TW202233916A - 用於單晶爐的導流筒、單晶爐及導流筒的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一種用於單晶爐的導流管、單晶爐及導流管的加工方法，導流管的內輪廓線包括：第一直線段，沿豎直方向延伸；第二直線段，一端與第一直線段的背離坩堝的一端連接，另一端朝向背離晶棒的方向傾斜向上延伸，第二直線段與豎直方向之間的夾角為α，且滿足：α≥45°；線段組，包含多個依次連接且傾斜角度不同的直線段，線段組用於將從晶棒傳遞至線段組上的熱量朝向水冷套傳遞，利用水冷套阻擋熱量反向傳遞至晶棒上。本發明的導流管可以加速晶棒的冷卻，有利於降低晶棒內的熱應力，從而可避免晶棒內部出現孔洞或者差排缺陷，進而可提升晶棒的生產品質。
Description
本發明關於單晶爐技術領域，尤其是關於一種用於單晶爐的導流管、單晶爐及導流管的加工方法。
在矽晶體生長時，固液界面附近會產生結晶潛熱，一般情況下會在晶體上方設置圍繞晶棒的導流管，並讓氣體沿著導流管內測進入晶棒附近的提拉區域，吹掃該區域，以帶走結晶潛熱。隨著單晶矽棒直徑的增大，晶棒中心與外部的溫差變大，不僅使得結晶速率難以提高，且會造成晶棒內部的熱應力過大，晶棒內部容易出現孔洞或差排缺陷，影響晶棒的加工品質。
本發明提出了一種用於單晶爐的導流管，所述用於單晶爐的導流管可以提升晶棒的加工品質。
本發明還提出了一種單晶爐，所述單晶爐包括上述用於單晶爐的導流管。
本發明還提出了一種導流管的加工方法，利用所述加工方法加工上述用於單晶爐的導流管。
根據本發明實施例的用於單晶爐的導流管，所述單晶爐包括：爐體、水冷套和坩堝，所述導流管、水冷套和坩堝均設在所述爐體內，所述坩堝內形成有晶棒，所述導流管和水冷套均環繞所述晶棒設置，且所述水冷套位於所述導流管的上側，將所述晶棒的軸截面所在的平面定義為參考面，所述導流管經過所述參考面剖切後形成剖切面，所述剖切面的位於所述晶棒其中一側的內輪廓線包括：第一直線段，所述第一直線段沿豎直方向延伸，且所述第一直線段的鄰近所述坩堝液面的一端與所述液面間隔開；第二直線段，所述第二直線段的一端與所述第一直線段的背離所述坩堝的一端連接，所述第二直線段的另一端朝向背離所述晶棒的方向傾斜向上延伸，所述第二直線段與豎直方向之間的夾角為α，且滿足：α≥45°；線段組，線段組包含多個依次連接且傾斜角度不同的直線段，所述線段組的一端與所述第二直線段的另一端連接，所述線段組的另一端朝向背離所述晶棒的方向傾斜向上延伸，所述線段組用於將從所述晶棒傳遞至所述線段組上的熱量朝向所述水冷套傳遞，利用所述水冷套阻擋所述熱量反向傳遞至所述晶棒上。
根據本發明實施例的用於單晶爐的導流管，通過設置第二直線段，晶棒上的熱量沿著晶棒的徑向方向入射到第二直線段上時，由於第二直線段與豎直方向的夾角大於等於45°，因此這部分熱量在第二直線段上的入射角也大於等於45°，根據反射角等於入射角的原理，經過第二直線段反射後的熱量與入射熱量之間的夾角大於等於90°，因此這部分熱量經過反射後可以沿著與晶棒外壁面平行的方向傳遞，或者朝向背離晶棒外壁面的方向傳遞，從而可以避免這部分熱量反射回晶棒。此外，通過設置線段組，從晶棒傳遞至線段組上的熱量，經過線段組反射後可以朝向水冷套傳遞，利用水冷套阻擋熱量反向傳遞至晶棒上，從而可以加速晶棒的冷卻，有利於降低晶棒內的熱應力，從而可以避免晶棒內部出現孔洞或者差排缺陷，進而可以提升晶棒的生產品質。
在本發明的一些實施例中，在所述晶棒的徑向方向上，所述第二直線段的背離所述晶棒的一端與所述水冷套的外邊緣平齊或者位於所述水冷套外邊緣的外側；或者，所述α滿足：50°≥α≥45°。
在本發明的一些實施例中，將所述線段組的直線段的兩端分別定義為A端和B端，將所述A端在所述晶棒上的正投影定義為C，將所述水冷套的徑向方向的外邊緣定義D，將所述水冷套的徑向方向的內邊緣定義E，且滿足：線段AB與∠EAC的角平分線垂直，且線段AE與線段BD平行設置，其中，所述A端為所述直線段的鄰近所述晶棒的一端；或者，所述線段組包含的所述直線段的數量為X，且滿足：30≥X≥10。
在本發明的一些實施例中，在所述晶棒的軸向方向上，所述第一直線段的鄰近所述液面的一端與所述液面的間距為L，且滿足：50 mm ≥ L ≥ 20 mm。
在本發明的一些實施例中，在所述爐體徑向的由內之外的方向上，所述導流管的底面與所述液面的間距逐漸減小，且所述導流管的底面與所述液面之間的夾角為β，且滿足：8°≥β≥1°。
在本發明的一些實施例中，所述液面與爐體所述坩堝的內周壁形成為第一弧形面，所述導流管的底壁與所述導流管的外周壁的連接處形成為與所述第一弧形面平行設置的第二弧形面；或者，所述液面與所述晶棒的外周壁形成為第三弧形面，所述導流管的底壁與所述導流管的內周壁的連接處形成為與所述第三弧形面平行設置的第四弧形面。
根據本發明實施例的單晶爐，包括：爐體、坩堝、水冷套和上述的用於單晶爐的導流管，所述坩堝設在所述爐體內，所述坩堝具有盛放空間，所述盛放空間內形成有晶棒；所述導流管和水冷套均設在所述爐體內，且所述水冷套位於所述導流管的上側。
根據本發明實施例的單晶爐，通過設置第二直線段，晶棒上的熱量沿著晶棒的徑向方向入射到第二直線段上時，由於第二直線段與豎直方向的夾角大於等於45°，因此這部分熱量在第二直線段上的入射角也大於等於45°，根據反射角等於入射角的原理，經過第二直線段反射後的熱量與入射熱量之間的夾角大於等於90°，因此這部分熱量經過反射後可以沿著與晶棒外壁面平行的方向傳遞，或者朝向背離晶棒外壁面的方向傳遞，從而可以避免這部分熱量反射回晶棒。此外，通過設置線段組，從晶棒傳遞至線段組上的熱量，經過線段組反射後可以朝向水冷套傳遞，利用水冷套阻擋熱量反向傳遞至晶棒上，從而可以加速晶棒的冷卻，有利於降低晶棒內的熱應力，從而可以避免晶棒內部出現孔洞或者差排缺陷，進而可以提升晶棒的生產品質。
在本發明的一些實施例中，所述水冷套包括：第一連接部，所述第一連接部環繞所述晶棒設置，所述第一連接部沿所述晶棒的軸向方向延伸；第二連接部，所述第二連接部與所述第一連接部的鄰近所述液面的一端連接，且所述第二連接部沿所述晶棒的徑向方向延伸。
在本發明的一些實施例中，所述第二連接部的鄰近所述液面的一側的表面形成為朝向所述第一連接部凹入的第一曲面；或者，所述第二連接部的鄰近所述晶棒的一側的表面形成為朝向背離所述晶棒的方向凹入的第二曲面。
根據本發明實施例的導流管的加工方法，所述導流管為上述用於單晶爐的導流管，其中，所述線段組包含多個依次連接且傾斜角度不同的直線段一至直線段N，將所述水冷套的徑向方向的外邊緣定義D，將所述水冷套的徑向方向的內邊緣定義E，所述導流管的加工方法包括：加工所述第一直線段；加工所述第二直線段，所述第二直線段的起點為所述第一直線段的上端點，所述第二直線段的終點為A1點，所述A1點與所述水冷套的D點在所述晶棒的徑向方向上平齊；
加工所述直線段一，所述直線段一的起點為A1，所述直線段一的終點為B1，所述A1點在所述晶棒上的正投影為C1點，所述加工所述直線段一的步驟包括：以所述A1點為起點，作與∠EA1C1的角平分線垂直且傾斜向上的第一參考線；平移EA1至所述D點的位置處並與所述第一參考線形成交點B1，A1B1即為所述直線段一；
加工所述直線段二，所述直線段二的起點為A2，所述A2點與所述直線段一的所述B1點重合，所述直線段二的終點為B2，所述A2點在所述晶棒上的正投影為C2點，所述加工所述直線段二的步驟包括：以所述A2點為起點，作與∠EA2C2的角平分線垂直且傾斜向上的第二參考線；平移EA2至D點的位置處並與所述第二參考線形成交點B2，A2B2即為所述直線段二；
加工所述直線段三，所述直線段三的起點為A3，所述A3點與所述直線段二的所述B2點重合，所述直線段三的終點為B3，所述A3點在所述晶棒上的正投影為C3點，所述加工所述直線段三的步驟包括：以所述A3點為起點，作與∠EA3C3的角平分線垂直且傾斜向上的第三參考線；平移EA3至D點的位置處並與所述第三參考線形成交點B3，A3B3即為所述直線段三；
以此類推，最後加工所述直線段N，所述直線段N的起點為An，所述直線段N的終點為Bn，所述An點在所述晶棒上的正投影為Cn點，所述加工所述直線段N的步驟包括：以所述An點為起點，作與∠EAnCn的角平分線垂直且傾斜向上的第N參考線；平移EAn至D點的位置處並與所述第N參考線形成交點Bn，AnBn即為所述直線段N。，其中所述N滿足：N＞3。
根據本發明實施例的導流管的加工方法，通過設置第二直線段，晶棒上的熱量沿著晶棒的徑向方向入射到第二直線段上時，由於第二直線段與豎直方向的夾角大於等於45°，因此這部分熱量在第二直線段上的入射角也大於等於45°，根據反射角等於入射角的原理，經過第二直線段反射後的熱量與入射熱量之間的夾角大於等於90°，因此這部分熱量經過反射後可以沿著與晶棒外壁面平行的方向傳遞，或者朝向背離晶棒外壁面的方向傳遞，從而可以避免這部分熱量反射回晶棒。此外，通過設置線段組，從晶棒傳遞至線段組上的熱量，經過線段組反射後可以朝向水冷套傳遞，利用水冷套阻擋熱量反向傳遞至晶棒上，從而可以加速晶棒的冷卻，有利於降低晶棒內的熱應力，從而可以避免晶棒內部出現孔洞或者差排缺陷，進而可以提升晶棒的生產品質。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐瞭解到。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，並且目的不在於限制本發明。此外，本發明可以在不同例子中重複參考數字和/或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關係。此外，本發明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是所屬領域具通常知識者可以意識到其他工藝的可應用於性和/或其他材料的使用。
下面參考附圖描述根據本發明實施例的用於單晶爐100的導流管1，單晶爐100包括：爐體2、水冷套3和坩堝4，導流管1、水冷套3和坩堝4均設在爐體2內，坩堝4內形成有晶棒5，導流管1和水冷套3均環繞晶棒5設置，且水冷套3位於導流管1的上側。
例如，在本發明的一個示例中，坩堝4具有盛放空間，用於加熱融化的矽原料放置在盛放空間內，爐體2內設置有用於加熱坩堝4的加熱器，在加熱器的加熱下，盛放空間內的矽原料可以熔化成矽液。爐體2內還設置有導流管1和氬氣管，氬氣管穿過爐體2的頂部伸入至爐體2內，並經過導流管1與晶棒5形成的氬氣通道，促進晶棒的生長。爐體2內還設置有水冷套3，水冷套3環繞晶棒5設置，且水冷套3位於導流管1的上側，水冷套3用於吸收晶棒5向外輻射的熱量並向外傳遞，從而提升晶棒5的散熱效率。
如圖1和圖2所示，將晶棒5的軸截面所在的平面定義為參考面，導流管1經過參考面剖切後形成剖切面，剖切面的位於晶棒5其中一側的內輪廓線包括：第一直線段11、第二直線段13和線段組14。
具體地，如圖1所示，第一直線段11沿豎直方向延伸，且第一直線段11的鄰近坩堝4液面的一端與液面間隔開。由此，第一直線段11的底端與矽液的液面之間可以形成氬氣的氣流通道，第一直線段11是一段有一定距離的直線段，使得距離液面較近的區域能夠保持穩定的溫度梯度，有利於晶棒的生長。需要說明的是，第一直線段11的長度是要等於或大於晶棒5的轉肩的高度，其中，晶棒5的轉肩高度與晶棒5的生長直徑有關。例如，在本發明的一些實施例中，若生長8 inch的晶棒，其轉肩長度大概是90 mm，而第一直線段11的長度是要等於或大於90 mm；若生長12 inch的晶棒，其轉肩長度大概是160 mm，而第一直線段11的長度是要等於或大於160 mm。
如圖2和圖3所示，第二直線段13的一端與第一直線段11的背離坩堝4的一端連接，第二直線段13的另一端朝向背離晶棒5的方向傾斜向上延伸，第二直線段13與豎直方向之間的夾角為α（如圖3所示的α），且滿足：α≥45°。通過設置第二直線段13，晶棒5上的熱量沿著晶棒5的徑向方向入射到第二直線段13上時，由於第二直線段13與豎直方向的夾角大於等於45°，因此這部分熱量在第二直線段13上的入射角也大於等於45°，根據反射角等於入射角的原理，經過第二直線段13反射後的熱量與入射熱量之間的夾角大於等於90°，因此這部分熱量經過反射後可以沿著與晶棒5外壁面平行的方向傳遞，或者朝向背離晶棒5外壁面的方向傳遞，從而可以避免這部分熱量反射回晶棒5，由此可以加速晶棒5的冷卻，有利於降低晶棒5內的熱應力，從而可以避免晶棒5內部出現孔洞或者差排缺陷，進而可以提升晶棒5的生產品質。
具體地，在本發明的一些實施例中，第二直線段13與豎直方向的夾角可以為45°、48°、50°、55°、60°等。第二直線段13與豎直方向的夾角具體可以根據單晶爐100的型號、尺寸選擇設定。
例如，在本發明的一個示例中，第二直線段13與豎直方向的夾角為45°，晶棒5上的熱量沿著晶棒5的徑向方向入射到第二直線段13上時，熱量在第二直線段13上形成的入射角為45°，根據反射角等於入射角的遠離，反射角同樣為45°，由於第二直線段13是傾斜向上設置的，因此經過反射後的熱量會豎直向上傳遞，即經過反射後的熱量沿著與晶棒5外壁面平行的方向傳遞，從而可以避免這部分熱量反射回晶棒5。
再如，在本發明的另一個示例中，第二直線段13與豎直方向的夾角為60°，晶棒5上的熱量沿著晶棒5的徑向方向入射到第二直線段13上時，熱量在第二直線段13上形成的入射角為60°，根據反射角等於入射角的遠離，反射角同樣為60°，由於第二直線段13是傾斜向上設置的，因此經過反射後的熱量會傾斜向上且朝向背離晶棒5的方向傳遞，即經過反射後的熱量沿著朝向背離晶棒5的方向傾斜向上傳遞，從而可以避免這部分熱量反射回晶棒5。
如圖2和圖3所示，線段組14包含多個依次連接且傾斜角度不同的直線段，線段組14的一端與第二直線段13的另一端連接，線段組14的另一端朝向背離晶棒5的方向傾斜向上延伸。可以理解的是，線段組14包括多個直線段，且多個直線段是依次連接的，而且每個直線段均朝向背離晶棒5的方向傾斜向上延伸。例如，線段組14包括五條直線段，第一條直線段與第二直線段13連接，第二條直線段13與第一條直線段連接，第三條直線段與第二條直線段13連接，第四條直線段與第三條直線段連接，第五條直線段與第四條直線段連接。
如圖1-圖3所示，線段組14用於將從晶棒5傳遞至線段組14上的熱量朝向水冷套3傳遞，利用水冷套3阻擋熱量反向傳遞至晶棒5上。可以理解的是，從晶棒5傳遞至線段組14上的熱量，經過線段組14反射後可以朝向水冷套3傳遞，利用水冷套3阻擋熱量反向傳遞至晶棒5上，從而可以加速晶棒5的冷卻，有利於降低晶棒5內的熱應力，從而可以避免晶棒5內部出現孔洞或者差排缺陷，進而可以提升晶棒5的生產品質。此外，由於通過設置第二直線段13和線段組14可以加速晶棒5的冷卻，從而可以減少在生產過程中晶棒5處於散熱階段的時長，進而可以加速晶棒5的生產效率。
根據本發明實施例的用於單晶爐100的導流管1，通過設置第二直線段13，晶棒5上的熱量沿著晶棒5的徑向方向入射到第二直線段13上時，由於第二直線段13與豎直方向的夾角大於等於45°，因此這部分熱量在第二直線段13上的入射角也大於等於45°，根據反射角等於入射角的原理，經過第二直線段13反射後的熱量與入射熱量之間的夾角大於等於90°，因此這部分熱量經過反射後可以沿著與晶棒5外壁面平行的方向傳遞，或者朝向背離晶棒5外壁面的方向傳遞，從而可以避免這部分熱量反射回晶棒5。此外，通過設置線段組14，從晶棒5傳遞至線段組14上的熱量，經過線段組14反射後可以朝向水冷套3傳遞，利用水冷套3阻擋熱量反向傳遞至晶棒5上，從而可以加速晶棒5的冷卻，有利於降低晶棒5內的熱應力，從而可以避免晶棒5內部出現孔洞或者差排缺陷，進而可以提升晶棒5的生產品質。
在本發明的一些實施例中，如圖1-圖3所示，在晶棒5的徑向方向上，第二直線段13的背離晶棒5的一端與水冷套3的外邊緣平齊或者位於水冷套3外邊緣的外側。換言之，在晶棒5的徑向方向上，第二直線段13的背離晶棒5的一端（即第二直線段13的上端）可以是與水冷套3的外邊緣平齊；或者，在晶棒5的徑向方向上，第二直線段13的背離晶棒5的一端位於水冷套3外邊緣的外側。由此，經過第二直線段13反射後的熱量可以反射到水冷套3的外邊緣上，或者反射到水冷套3的外側。例如，在本發明的一個具體的示例中，在晶棒5的徑向方向上，第二直線段13的背離晶棒5的一端與水冷套3的外邊緣平齊。
在本發明的一些實施例中，如圖1-圖3所示，α滿足：50°≥α≥45°。可以理解的是，通過將第二直線段13與豎直方向之間的夾角設置在45°-50°之間，可以在保證熱量不會回傳到晶棒5的前提下，減小第二直線段13的上端的半徑，從而可以縮小導流管1的尺寸，進而減小導流管1佔用的空間。例如，在本發明的一些示例中，第二直線段13與豎直方向的夾角可以為45°、46°、47°、48°、49°或50°。
在本發明的一些實施例中，將線段組的14的直線段的兩端分別定義為A端和B端，將A端在晶棒5上的正投影定義為C，將水冷套3的徑向方向的外邊緣定義D，將水冷套3的徑向方向的內邊緣定義E，且滿足：線段AB與∠EAC的角平分線垂直，且線段AE與線段BD平行設置，其中，A端為直線段的鄰近晶棒5的一端。
可以理解的是，線段組14中的每一個直線段均符合上述情況，通過上述設置，從晶棒5上入射到直線段上的熱量經過直線段反射後，可以反射到水冷套3內邊緣的E處，由此利用水冷套3實現對熱量的阻擋，從而可以有效的避免熱量回傳至晶棒5上。
例如，針對晶棒5的C點處的熱量，這部分熱量可以傳遞至直線段的A端，經過A端的反射後可以傳遞至水冷套3的E點，也就是說，CA可以認為是這部分熱量的入射路徑，由於入射表面AB的法線為∠EAC的角平分線，所以經過線段反射後的傳遞路徑為AE，因此經過反射後的熱量會傳遞至水冷套3的內邊緣，從而可以有效的避免熱量回傳至晶棒5上。由於每個直線段均存在相同的特徵，因此，經過每個直線段反射後的熱量均傳遞至水冷套3的內邊緣的E處。
具體地，在本發明的一個具體的示例中，第二直線段13、及線段組14的直線段一141、直線段二142、直線段三143、直線段四144……直線段N的加工過程如下：
第一步：加工第二直線段13，第二直線段13的起點為第一直線段11的上端點，第二直線段13的終點為A1點，A1點與水冷套3的D點在晶棒5的徑向方向上平齊，其中第二直線段13沿著傾斜角度為45°的方向傾斜向外延伸；
第二步：加工直線段一141，直線段一141的起點為A1，終點為B1，A1點在晶棒5上的正投影為C1點。具體地，首先找到∠EA1C1的角平分線，以A1點為起點，作一個與∠EA1C1的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA1至D點的位置處並與上述壁面形成交點B1，A1B1即為直線段一141；
第三步：加工直線段二142，直線段二142的起點為A2，A2點與直線段一141中的B1點重合，直線段二142的終點為B2，A2點在晶棒5上的正投影為C2點。具體地，首先找到∠EA2C2的角平分線，以A2點為起點，作一個與∠EA2C2的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA2至D點的位置處並與上述壁面形成交點B2，A2B2即為直線段二142；
第四步：加工直線段三143，直線段三143的起點為A3，A3點與直線段二142中的B2點重合，直線段三143的終點為B3，A3點在晶棒5上的正投影為C3點。具體地，首先找到∠EA3C3的角平分線，以A3點為起點，作一個與∠EA3C3的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA3至D點的位置處並與上述壁面形成交點B3，A3B3即為直線段三143；
第五步：加工直線段四144，直線段四144的起點為A4，A4點與直線段三143中的B3點重合，直線段四144的終點為B4，A4點在晶棒5上的正投影為C4點。具體地，首先找到∠EA4C4的角平分線，以A4點為起點，作一個與∠EA4C4的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA4至D點的位置處並與上述壁面形成交點B4，A4B4即為直線段四144；
第六步：加工直線段五145，直線段五145的起點為A5，A5點與直線段四144中的B4點重合，直線段五145的終點為B5，A5點在晶棒5上的正投影為C5點。具體地，首先找到∠EA5C5的角平分線，以A5點為起點，作一個與∠EA5C5的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA5至D點的位置處並與上述壁面形成交點B5，A5B5即為直線段五145；
第七步：加工直線段六，直線段六的起點為A6，A6點與直線段五145中的B5點重合，直線段六的終點為B6，A6點在晶棒5上的正投影為C6點。具體地，首先找到∠EA6C6的角平分線，以A6點為起點，作一個與∠EA6C6的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA6至D點的位置處並與上述壁面形成交點B6，A6B6即為直線段六。
依次類推，假設線段組14包括24條直線段，則直線段二十四的加工步驟為：
直線段二十四的起點為A24，A24點與直線段二十三中的B23點重合，直線段二十四的終點為B24，A24點在晶棒5上的正投影為C24點。具體地，首先找到∠EA24C24的角平分線，以A24點為起點，作一個與∠EA24C24的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA24至D點的位置處並與上述壁面形成交點B24，A24B24即為直線段二十四。
在本發明的一些實施例中，如圖1-圖3所示，線段組14包含的直線段的數量為X，且滿足：30≥X≥10。可以理解的是，直線段的數量與導流管1的尺寸、導流管1與水冷套3的相對位置以及導流管1與晶棒5的相對位置相關，通過將直線段的數量設置在10-30之間，可以多數情況下的數量需求，從而可以更好的滿足用戶的需要。例如，在本發明的一個示例中，線段組14包含的直線段的數量為10條、12條、14條、16條、18條、20條、22條、24條、26條、28條或30條。
在本發明的一些實施例中，如圖1和圖4所示，在晶棒5的軸向方向上，第一直線段11的鄰近液面的一端與液面的間距為L（如圖4所示的L），且滿足：50 mm ≥ L ≥ 20 mm。可以理解的是，籽晶在轉肩的時候，容易斷線的問題，通過將第一直線段11的鄰近液面的一端與液面的間距設置在20-50 mm之間，可以確保這部分位置的溫度梯度不會發生變化，而且氣流也不會發生有太大變化，因此可以避免出現斷線的問題。
例如，在本發明的一個示例中，晶棒5的加工過程如下：將高純度的多晶矽原料放入單晶爐100的坩堝4內，然後在低真空有流動惰性氣體的保護下加熱熔化，把一支有著特定生長方向的單晶矽（也叫做籽晶）入籽晶夾持裝置中，並使籽晶與矽溶液接觸，調整熔融矽溶液的溫度，使其接近熔點溫度，然後驅動籽晶自上而下伸入熔融的矽溶液中並旋轉，然後緩緩上提籽晶，此時，單晶矽進入錐體部分的生長，當錐體的直徑接近目標直徑時，提高籽晶的提升速度，使單晶矽體直徑不再增大而進入晶體的中部生長階段，在單晶矽體生長接近結束時，再提高籽晶的提升速度，單晶矽體逐漸脫離熔融矽，形成下錐體而結束生長
具體地，在本發明的一些示例中，在晶棒5的軸向方向上，第一直線段11的鄰近液面的一端與液面的間距為20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm、45 mm或50 mm。
在本發明的一些實施例中，如圖1和圖4所示，在爐體2徑向的由內之外的方向上，導流管1的底面與液面的間距逐漸減小，且導流管1的底面與液面之間的夾角為β（如圖4所示的β），且滿足：8°≥β≥1°。可以理解的是，矽液的自由液面的溫度，隨著與坩堝4壁的間距的減小，自由液面的溫度逐漸增加，隨著溫度差的增加，馬戈蘭尼也隨之增強，加速了氧由坩堝4內壁向固液界面的運輸，影響了晶棒5的生產品質。在本發明中，通過在爐體2徑向的由內之外的方向上，導流管1的底面與液面的間距逐漸減小，使氬氣在流經導流管1的底面與液面之間的通道時，氬氣的流速逐漸增強，從而降低靠近坩堝4壁處的溫度，進而減弱熱對流和氧運輸。
在本發明的一些實施例中，如圖4所示，液面與坩堝4的內周壁形成為第一弧形面41，導流管1的底壁與導流管1的外周壁的連接處形成為與第一弧形面41平行設置的第二弧形面15。可以理解的是，通過在導流管1的底壁與導流管1的外周壁的連接處設置與第一弧形面41平行的第二弧形面15，可以降低氬氣流動的阻力，從而可以提升氬氣的流動速度，進而減弱熱對流和氧運輸。
在本發明的一些實施例中，如圖1所示，液面與晶棒5的外周壁形成為第三弧形面42，導流管1的底壁與導流管1的內周壁的連接處形成為與第三弧形面42平行設置的第四弧形面16。可以理解的是，通過在導流管1的底壁與導流管1的內周壁的連接處設置與第三弧形面42平行的第四弧形面16，可以降低氬氣流動的阻力，從而可以提升氬氣的流動速度，進而可以帶走更多的氧。
下面參考附圖描述根據本發明實施例的單晶爐100。
如圖1所示，根據本發明實施例的單晶爐100，包括：爐體2、坩堝4、水冷套3和導流管1，坩堝4設在爐體2內，坩堝4具有盛放空間，盛放空間內形成有晶棒5，導流管1和水冷套3均設在爐體2內，且水冷套3位於導流管1的上側。
根據本發明實施例的單晶爐100，通過設置第二直線段13，晶棒5上的熱量沿著晶棒5的徑向方向入射到第二直線段13上時，由於第二直線段13與豎直方向的夾角大於等於45°，因此這部分熱量在第二直線段13上的入射角也大於等於45°，根據反射角等於入射角的原理，經過第二直線段13反射後的熱量與入射熱量之間的夾角大於等於90°，因此這部分熱量經過反射後可以沿著與晶棒5外壁面平行的方向傳遞，或者朝向背離晶棒5外壁面的方向傳遞，從而可以避免這部分熱量反射回晶棒5。此外，通過設置線段組14，從晶棒5傳遞至線段組14上的熱量，經過線段組14反射後可以朝向水冷套3傳遞，利用水冷套3阻擋熱量反向傳遞至晶棒5上，從而可以加速晶棒5的冷卻，有利於降低晶棒5內的熱應力，從而可以避免晶棒5內部出現孔洞或者差排缺陷，進而可以提升晶棒5的生產品質。
在本發明的一些實施例中，如圖5所示，水冷套3包括：第一連接部31和第二連接部32，第一連接部31環繞晶棒5設置，第一連接部31沿晶棒5的軸向方向延伸，第二連接部32與第一連接部31的鄰近液面的一端連接，且第二連接部32沿晶棒5的徑向方向延伸。可以理解的是，位於晶棒5一側的水冷套3的橫截面形成為倒T型，通過上述設計可以增大水冷套3下邊緣的寬度，使得水冷套3的下邊緣可以遮擋的熱量更多。
在本發明的一些實施例中，如圖5所示，第二連接部32的鄰近液面的一側的表面形成為朝向第一連接部31凹入的第一曲面321。可以理解的是，通過將第二連接部32的底面設置成朝向第一連接部31凹入的曲面，曲面與平面相比具有面積大的優點，由此可以遮擋和吸收更多的反射熱量，從而可以進一步提升晶棒5的散熱效率。
在本發明的一些實施例中，如圖5所示，第二連接部32的鄰近晶棒5的一側的表面形成為朝向背離晶棒5的方向凹入的第二曲面322。可以理解的是，通過將第二連接部32的鄰近晶棒5的一側的表面設置成朝向背離晶棒5的方向凹入的曲面，曲面與平面相比具有面積大的優點，由此可以晶棒5輻射到第二曲面322上的熱量可以更多，利用水冷套3吸收的熱量也可以更多，從而可以進一步提升晶棒5的散熱效率。具體地，在本發明的另一個示例中，第二連接部32的背離晶棒5的一側的表面形成為朝向晶棒5凹入的第三曲面323。當然本發明不限於此，第二連接部32的背離晶棒5的一側的表面也可以為平面。
下面參考附圖描述根據本發明實施例的導流管1的加工方法。
根據本發明實施例的導流管1的加工方法，導流管1為上述用於單晶爐100的導流管1，其中，線段組14包含多個依次連接且傾斜角度不同的直線段一141至直線段N，將水冷套3的徑向方向的外邊緣定義D，將水冷套3的徑向方向的內邊緣定義E，導流管1的加工方法包括：加工第一直線段11；加工第二直線段13，第二直線段13的起點為第一直線段11的上端點，第二直線段13的終點為A1點，A1點與水冷套3的D點在晶棒5的徑向方向上平齊；
加工直線段一141，直線段一141的起點為A1，直線段一141的終點為B1，A1點在晶棒5上的正投影為C1點，加工直線段一141的步驟包括：以A1點為起點，作與∠EA1C1的角平分線垂直且傾斜向上的第一參考線；平移EA1至D點的位置處並與第一參考線形成交點B1，A1B1即為直線段一141；
加工直線段二142，直線段二142的起點為A2，A2點與直線段一141的B1點重合，直線段二142的終點為B2，A2點在晶棒5上的正投影為C2點，加工直線段二142的步驟包括：以A2點為起點，作與∠EA2C2的角平分線垂直且傾斜向上的第二參考線；平移EA2至D點的位置處並與第二參考線形成交點B2，A2B2即為直線段二142；
加工直線段三143，直線段三143的起點為A3，A3點與直線段二142的B2點重合，直線段三143的終點為B3，A3點在晶棒5上的正投影為C3點，加工直線段三143的步驟包括：以A3點為起點，作與∠EA3C3的角平分線垂直且傾斜向上的第三參考線；平移EA3至D點的位置處並與第三參考線形成交點B3，A3B3即為直線段三；
以此類推，最後加工直線段N，直線段N的起點為An，直線段N的終點為Bn，An點在晶棒上的正投影為Cn點，加工直線段N的步驟包括：以An點為起點，作與∠EAnCn的角平分線垂直且傾斜向上的第N參考線；平移EAn至D點的位置處並與第N參考線形成交點Bn，AnBn即為直線段N，其中N滿足：N＞3。
例如，在本發明的一個具體的實施例中，導流管1的加工方法包括：
第一步：加工第一直線段11，第一直線段11沿豎直方向延伸，且第一直線段11的鄰近坩堝4液面的一端與液面間隔開；
第二步：加工第二直線段13，第二直線段13的起點為第一直線段11的上端點，第二直線段13的終點為A1點，A1點與水冷套3的D點在晶棒5的徑向方向上平齊，其中第二直線段13沿著傾斜角度為45°的方向傾斜向外延伸；
第三步：加工直線段一141，直線段一141的起點為A1，終點為B1，A1點在晶棒5上的正投影為C1點。具體地，首先找到∠EA1C1的角平分線，以A1點為起點，作一個與∠EA1C1的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA1至D點的位置處並與上述壁面形成交點B1，A1B1即為直線段一141；
第四步：加工直線段二142，直線段二142的起點為A2，A2點與直線段一141中的B1點重合，直線段二142的終點為B2，A2點在晶棒5上的正投影為C2點。具體地，首先找到∠EA2C2的角平分線，以A2點為起點，作一個與∠EA2C2的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA2至D點的位置處並與上述壁面形成交點B2，A2B2即為直線段二142；
第五步：加工直線段三143，直線段三143的起點為A3，A3點與直線段二142中的B2點重合，直線段三143的終點為B3，A3點在晶棒5上的正投影為C3點。具體地，首先找到∠EA3C3的角平分線，以A3點為起點，作一個與∠EA3C3的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA3至D點的位置處並與上述壁面形成交點B3，A3B3即為直線段三143；
第六步：加工直線段四144，直線段四144的起點為A4，A4點與直線段三143中的B3點重合，直線段四144的終點為B4，A4點在晶棒5上的正投影為C4點。具體地，首先找到∠EA4C4的角平分線，以A4點為起點，作一個與∠EA4C4的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA4至D點的位置處並與上述壁面形成交點B4，A4B4即為直線段四144；
第七步：加工直線段五145，直線段五145的起點為A5，A5點與直線段四144中的B4點重合，直線段五145的終點為B5，A5點在晶棒5上的正投影為C5點。具體地，首先找到∠EA5C5的角平分線，以A5點為起點，作一個與∠EA5C5的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA5至D點的位置處並與上述壁面形成交點B5，A5B5即為直線段五145；
第八步：加工直線段六，直線段六的起點為A6，A6點與直線段五145中的B5點重合，直線段六的終點為B6，A6點在晶棒5上的正投影為C6點。具體地，首先找到∠EA6C6的角平分線，以A6點為起點，作一個與∠EA6C6的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA6至D點的位置處並與上述壁面形成交點B6，A6B6即為直線段六。
依次類推，假設線段組14包括24條直線段，則直線段二十四的加工步驟為：
直線段二十四的起點為A24，A24點與直線段二十三中的B23點重合，直線段二十四的終點為B24，A24點在晶棒5上的正投影為C24點。具體地，首先找到∠EA24C24的角平分線，以A24點為起點，作一個與∠EA24C24的角平分線垂直且傾斜向上的壁面；平移EA24至D點的位置處並與上述壁面形成交點B24，A24B24即為直線段二十四。
根據本發明實施例的導流管1的加工方法，通過設置第二直線段13，晶棒5上的熱量沿著晶棒5的徑向方向入射到第二直線段13上時，由於第二直線段13與豎直方向的夾角大於等於45°，因此這部分熱量在第二直線段13上的入射角也大於等於45°，根據反射角等於入射角的原理，經過第二直線段13反射後的熱量與入射熱量之間的夾角大於等於90°，因此這部分熱量經過反射後可以沿著與晶棒5外壁面平行的方向傳遞，或者朝向背離晶棒5外壁面的方向傳遞，從而可以避免這部分熱量反射回晶棒5。此外，通過設置線段組14，從晶棒5傳遞至線段組14上的熱量，經過線段組14反射後可以朝向水冷套3傳遞，利用水冷套3阻擋熱量反向傳遞至晶棒5上，從而可以加速晶棒5的冷卻，有利於降低晶棒5內的熱應力，從而可以避免晶棒5內部出現孔洞或者差排缺陷，進而可以提升晶棒5的生產品質。
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於所屬領域具通常知識者而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，所屬領域具通常知識者可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，所屬領域具通常知識者可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由申請專利範圍及其等同物限定。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1:導流管
2:爐體
3:水冷套
4:坩堝
5:晶棒
11:第一直線段
13:第二直線段
14:線段組
15:第二弧形面
16:第四弧形面
31:第一連接部
32:第二連接部
41:第一弧形面
42:第三弧形面
100:單晶爐
141:直線段一
142:直線段二
143:直線段三
144:直線段四
145:直線段五
321:第一曲面
322:第二曲面
323:第三曲面
A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3、B4、B5、C1、C2、C3、C4、C5、C6:點
D:外邊緣
E:內邊緣
L:間距
M:處
圖1是根據本發明實施例的單晶爐的結構示意圖；
圖2是根據本發明實施例的單晶爐的局部結構示意圖；
圖3是圖1中M處的放大圖；
圖4是根據本發明實施例的單晶爐的局部結構示意圖；
圖5是根據本發明實施例的單晶爐的局部結構示意圖。
3:水冷套
5:晶棒
13:第二直線段
14:線段組
141:直線段一
142:直線段二
143:直線段三
144:直線段四
145:直線段五
D:外邊緣
E:內邊緣
M:處
Claims (10)
- 一種用於單晶爐的導流管，所述單晶爐包括：爐體、水冷套、坩堝和導流管，所述導流管、所述水冷套和所述坩堝均設在所述爐體內，所述坩堝內形成有晶棒，所述導流管和所述水冷套均環繞所述晶棒設置，且所述水冷套位於所述導流管的上側，將所述晶棒的軸截面所在的平面定義為參考面，所述導流管經過所述參考面剖切後形成剖切面，所述剖切面的位於所述晶棒其中一側的內輪廓線包括： 第一直線段，所述第一直線段沿豎直方向延伸，且所述第一直線段的鄰近所述坩堝液面的一端與所述液面間隔開； 第二直線段，所述第二直線段的一端與所述第一直線段的背離所述坩堝的一端連接，所述第二直線段的另一端朝向背離所述晶棒的方向傾斜向上延伸，所述第二直線段與豎直方向之間的夾角為α，且滿足：α≥45°； 線段組，所述線段組包含多個依次連接且傾斜角度不同的直線段，所述線段組的一端與所述第二直線段的另一端連接，所述線段組的另一端朝向背離所述晶棒的方向傾斜向上延伸，所述線段組用於將從所述晶棒傳遞至所述線段組上的熱量朝向所述水冷套傳遞，利用所述水冷套阻擋所述熱量反向傳遞至所述晶棒上。
- 根據請求項1所述之用於單晶爐的導流管，其中在所述晶棒的徑向方向上，所述第二直線段的背離所述晶棒的一端與所述水冷套的外邊緣平齊或者位於所述水冷套的所述外邊緣的外側；或者，所述α滿足：50°≥α≥45°。
- 根據請求項2所述之用於單晶爐的導流管，其中將所述線段組的所述直線段的兩端分別定義為A端和B端，將所述A端在所述晶棒上的正投影定義為C，將所述水冷套的徑向方向的所述外邊緣定義D，將所述水冷套的所述徑向方向的內邊緣定義E，且滿足：線段AB與∠EAC的角平分線垂直，且線段AE與線段BD平行設置，其中，所述A端為所述直線段的鄰近所述晶棒的一端；或者，所述線段組包含的所述直線段的數量為X，且滿足：30 ≥ X ≥ 10。
- 根據請求項1所述之用於單晶爐的導流管，其中在所述晶棒的軸向方向上，所述第一直線段的鄰近所述液面的一端與所述液面的間距為L，且滿足：50 mm≥ L ≥20 mm。
- 根據請求項1所述之用於單晶爐的導流管，其中在所述爐體的徑向的由內之外的方向上，所述導流管的底面與所述液面的間距逐漸減小，且所述導流管的底面與所述液面之間的夾角為β，且滿足：8°≥β≥1°。
- 根據請求項1所述之用於單晶爐的導流管，其中所述液面與所述坩堝的內周壁形成為第一弧形面，所述導流管的底壁與所述導流管的外周壁的連接處形成為與所述第一弧形面平行設置的第二弧形面；或者，所述液面與所述晶棒的外周壁形成為第三弧形面，所述導流管的所述底壁與所述導流管的內周壁的連接處形成為與所述第三弧形面平行設置的第四弧形面。
- 一種單晶爐，包括： 爐體； 坩堝，所述坩堝設在所述爐體內，所述坩堝具有盛放空間，所述盛放空間內形成有晶棒； 水冷套和根據請求項1-6中任一項所述之用於單晶爐的導流管，所述用於單晶爐的導流管和所述水冷套均設在所述爐體內，且所述水冷套位於所述用於單晶爐的導流管的上側。
- 根據請求項7所述之單晶爐，其中所述水冷套包括： 第一連接部，所述第一連接部環繞所述晶棒設置，所述第一連接部沿所述晶棒的軸向方向延伸； 第二連接部，所述第二連接部與所述第一連接部的鄰近所述液面的一端連接，且所述第二連接部沿所述晶棒的徑向方向延伸。
- 根據請求項8所述之單晶爐，其中所述第二連接部的鄰近所述液面的一側的表面形成為朝向所述第一連接部凹入的第一曲面；或者，所述第二連接部的鄰近所述晶棒的一側的表面形成為朝向背離所述晶棒的方向凹入的第二曲面。
- 一種導流管的加工方法，所述導流管為根據請求項1-6中任一項所述之用於單晶爐的導流管，其中，所述線段組包含多個依次連接且傾斜角度不同的直線段一至直線段N，將所述水冷套的徑向方向的外邊緣定義D，將所述水冷套的徑向方向的內邊緣定義E，所述導流管的加工方法包括： 加工所述第一直線段； 加工所述第二直線段，所述第二直線段的起點為所述第一直線段的上端點，所述第二直線段的終點為A1點，所述A1點與所述水冷套的D點在所述晶棒的徑向方向上平齊； 加工所述直線段一，所述直線段一的起點為A1，所述直線段一的終點為B1，所述A1點在所述晶棒上的正投影為C1點，所述加工所述直線段一的步驟包括： 以所述A1點為起點，作與∠EA1C1的角平分線垂直且傾斜向上的第一參考線； 平移EA1至所述D點的位置處並與所述第一參考線形成交點B1，A1B1即為所述直線段一； 加工所述直線段二，所述直線段二的起點為A2，所述A2點與所述直線段一的所述B1點重合，所述直線段二的終點為B2，所述A2點在所述晶棒上的正投影為C2點，所述加工所述直線段二的步驟包括： 以所述A2點為起點，作與∠EA2C2的角平分線垂直且傾斜向上的第二參考線； 平移EA2至所述D點的位置處並與所述第二參考線形成交點B2，A2B2即為所述直線段二； 加工所述直線段三，所述直線段三的起點為A3，所述A3點與所述直線段二的所述B2點重合，所述直線段三的終點為B3，所述A3點在所述晶棒上的正投影為C3點，所述加工所述直線段三的步驟包括： 以所述A3點為起點，作與∠EA3C3的角平分線垂直且傾斜向上的第三參考線； 平移EA3至所述D點的位置處並與所述第三參考線形成交點B3，A3B3即為所述直線段三； 以此類推， 最後加工所述直線段N，所述直線段N的起點為An，所述直線段N的終點為Bn，所述An點在所述晶棒上的正投影為Cn點，所述加工所述直線段N的步驟包括： 以所述An點為起點，作與∠EAnCn的角平分線垂直且傾斜向上的第N參考線； 平移EAn至所述D點的位置處並與所述第N參考線形成交點Bn，AnBn即為所述直線段N，其中所述N滿足：N＞3。
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