KR20210075612A - Heat shield for producing silicon single crystal ingot - Google Patents
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Abstract
Description
아래의 실시 예는 실리콘 단결정 생산에 사용되는 열 쉴드에 관한 것이다.The examples below relate to thermal shields used in silicon single crystal production.
실리콘 단결정 잉곳을 생산하는 하나의 방법으로 초크랄스키 공법이 잇다. 초크랄스키 공법은 성장시키고자 하는 단결정 원료를 용융시킨 이후, 씨드(Seed) 단결정을 용융물에 접촉시켜 액체를 응고하며 단결정을 성장시키는 공법이다. One method for producing silicon single crystal ingots is the Czochralski method. The Czochralski method is a method in which a single crystal raw material to be grown is melted and then a seed single crystal is brought into contact with the melt to solidify the liquid and grow a single crystal.
실리콘 단결정 잉곳을 생산하기 위해서는, 실리콘 융액으로부터 방출된 복사열이 성장과정중에 실리콘 단결정 잉곳으로 전달되는 것을 방지하는 열 쉴드가 요구된다. 열 쉴드는 실리콘 단결정 잉곳의 생산성과 품질 향상을 위해 필수적인 구성으로써, 도가니의 하단에 위치하는 바닥판과, 측면에 위치하는 내부판 및 외부판이 요구된다.In order to produce a silicon single crystal ingot, a thermal shield that prevents radiant heat emitted from the silicon melt from being transferred to the silicon single crystal ingot during the growth process is required. The thermal shield is an essential component for improving the productivity and quality of the silicon single crystal ingot, and a bottom plate positioned at the bottom of the crucible, and an inner plate and an outer plate positioned on the side are required.
특히, 내부판은 도가니로부터 직접 방사되는 열을 차단하기 때문에, 충분한 열 차단 기능이 요구되므로 표면에 열을 차단하기 위한 코팅 처리가 수행될 필요가 있다. 그러나, 내부판의 부위별로 요구되는 코팅 정도가 상이하기 때문에, 보다 정밀한 코팅이 가능한 열 쉴드용 내부판이 요구되었다.In particular, since the inner plate blocks heat radiated directly from the crucible, a sufficient heat shielding function is required, so that a coating treatment for blocking heat needs to be performed on the surface. However, since the coating degree required for each part of the inner plate is different, an inner plate for a heat shield capable of more precise coating has been required.
일 실시 예에 따른 목적은, 분리가 용이한 열 쉴드용 내부판을 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is to provide an inner plate for a heat shield that is easily removable.
일 실시 예에 따른 목적은, 설계 변경에 따라 부분별 교체가 가능한 열 쉴드용 내부판을 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is to provide an inner plate for a heat shield that can be replaced by parts according to a design change.
일 실시 예에 따른 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키기 위해 도가니 내부의 복사열이 실리콘 단결정 잉곳으로 전달되는 것을 방지하는 열 쉴드의 내부(Inner)판은, 중공을 포함하는 원통형상의 중심 파트; 상기 중심 파트의 상단에 분리 가능하게 연결되는 상부 파트; 및 상기 중심 파트의 하단에 분리 가능하게 연결되는 하부 파트를 포함할 수 있다.In order to grow a silicon single crystal ingot according to an embodiment, the inner plate of the thermal shield for preventing the radiant heat inside the crucible from being transferred to the silicon single crystal ingot includes a cylindrical central part including a hollow; an upper part detachably connected to an upper end of the central part; and a lower part detachably connected to a lower end of the central part.
일 측에 있어서, 상기 상부 파트는 상기 중심 파트의 상단으로부터 상측을 향해 직경이 순차적으로 증가하도록 연장되는 상부 경사부를 포함할 수 있다.In one side, the upper part may include an upper inclined portion extending so as to sequentially increase in diameter from the upper end of the central part toward the upper side.
일 측에 있어서, 상기 상부 파트는 상기 상부 경사부의 상단으로부터 외측을 향해 연장되는 단차부를 더 포함할 수 있다.In one side, the upper part may further include a step portion extending outwardly from the upper end of the upper inclined portion.
일 측에 있어서, 상기 하부 파트는 상기 중심 파트의 하단으로부터 하측을 향해 직경이 순차적으로 감소하도록 연장되는 하부 경사부를 포함할 수 있다.In one side, the lower part may include a lower inclined portion extending so as to sequentially decrease in diameter from the lower end of the central part to the lower side.
일 측에 있어서, 상기 하부 파트는 상기 하부 경사부의 하단으로부터, 하측을 향해 수직 방향으로 연장되는 하부 연장부를 더 포함할 수 있다.In one side, the lower part may further include a lower extension extending in a vertical direction from a lower end of the lower inclined portion toward a lower side.
일 측에 있어서, 상기 중심 파트의 상단에는 제1상부체결부재가 형성되고, 상기 상부 파트의 하단에는 상기 제1상부체결부재와 체결 가능한 제2상부체결부재가 형성될 수 있다.In one side, a first upper fastening member may be formed at an upper end of the central part, and a second upper fastening member capable of being fastened to the first upper fastening member may be formed at a lower end of the upper part.
일 측에 있어서, 상기 중심 파트의 하단에는 제1하부체결부재가 형성되고, 상기 하부 파트의 상단에는 상기 제1하부체결부재와 체결 가능한 제2하부체결부재가 형성될 수 있다.In one side, a first lower fastening member may be formed at a lower end of the central part, and a second lower fastening member capable of being fastened to the first lower fastening member may be formed at an upper end of the lower part.
일 실시 예에 따른 열 쉴드용 내부판은, 복수의 파트로 구획되어 분리가 가능함으로써 유지보수에 따른 비용을 절감할 수 있다.The inner plate for a heat shield according to an embodiment can be divided into a plurality of parts and can be separated, thereby reducing maintenance costs.
일 실시 예에 따른 열 쉴드용 내부판은, 설계 변경에 따라 부위별 교체가 가능하다.The inner plate for a heat shield according to an embodiment can be replaced by parts according to a design change.
일 실시 예에 따른 열 쉴드용 내부판의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the inner plate for thermal shielding according to an embodiment are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 실리콘 단결정 잉곳용 열 쉴드의 투시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 실리콘 단결정 잉곳용 열 쉴드의 분해사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 열 쉴드의 내부판의 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 열 쉴드의 내부판의 평면도이다.The following drawings attached to this specification illustrate a preferred embodiment of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention, so the present invention is limited to the matters described in those drawings It should not be construed as being limited.
1 is a perspective view of a thermal shield for a silicon single crystal ingot according to an embodiment.
2 is an exploded perspective view of a thermal shield for a silicon single crystal ingot according to an embodiment.
3 is a perspective view of an inner plate of a thermal shield according to an embodiment;
4 is a plan view of an inner plate of a thermal shield according to an embodiment.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the essence, order, or order of the components are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is between each component. It will be understood that may also be "connected", "coupled" or "connected".
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having a common function will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, a description described in one embodiment may be applied to another embodiment, and a detailed description in the overlapping range will be omitted.
도 1은 일 실시 예에 따른 실리콘 단결정 잉곳용 열 쉴드의 투시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 실리콘 단결정 잉곳용 열 쉴드의 분해사시도이다.1 is a perspective view of a thermal shield for a silicon single crystal ingot according to an embodiment, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the thermal shield for a silicon single crystal ingot according to an embodiment.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 열 쉴드는 실리콘 단결정 잉곳 생산장치에 사용될 수 있다. 실리콘 단결정 잉곳 생산장치는 챔버(미도시), 석영 도가니(미도시), 페레스탈(미도시), 히터(미도시) 및 열쉴드를 포함할 수 있다.1 and 2 , a thermal shield according to an embodiment may be used in an apparatus for producing a silicon single crystal ingot. The silicon single crystal ingot production apparatus may include a chamber (not shown), a quartz crucible (not shown), a pedestal (not shown), a heater (not shown), and a heat shield.
챔버는 내부에 수용공간을 포함할 수 있다. 챔버의 상측에는 실리콘 단결정 잉곳이 이동되는 통로가 형성될 수 있다. 석영 도가니는 챔버 내부의 수용공간에 배치되고, 그 내부에는 다결정 실리콘이 수용될 수 있다.The chamber may include an accommodation space therein. A passage through which the silicon single crystal ingot is moved may be formed above the chamber. The quartz crucible is disposed in an accommodating space inside the chamber, and polycrystalline silicon may be accommodated therein.
페레스탈은 석영 도가니를 지지하고 석영 도가니를 승강 또는 회전시킬 수 있다. The pedestal supports the quartz crucible and can elevate or rotate the quartz crucible.
히터는 석영 도가니를 감싸도록 챔버 내부에 설치되고, 전원이 인가되면 석영 도가니에 수용된 다결정 실리콘을 가열하여 융해시킬 수 있다.The heater is installed inside the chamber to surround the quartz crucible, and when power is applied, it can heat and melt polycrystalline silicon accommodated in the quartz crucible.
열 쉴드는 석영 도가니의 상측에 배치되고, 석영 도가니 내부에 저장된 실리콘 용액의 복사열이 실리콘 단결정 잉곳으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. The thermal shield may be disposed on the upper side of the quartz crucible, and may prevent radiant heat of the silicon solution stored inside the quartz crucible from being transmitted to the silicon single crystal ingot.
히터를 통해 다결정 실리콘을 융해하면, 석영 도가니 내부에는 실리콘 용액이 형성되는데, 실리콘 용액에 종결정을 담근 후 소정의 처리 과정을 거치면 실리콘 단결정 잉곳이 성장하게 된다.When polycrystalline silicon is melted through a heater, a silicon solution is formed inside the quartz crucible. After immersing the seed crystals in the silicon solution, the silicon single crystal ingot grows through a predetermined process.
열 쉴드는 이러한 실리콘 단결정 잉곳 성장과정에서, 실리콘 용액에서 방출되는 복사열이 성장하고 있는 실리콘 단결정 잉곳에 전달되는 것을 차단함으로써, 실리콘 단결정 잉곳의 품질을 향상시키게 된다. 다시 말하면, 열 쉴드는 실리콘 단결정 잉곳의 품질 향상과 생산성 증가에 직접적인 영향을 줄 수 있다.The thermal shield blocks the radiant heat emitted from the silicon solution from being transmitted to the growing silicon single crystal ingot during the silicon single crystal ingot growth process, thereby improving the quality of the silicon single crystal ingot. In other words, the thermal shield can directly affect the quality improvement and productivity increase of the silicon single crystal ingot.
열 쉴드는 실리콘 단결정 잉곳을 감싸도록 설치될 수 있다. 열쉴드는 흑연(Graphite) 재질을 포함하고, 바닥과 측면을 포함할 수 있다. 열 쉴드는 바닥을 구성하는 바닥판(30)과, 측면의 외부를 구성하는 외부판(20) 및, 측면의 내부를 구성하는 내부판(10)을 포함할 수 있다.The thermal shield may be installed to surround the silicon single crystal ingot. The heat shield may include a graphite material, and may include a bottom and a side surface. The thermal shield may include a
바닥판(30)은 실리콘 용액으로부터 방출된 복사열이 실리콘 단결정 잉곳으로 전달되는 것을 방지하는 것으로서, 중앙에는 실리콘 단결정 잉곳이 통과하는 이동구가 형성될 수 있다. 바닥판(30)은 환형의 판상으로 형성될 수 있다.The
바닥판(30)의 외주면은 단차지게 형성되며, 단차진 외주면은 후술하는 외부판(20) 하단에 단차진 면과 맞물릴 수 있다. 또한, 바닥판(30)의 이동구는 단차지게 형성되고, 이동구의 내주면은 후술하는 내부판(10) 하단에 단차진 면과 맞물릴 수 있다.The outer peripheral surface of the
외부판(20)은 중공의 원통 형상으로 형성되는 외부 몸체와, 외부 몸체의 상단으로부터 상방향으로 연장되고 직경이 점차적으로 확장되는 확장부를 포함할 수 있다. 외부 몸체의 하단은 외부 몸체의 중심을 향해 연장될 수 있다.The
도 3은 일 실시 예에 따른 열 쉴드의 내부판(10)의 사시도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 열 쉴드의 내부판(10)의 평면도이다.3 is a perspective view of the
도 3 및 도 4를 참조하면, 내부판(10)은 외부판(20)의 내측에 배치될 수 있다. 내부판(10)은 서로 분리 가능한 3개의 파트로 구분될 수 있다. 내부판(10)은 중심 파트(100)와, 중심 파트(100)의 상단에 분리 가능하게 연결되는 상부 파트(110) 및, 중심 파트(100)의 하단에 분리 가능하게 연결되는 하부 파트(120)를 포함할 수 있다.3 and 4 , the
중심 파트(100)는 내부를 상하 방향으로 관통하는 중공을 포함하는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 중심파트는 지면에 평행한 단면을 기준으로 일정한 직경을 가지는 원 형상의 단면을 가질 수 있다.The
상부 파트(110)는 중심 파트(100)의 상단에 연결될 수 있다. 상부 파트(110)는 상부 경사부(111) 및 단차부(112)를 포함할 수 있다.The
상부 경사부(111)는 중심 파트(100)의 상단으로부터 상측을 향해 직경이 순차적으로 증가하는 원형의 단면 형상을 가질 수 있다.The upper
단차부(112)는 상부 경사부(111)의 상단으로부터 외측을 향해 수평 방향으로 연장될 수 있다. 단차부(112)의 외곽은 외부판(20)의 확장부 내면과 접촉될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 내측판이 외측판 내부에 위치하는 상태에서 외측판에 대한 내측판의 상대적인 위치가 정렬될 수 있다.The
하부 파트(120)는 중심 파트(100)의 하단에 연결될 수 있다. 하부 파트(120)는 하부 경사부(121) 및, 하부 연장부(122)를 포함할 수 있다.The
하부 경사부(121)는 중심 파트(100)의 하단으로부터 하측을 향해 직경이 순차적으로 감소하도록 연장되는 원형의 단면 형상을 가질 수 있다.The lower inclined portion 121 may have a circular cross-sectional shape extending so as to sequentially decrease in diameter from the lower end of the
하부 연장부(122)는 하부 경사부(121)의 하단으로부터 하측을 향해 수직 방향으로 연장될 수 있다. 하부 연장부(122)의 하단은 바닥판(30)에 접촉될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면 내측판의 하단은 바닥판(30)에 의해 지지될 수 있다.The
상부 파트(110), 중심 파트(100) 및 하부 파트(120)는 서로 분리 가능하게 체결될 수 있다. 예를 들어, 중심 파트(100)의 상단에는 제1상부체결부재(132)가 형성되고, 상부 파트(110)의 하단에는 제1상부체결부재(132)와 체결 가능한 제2상부체결부재(131)가 형성될 수 있다. 또한, 중심 파트(100)의 하단에는 제1하부체결부재가 형성되고, 하부 파트(120)의 상단에는 제1하부체결부재와 체결 가능한 제2하부체결부재가 형성될 수 있다.The
상부 파트(110), 중심 파트(100) 및 하부 파트(120)는 서로 수직 방향으로 연결되기 때문에, 서로 체결되는 각각의 체결부재는 서로 맞물리는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1상부체결부재(132)의 상단은 일부가 상측으로 돌출되는 형상을 포함하고, 제2상부체결부재(131)의 하단은 제1상부체결부재(132)의 돌출된 상단을 수용하는 형상으로 단차지게 형성될 수 있다. 다만, 이러한 형상은 하나의 예시로써, 서로 용이하게 분리 가능한 다양한 종류의 체결 형상이 적용될 수 있다.Since the
내부판(10)은 서로 분리 가능한 3개의 파트로 구분됨으로써, 실리콘 잉곳을 성장시키는 과정에서 각각의 파트를 필요에 따라 교체하는 것이 가능하다. 예를 들어, 내부판이 일체형으로 구성되는 경우에는 잉곳 성장 조건에 따라 부분 설계 변경이 필요한 경우 내부판 전체를 교체해야 했으나, 일 실시예에 따른 내부판(10)의 경우에는 변형이 필요한 파트만을 교체함으로써 내부판(10) 교체에 따른 비용 및 시간을 절감하는 효과를 확보할 수 있다.Since the
특히, 내부판(10)이 서로 분리되는 3개의 파트로 구획되기 때문에, 잉곳 성장에서 열이 집중되는 중심 파트(100) 및 하부 파트(120)에만 단열 코팅을 처리하는 것이 가능하기 때문에, 코팅에 소요되는 시간이나 비용을 크게 절감할 수 있다.In particular, since the
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of structures, devices, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components or equivalents are used. Appropriate results can be achieved even if substituted or substituted by
10: 내부판
100: 중심 파트
110: 상부 파트
120: 하부 파트
20: 외부판
30: 바닥판10: inner plate
100: center part
110: upper part
120: lower part
20: outer plate
30: bottom plate
Claims (7)
중공을 포함하는 원통형상의 중심 파트;
상기 중심 파트의 상단에 분리 가능하게 연결되는 상부 파트; 및
상기 중심 파트의 하단에 분리 가능하게 연결되는 하부 파트를 포함하는, 열 쉴드의 내부판.
In the inner plate of the thermal shield to prevent the radiant heat inside the crucible from being transferred to the silicon single crystal ingot to grow the silicon single crystal ingot,
a cylindrical central part including a hollow;
an upper part detachably connected to an upper end of the central part; and
and a lower part detachably connected to a lower end of the central part.
상기 상부 파트는,
상기 중심 파트의 상단으로부터 상측을 향해 직경이 순차적으로 증가하도록 연장되는 상부 경사부를 포함하는, 열 쉴드의 내부판.
According to claim 1,
The upper part is
and an upper inclined portion extending from the upper end of the central part toward the upper side to sequentially increase in diameter.
상기 상부 파트는,
상기 상부 경사부의 상단으로부터 외측을 향해 연장되는 단차부를 더 포함하는, 열 쉴드의 내부판.
3. The method of claim 2,
The upper part is
The inner plate of the thermal shield further comprising a step portion extending outwardly from the upper end of the upper inclined portion.
상기 하부 파트는,
상기 중심 파트의 하단으로부터 하측을 향해 직경이 순차적으로 감소하도록 연장되는 하부 경사부를 포함하는, 열 쉴드의 내부판.
According to claim 1,
The lower part is
and a lower inclined portion extending downwardly in diameter from a lower end of the central part to sequentially decrease.
상기 하부 파트는,
상기 하부 경사부의 하단으로부터, 하측을 향해 수직 방향으로 연장되는 하부 연장부를 더 포함하는, 열 쉴드의 내부판.
5. The method of claim 4,
The lower part is
The inner plate of the thermal shield further comprising a lower extension extending in a vertical direction downward from the lower end of the lower inclined portion.
상기 중심 파트의 상단에는 제1상부체결부재가 형성되고, 상기 상부 파트의 하단에는 상기 제1상부체결부재와 체결 가능한 제2상부체결부재가 형성되는, 열 쉴드의 내부판.
According to claim 1,
A first upper fastening member is formed at an upper end of the central part, and a second upper fastening member capable of being fastened to the first upper fastening member is formed at a lower end of the upper part.
상기 중심 파트의 하단에는 제1하부체결부재가 형성되고, 상기 하부 파트의 상단에는 상기 제1하부체결부재와 체결 가능한 제2하부체결부재가 형성되는, 열 쉴드의 내부판.
According to claim 1,
A first lower fastening member is formed at a lower end of the central part, and a second lower fastening member capable of being fastened to the first lower fastening member is formed at an upper end of the lower part.
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Legal Events
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E701 | Decision to grant or registration of patent right |