Zone, der sich in den Bereich zwischen zwei benachbarten ersten Schlitzen 8 erstreckt. Das heißt, die Wärmeleistung des zweiten Haupterwärmungsbereichs 112 in der zweiten Hot Zone ist mehr als die Wärmeleistung des ersten Haupterwärmungsbereichs 111 in der ersten Hot Zone, was eine effektive Sauerstoffausscheidung und ein gleichmäßiges Eintauchen des Sauerstoffs in die Kristall-Ingots 2 in radialer Richtung begünstigt.
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In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Höhe des geraden zylindrischen Abschnitts 11 geringer als die Bogenlänge des bogenförmigen Abschnitts 12. Die so genannte Bogenlänge des bogenförmigen Abschnitts 12 bezieht sich auf die Länge des Bogens zwischen dem unteren Ende des bogenförmigen Abschnitts 12 und dem oberen Ende des bogenförmigen Abschnitts 12, und der Bogen wird erhalten, indem der bogenförmige Abschnitt 12 in einer Querschnittsebene quer zur Achse des Heizkörpers 1 geschnitten wird. Daher ist der Wärmebereich des bogenförmigen Abschnitts 12 in axialer Richtung des Heizkörpers 1 mehr als der Wärmebereich des geraden zylindrischen Abschnitts 11 in axialer Richtung des Heizkörpers 1, d. h. die Heizleistung des bogenförmigen Abschnitts 12 ist größer als die des geraden zylindrischen Abschnitts 11. Dadurch werden die äußere natürliche Konvektion 6 der Schmelze 3 und die innere Konvektion, die durch die Rotation des Kristalls gebildet wird, verbessert.
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In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden die erste Hot Zone und die zweite Hot Zone dadurch erhalten, dass der Heizkörper 1 in einer Umfangsrichtung gleichmäßig unterteilt wird, d. h. die erste Hot Zone und die zweite Hot Zone haben in Umfangsrichtung des Heizkörpers 1 die gleiche Länge. Natürlich können in einigen Ausführungsformen die Längen der ersten Hot Zone und der zweiten Hot Zone in einer Umfangsrichtung des Heizkörpers 1 auch unterschiedlich sein. Zum Beispiel macht die Länge der ersten Hot Zone in einer Umfangsrichtung des Heizkörpers 1 etwa 1/3 der Umfangslänge des Heizkörpers 1 und die Länge der zweiten Hot Zone in einer Umfangsrichtung des Heizkörpers 1 etwa 2/3 der Umfangslänge des Heizkörpers 1 aus. Die spezifische Größe kann entsprechend den tatsächlichen Konstruktionsanforderungen der Einkristallzüchtungsvorrichtung bestimmt werden, und die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten keine spezifischen Einschränkungen.
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In der vorliegenden Offenbarung kann die Wärme effizient auf den Tiegel übertragen werden, und der Wirkungsgrad des Heizelements wird verbessert, indem die Form des Heizkörpers 1 an die Form einer Schale angepasst wird, die der Form des Tiegels entspricht. Außerdem sind die Höhen des ersten Haupterwärmungsbereichs in der ersten Hot Zone und des zweiten Haupterwärmungsbereichs in der zweiten Hot Zone in axialer Richtung des Heizkörpers unterschiedlich, d. h. sie weisen eine Asymmetrie auf, wenn die erste Hot Zone und die zweite Hot Zone in Umfangsrichtung des Heizkörpers vorgesehen werden. Dadurch wird der Unterschied zwischen der axialen Temperaturdifferenz in der Mitte des Kristall-Ingots und der axialen Temperaturdifferenz am Rand des Kristall-Ingots kleiner, so dass die Form der Fest-Flüssig-Grenzfläche glatt wird, was das Züchten von fehlerfreien Kristall-Ingots begünstigt. Gleichzeitig wird die äußere natürliche Konvektion der Schmelze variiert, und das effektive Abscheiden von Sauerstoff kann mit der Drehgeschwindigkeit des Tiegels gesteuert werden. Darüber hinaus wird die Oberflächenspannung der Schmelze so variiert, dass sie als Gradient entlang der radialen Richtung variiert, um eine Grenzflächenkonvektion zu bilden, die mit der inneren Zwangskonvektion zusammenwirkt, die durch die Rotation des Kristall-Ingots gebildet wird, um ein gleichmäßiges Eintauchen des Sauerstoffs in den Kristall-Ingot zu erleichtern, und die Gleichmäßigkeit des Sauerstoffgehalts sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung des Kristall-Ingots wird verbessert.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt eine Einkristallzüchtungsvorrichtung bereit, die das Heizelement der obigen Ausführungsformen umfasst und denselben technischen Effekt erzielen kann. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden Einzelheiten hier nicht wiederholt.
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In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst die Einkristallzüchtungsvorrichtung ferner einen Tiegel, wobei sowohl der Tiegel als auch der Heizkörper 1 des Heizelements die Form einer Schale haben.
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Insbesondere, wie in den 1 und 2 veranschaulicht, umfasst das Heizelement einen Heizkörper 1, und der Heizkörper 1 hat die Form einer Schale, die an die Form des Tiegels angepasst ist. Das heißt, der Tiegel, der in der Einkristallzüchtungsvorrichtung zum Enthalten der Silizium-Einsatzmaterialien verwendet wird, hat die Form einer Schale, und der Tiegel kann insbesondere einen Graphittiegel 5 und einen Quarztiegel 4 umfassen, die im Inneren des Graphittiegels 5 angeordnet sind, und der Heizkörper 1 des Heizelements hat ebenfalls die Form einer Schale mit der gleichen Form wie der Graphittiegel 5, was einer Vergrößerung des Graphittiegels 5 in gleichen Anteilen entspricht. Daher sind die Abstände zwischen den verschiedenen Abschnitten des Heizkörpers 1 und den entsprechenden Abschnitten des Tiegels im Wesentlichen gleich, die durch den Heizkörper 1 erzeugte Wärme kann gleichmäßig auf den Tiegel übertragen werden, und dann wird die Wärme durch den Tiegel gleichmäßig auf das Siliziummaterial im Tiegel übertragen, wodurch die Heizeffizienz des Heizelements verbessert wird.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Wärme effizient auf den Tiegel übertragen werden, und die Heizleistung des Heizelements wird verbessert, indem die Form des Heizkörpers des Heizelements an die Form des Tiegels angepasst wird. Außerdem sind die Höhen des ersten Haupterwärmungsbereichs in der ersten Hot Zone und des zweiten Haupterwärmungsbereichs in der zweiten Hot Zone in axialer Richtung des Heizkörpers unterschiedlich, d. h. sie weisen eine Asymmetrie auf, wenn die erste Hot Zone und die zweite Hot Zone in Umfangsrichtung des Heizkörpers vorgesehen werden. Dadurch wird der Unterschied zwischen der axialen Temperaturdifferenz in der Mitte des Kristall-Ingots und der axialen Temperaturdifferenz am Rand des Kristall-Ingots kleiner, so dass die Form der Fest-Flüssig-Grenzfläche glatt wird, was dem Züchten von fehlerfreien Kristall-Ingots förderlich ist. Gleichzeitig wird die äußere natürliche Konvektion der Schmelze variiert, und das effektive Abscheiden von Sauerstoff kann mit der Drehgeschwindigkeit des Tiegels gesteuert werden. Darüber hinaus wird die Oberflächenspannung der Schmelze so variiert, dass sie als Gradient entlang der radialen Richtung variiert, um eine Grenzflächenkonvektion zu bilden, die mit der inneren Konvektion, die durch die Rotation des Kristall-Ingots gebildet wird, zusammenwirkt, um ein gleichmäßiges Eintauchen des Sauerstoffs in den Kristall-Ingot zu erleichtern, und die Gleichmäßigkeit des Sauerstoffgehalts sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung des Kristall-Ingots wird verbessert.
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Die vorstehenden Beschreibungen sind ein Teil der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Fachmann mehrere Verbesserungen und Änderungen vornehmen kann, ohne von den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Diese Verbesserungen und Änderungen sollten ebenfalls als Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung betrachtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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