TWI836869B - 冷卻裝置及其控制方法、晶體生長設備 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種冷卻裝置及其控制方法、晶體生長設備。冷卻裝置用於晶體生長設備，且用於對晶體進行冷卻，晶體的頂部具有晶冠，冷卻裝置包括第一冷卻套和第二冷卻套，第一冷卻套適於與晶體生長設備的拉晶機構固定相連且罩設於晶冠上側，第一冷卻套的內壁面和晶體的表面間隔開，第二冷卻套形成為筒狀結構，且適於固設於晶體生長設備的爐體內，在冷卻裝置的橫截面上，第二冷卻套的正投影套設於第一冷卻套的正投影外，第二冷卻套用於在晶體的生長過程中對晶體的不同部分進行冷卻，第一冷卻套的軸向長度小於第二冷卻套的軸向長度。根據本發明的冷卻裝置，有效保證晶體整個生長過程中的冷卻需求，尤其是保證了晶體生長初期對晶冠的冷卻需求。

Description

冷卻裝置及其控制方法、晶體生長設備

本發明涉及晶體生產設備技術領域，尤其是涉及一種冷卻裝置及其控制方法、晶體生長設備。

晶體生長設備比如單晶爐中，通常設置冷卻裝置以用於對晶體進行冷卻。然而，相關技術中，冷卻裝置在長晶初期，冷卻裝置與固液界面相距較遠，使得冷卻裝置對於晶體生長初期的冷卻效果欠佳，尤其是對晶體的晶徑或晶冠的冷卻效果無法滿足需求。

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種冷卻裝置，所述冷卻裝置有效保證晶體整個生長過程中的冷卻需求，尤其是保證了晶體生長初期對晶冠的冷卻需求。

本發明還提出一種具有上述冷卻裝置的晶體生長設備。

本發明還提出一種冷卻裝置的控制方法。

根據本發明第一方面實施例的冷卻裝置，所述冷卻裝置用於晶體生長設備，且用於對晶體進行冷卻，所述晶體的頂部具有晶冠，所述冷卻裝置包括：第一冷卻套，所述第一冷卻套適於與所述晶體生長設備的拉晶機構固定相連且罩設於所述晶冠上側，在晶體生長過程中所述第一冷卻套隨所述拉晶機構的提升而上升，且所述第一冷卻套的內壁面和所述晶體的表面間隔開，所述第一冷卻套限定出至少一個第一冷卻通道；第二冷卻套，所述第二冷卻套形成為筒狀結構，且適於固設於所述晶體生長設備的爐體內，在所述冷卻裝置的橫截面上，所述第二冷卻套的正投影套設於所述第一冷卻套的正投影外，所述第二冷卻套限定出第二冷卻通道，且用於在所述晶體的生長過程中對所述晶體的不同部分進行冷卻，所述第一冷卻套的軸向長度小於所述第二冷卻套的軸向長度。

根據本發明實施例的冷卻裝置，通過設置冷卻裝置包括第一冷卻套和第二冷卻套，並使得第一冷卻套適於罩設於晶冠上側以對晶冠進行冷卻、第二冷卻套用於在晶體生長過程中對晶體的不同部分進行冷卻，從而有效保證晶體整個生長過程中的冷卻需求，尤其是保證了晶體生長初期對晶冠的冷卻需求。

在一些實施例中，所述第一冷卻套形成有第一通孔，所述拉晶機構適於穿設於所述第一通孔。

在一些實施例中，所述第一冷卻套的頂部形成有多個第二通孔，多個所述第二通孔沿所述冷卻裝置的周向間隔設置，使保護氣通過所述第二通孔流入所述冷卻裝置和所述晶體之間。

在一些實施例中，所述第一冷卻套包括：第一冷卻部，所述第一冷卻部形成為筒狀結構，且限定出所述第一冷卻通道；第二冷卻部，所述第二冷卻部蓋設於所述第一冷卻部的上端，且與所述拉晶機構固定相連，所述第二冷卻部限定出所述第一冷卻通道，且所述第二冷卻部的所述第一冷卻通道與所述第一冷卻部的所述第一冷卻通道獨立設置。

在一些實施例中，所述第二冷卻部的內壁面形狀與所述晶冠表面形狀一致。

在一些實施例中，在所述冷卻裝置的縱截面上，所述第一冷卻部的外周壁與所述第二冷卻套的內周壁中的至少一個形成為曲線段。

在一些實施例中，所述第二冷卻套適於固設於所述晶體生長設備的爐體內。

在一些實施例中，所述第二冷卻套的外周壁設有散熱結構。

在一些實施例中，所述散熱結構包括多組沿所述第二冷卻套的軸向依次布置的散熱組，至少相鄰兩組所述散熱組中，位於下側的所述散熱組在所述第二冷卻套軸向上單位長度的散熱面積大於位於上側的所述散熱組在所述第二冷卻套軸向上單位長度的散熱面積。

在一些實施例中，所述散熱結構包括：至少一組翅片組，每組所述翅片組包括多個散熱翅片，所述翅片組的多個所述散熱翅片沿所述第二冷卻套的軸向和/或周向間隔設置。

根據本發明第二方面實施例的晶體生長設備，包括爐體和根據本發明上述第一方面實施例的冷卻裝置，所述冷卻裝置設於所述爐體內且用於對所述晶體進行冷卻。

根據本發明實施例的晶體生長設備，通過採用上述的冷卻裝置，便於保證晶體整個生長過程中的冷卻需求，尤其是晶體生長初期的冷卻需求。

根據本發明第三方面實施例的冷卻裝置的控制方法，所述冷卻裝置為根據本發明上述第一方面實施例的冷卻裝置，所述控制方法包括以下步驟：步驟S1：在引晶階段，調節所述第一冷卻通道內介質的流量，以使晶體的第一預設位置的溫度處於引晶溫度範圍內，並調節所述第二冷卻通道內介質的流量，以使所述第一冷卻通道的出口溫度位於預設溫度範圍內。

根據本發明實施例的冷卻裝置的控制方法，便於有效保證晶體生長初期的冷卻需求，尤其保證了引晶階段的冷卻需求。

在一些實施例中，所述第一冷卻套包括第一冷卻部和第二冷卻部，所述第一冷卻部形成為筒狀結構，且限定出所述第一冷卻通道，所述第二冷卻部蓋設於所述第一冷卻部的上端，且與所述拉晶機構固定相連，所述第二冷卻部限定出所述第一冷卻通道，且所述第二冷卻部的所述第一冷卻通道與所述第一冷卻部的所述第一冷卻通道獨立設置。

在一些實施例中，在步驟S1中，所述第一冷卻部的介質的流量與所述第二冷卻部的介質的流量相等。

在一些實施例中，控制方法還包括：步驟S2：在縮頸階段和放轉肩階段，根據第二預設位置的溫度和所述晶冠的生長程度調節所述第二冷卻部的所述第一冷卻通道內介質的流量；步驟S3：在等徑初始階段，所述第二冷卻部的所述第一冷卻通道內的介質流量增大至流量最大值，根據所述第二預設位置的溫度和所述晶體的生長狀態調節所述第一冷卻部的所述第一冷卻通道內介質的流量，根據所述第一冷卻通道的出口溫度調節所述第二冷卻通道內介質的流量；步驟S4：在等徑中間階段，所述第二冷卻部的所述第一冷卻通道內的介質流量保持在所述流量最大值，所述第一冷卻部的所述第一冷卻通道內的介質流量與所述等徑初始階段結束時所述第一冷卻部的所述第一冷卻通道內的介質流量相等，根據所述第二預設位置的溫度和所述晶體的生長狀態調節所述第二冷卻通道內介質的流量；步驟S5：在等徑結尾階段，根據所述第一冷卻通道的出口溫度調節所述第一冷卻通道內介質的流量，根據所述第二預設位置的溫度和所述晶體的生長狀態調節所述第二冷卻通道內介質的流量；步驟S6：在收尾階段，根據所述第一冷卻通道的出口溫度調節所述第一冷卻通道內介質的流量。

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。

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，僅用於解釋本發明，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位和/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，但是本領域普通技術人員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冷卻裝置1。

如圖1所示，冷卻裝置1用於晶體生長設備100，且冷卻裝置1用於對晶體101進行冷卻，則冷卻裝置1可以影響晶體生長設備100內的熱場分佈，影響晶體生長設備100內熔體的固液界面101b處的溫度梯度，從而影響晶體101的直徑和晶體101生長品質。

如圖1-圖3所示，晶體101的頂部具有晶冠101a，冷卻裝置1包括第一冷卻套11，第一冷卻套11適於與晶體生長設備100的拉晶機構4固定相連，且第一冷卻套11適於罩設於晶冠101a上側，在晶體101生長過程中，拉晶機構4可以控制籽晶的上升速度，以在籽晶的基礎上拉製出晶體101，則在晶體101生長過程中，第一冷卻套11可以在拉晶機構4的帶動下跟隨籽晶向上移動，即第一冷卻套11隨拉晶機構4的提升而上升，以使在晶體101生長過程中，第一冷卻套11可以始終罩設於晶冠101a，從而第一冷卻套11可以在晶體101生長過程中對晶冠101a進行冷卻，減小晶冠101a與冷卻裝置1的熱輻射角係數，增加有效熱輻射面積，進而加強晶冠101a的散熱。

其中，第一冷卻套11限定出至少一個第一冷卻通道，第一冷卻通道內可以設有冷卻介質，以吸收晶冠101a的熱量，降低晶冠101a的溫度。

顯然，在長晶初期，第一冷卻套11位於固液界面101b的上方，且第一冷卻套11與固液界面101b相距較近，比如第一冷卻套11與拉晶機構4的下端固定相連，以便於實現晶體101在長晶初期的冷卻，有利於提升晶體101的完美晶體率，而且隨著晶體101的生長，晶冠101a逐漸成型，且晶冠101a逐漸向上移動，第一冷卻套11隨之向上移動，以在後續長晶過程中實現對晶冠101a的冷卻。

可以理解的是，當第一冷卻套11限定出多個第一冷卻通道時，多個第一冷卻通道之間可以串聯和/或並聯設置。需要說明的是，在本申請的描述中，“和/或”的含義為，包括三個並列的方案，以“A和/或B”為例，包括A方案，或B方案，或A和B同時滿足的方案。

如圖1-圖3所示，冷卻裝置1還包括第二冷卻套12，第二冷卻套12形成為筒狀結構，在冷卻裝置1的橫截面上，第二冷卻套12的正投影套設於第一冷卻套11的正投影外，則在晶體101的生長過程中，第二冷卻套12適於套設於晶體101外；第二冷卻套12用於在晶體101的生長過程中對晶體101的不同部分進行冷卻，則在晶體101的生長過程中，第二冷卻套12與晶體101在晶體101的軸向上可以相對運動，使得第二冷卻套12可以與晶體101的不同部分相對。

其中，第二冷卻套12適於固設於晶體生長設備100的爐體2內，有利於簡化第二冷卻套12的安裝；晶體101生長過程中，晶體101在拉晶機構4的提拉下逐漸增長並向上移動，從而實現晶體101與第二冷卻套12的相對移動，確保第二冷卻套12對晶體101的不同部分進行冷卻。

冷卻裝置1的橫截面與冷卻裝置1的中心軸線垂直；第二冷卻套12限定出第二冷卻通道，第二冷卻通道內可以設有冷卻介質，以吸收晶體101的熱量，降低晶體101的溫度。

其中，在圖1的示例中，第一冷卻套11的軸向長度小於第二冷卻套12的軸向長度，第一冷卻套11主要用於對晶冠101a進行冷卻，則可以適當減小第一冷卻套11的軸向長度，以在滿足晶冠101a散熱需求的前提下，節省第一冷卻套11的用材量，降低第一冷卻套11的用材成本以及加工成本，而第二冷卻套12主要用於對晶體101的不同部分進行冷卻，則將第二冷卻套12的軸向長度設置相對較長，有利於提升第二冷卻套12的散熱能力，從而提升第二冷卻套12的散熱效率，以更好地滿足晶體101散熱需求。

可以理解的是，第二冷卻套12在冷卻裝置1的軸向上的具體位置可以根據實際需求具體設置，比如在圖1的示例中，冷卻裝置1的中心軸線豎直延伸，第二冷卻套12的高度位置可以根據實際需求具體設置。

可見，在晶體101生長過程中，第二冷卻套12可以始終套設於第一冷卻套11外，此時無論第一冷卻套11和第二冷卻套12如何相對運動，第一冷卻套11均位於第二冷卻套12內；或者在某些時間段內，第二冷卻套12套設於第一冷卻套11外，而在另一些時間段內，第一冷卻套11的至少部分伸出第二冷卻套12外。

由此，在長晶過程中，第一冷卻套11和第二冷卻套12可以在冷卻裝置1的軸向上發生相對移動，以便於冷卻裝置1更好地滿足晶體101的實際散熱需求，且第一冷卻套11和第二冷卻套12在相對移動時不會發生干涉。

根據本發明實施例的冷卻裝置1，通過設置冷卻裝置1包括第一冷卻套11和第二冷卻套12，並使得第一冷卻套11適於罩設於晶冠101a上側以對晶冠101a進行冷卻、第二冷卻套12用於在晶體101生長過程中對晶體101的不同部分進行冷卻，從而有效保證晶體101整個生長過程中的冷卻需求，尤其是保證了晶體101生長初期對晶冠101a的冷卻需求。

相對於一些技術方案中，為保證長晶初期、晶體101的冷卻效率，將冷卻裝置1的軸向長度設置得較長，以使冷卻裝置1的下端與固液界面101b之間的距離較小；本申請中通過設置第一冷卻套11與拉晶機構4固定相連且罩設於晶冠101a上側，使得第一冷卻套11在拉晶過程中跟隨拉晶機構4向上移動，以便於實現在長晶初期晶體101（或稱晶冠101a）的散熱、實現長晶過程中晶冠101a的散熱，無需將冷卻裝置1設置得較長，有利於節省冷卻裝置1在晶體生長設備100內的佔用空間，同時有利於簡化冷卻裝置1的結構。

可選地，第一冷卻通道內具有冷卻液（例如水等）和/或冷卻氣體，第二冷卻通道內具有冷卻液和/或冷卻氣體。例如，第一冷卻通道內具有冷卻液和冷卻氣體，此時第一冷卻通道可以包括相互隔離設置的第一子通道和第二子通道，第一子通道形成為氣流通道，第二子通道形成為冷卻液通道，氣流通道可以具有出氣口，出氣口適於朝向晶體101吹送冷卻氣體，冷卻液通道與氣流通道之間存在熱交換，比如冷卻液通道可以用於對氣流通道進行冷卻。

可以理解的是，第一冷卻通道和第二冷卻通道的具體形狀可以根據實際需求具體設置，比如第一冷卻通道和第二冷卻通道中的至少一個可以沿冷卻裝置1的軸向螺旋延伸。

在一些實施例中，如圖1和圖2所示，第一冷卻套11形成有第一通孔11a，拉晶機構4適於穿設於第一通孔11a，則拉晶機構4的下端可以穿過第一通孔11a以與籽晶固定連接，可見第一通孔11a可以實現對拉晶機構4的避讓，則無需在第一冷卻套11上設置連接結構以將拉晶機構4和籽晶相連，有利於簡化第一冷卻套11的結構。

在一些實施例中，如圖2所示，第一冷卻套11的頂部形成有多個第二通孔11b，多個第二通孔11b沿冷卻裝置1的周向間隔設置，以使晶體生長設備100內的保護氣通過第二通孔11b流入冷卻裝置1和晶體101之間；則當冷卻裝置1用於晶體生長設備100中時，為了保證晶體生長設備100內的氛圍，通常需要向晶體生長設備100中通入保護氣（比如惰性氣體），保護氣可以通過第二通孔11b流至冷卻裝置1和晶體101之間，以便於保證晶體101周圍的氛圍，保證晶體101周圍流場較為穩定，避免保護氣因第一冷卻套11的影響而使得流場發生較大變化，便於保證固液界面處的溫度梯度較為穩定、且溫度梯度變化較為均勻，保證固液界面的形狀較為穩定，以有效控制晶體微缺陷的分佈，同時保護氣的流動可以及時帶走晶體101和冷卻裝置1的一部分熱量，有利於提升對晶體101的冷卻效果。

可以理解的是，第二通孔11b的數量以及形狀可以根據實際需求具體設置。

在本申請的描述中，冷卻裝置1的周向為繞冷卻裝置1的中心軸線的方向，且冷卻裝置1的周向與冷卻裝置1的軸向垂直。

可選地，在圖1和圖2的示例中，第一冷卻套11的中心軸線與晶體101的中心軸線重合、或者第一冷卻套11的中心軸線與晶體101的中心軸線間距較小，在第一冷卻套11的橫截面上，第二通孔11b的正投影與晶體101的中心軸線之間的距離小於晶體101的直徑。

在一些實施例中，如圖1和圖2所示，第一冷卻套11形成有第一通孔11a和多個第二通孔11b，多個第二通孔11b位於第一通孔11a的徑向外側，且多個第二通孔11b沿第一通孔11a的周向間隔設置，拉晶機構4適於穿設於第一通孔11a，晶體生長設備100內的保護氣適於通過第二通孔11b流至第一冷卻套11和晶體101之間。

在一些實施例中，如圖1和圖2所示，第一冷卻套11包括第一冷卻部111和第二冷卻部112，第一冷卻部111形成為筒狀結構，且第一冷卻部111限定出第一冷卻通道，第二冷卻部112蓋設於第一冷卻部111的上端，且第二冷卻部112與拉晶機構4固定相連，第二冷卻部112限定出第一冷卻通道。由此，第一冷卻套11結構簡單，便於實現對晶冠101a的良好、全面冷卻。

其中，第二冷卻部112的第一冷卻通道與第一冷卻部111的第一冷卻通道獨立設置，則第二冷卻部112的第一冷卻通道內介質的流動與第一冷卻部111的第一冷卻通道內介質的流動互不影響，便於實現第二冷卻部112的第一冷卻通道與第一冷卻部111的第一冷卻通道分別調控，實現第一冷卻套11的冷卻能力的靈活調控，從而更好地適應於不同長晶階段的冷卻需求。

例如，第二冷卻部112的第一冷卻通道具有第一進口和第一出口，第一冷卻部111的第一冷卻通道具有第二進口和第二出口，第一進口和第二進口間隔、且獨立設置，第一出口和第二出口間隔、且獨立設置。

需要說明的是，在本申請的描述中，“筒狀結構”的橫截面可以包括但不限於圓環形、橢圓環形、多邊形環等等。

在一些實施例中，如圖1-圖3所示，在冷卻裝置1的縱截面上，第一冷卻部111的外周壁與第二冷卻套12的內周壁中的至少一個形成為曲線段，則包括以下多種方案：1、在冷卻裝置1的縱截面上，第一冷卻部111的外周壁形成為曲線段；2、在冷卻裝置1的縱截面上，第二冷卻套12的內周壁形成為曲線段；3、在冷卻裝置1的縱截面上，第一冷卻部111的外周壁與第二冷卻套12的內周壁分別形成為曲線段。由此，可以進一步增大第一冷卻部111和第二冷卻套12中的至少一個的冷卻面積，從而進一步提升第一冷卻套11和第二冷卻套12中的至少一個的冷卻能力。

其中，冷卻裝置1的縱截面為經過冷卻裝置1的中心軸線的平面。

例如，在圖4的示例中，在冷卻裝置1的縱截面上，第一冷卻部111的外周壁形成為第一曲線段110，第一曲線段110包括多個第一凸部110a和多個第一凹部110b，多個第一凸部110a和多個第一凹部110b沿第一冷卻部111的軸向交替設置，以使相鄰兩個第一凸部110a之間設有一個第一凹部110b、相鄰兩個第一凹部110b之間設有一個第一凸部110a，第二冷卻套12的內周壁形成為第二曲線段120，第二曲線段120包括多個第二凸部120a和多個第二凹部120b，多個第二凸部120a和多個第二凹部120b沿第二冷卻套12的軸向交替設置，以使相鄰兩個第二凸部120a之間設有一個第二凹部120b、相鄰兩個第二凹部120b之間設有一個第二凸部120a；可見，在冷卻裝置1的縱截面上，第一冷卻部111的外周壁和第二冷卻套12的內周壁均大致形成為波浪形線段。

當第二冷卻套12固設於晶體生長設備100的爐體2內時，則在晶體101生長過程中，第一冷卻套11相對於第二冷卻套12向上移動，第一曲線段110和第二曲線段120均形成為波浪形線段，可以在保證第二冷卻套12不影響第一冷卻套11的移動的前提下，有效利用第一冷卻套11和第二冷卻套12之間的空間，以提升第一冷卻套11和第二冷卻套12的冷卻能力。

其中，晶體生長過程中，第一冷卻部111和第二冷卻套12的相對位置存在以下情況：第一凸部110a與第二凹部120b徑向相對、且第一凹部110b與第二凸部120a徑向相對，此時第一冷卻部111的外周壁與第二冷卻套12的內周壁之間的徑向距離分佈較為均衡，有利於縮短整個第一冷卻部111和第二冷卻套12之間的傳熱路徑；比如第一曲線段110的形狀與第二曲線段120的形狀相吻合，則在上述情況下，第一冷卻部111的外周壁與第二冷卻套12的內周壁之間任意位置處的徑向距離均基本相等，有效縮短了整個第一冷卻部111和第二冷卻套12之間的傳熱路徑，以使第二冷卻套12快速帶走第一冷卻部111的熱量，以進一步保證對晶冠101a的冷卻效果。

在一些實施例中，如圖1和圖2所示，第二冷卻部112的內壁面形狀與晶冠101a表面形狀一致，以便於第二冷卻部112對晶冠101a進行較為均衡的冷卻，有利於使得晶冠101a表面的溫度分別較為均衡，使得晶冠101a表面的溫度降低速率保持基本一致。

例如，在圖1和圖2的示例中，第一冷卻套11大致形成為鐘罩型結構。

在一些實施例中，如圖1、圖3和圖5所示，第二冷卻套12的外周壁設有散熱結構13，散熱結構13可以將第二冷卻通道內的冷卻介質吸收的熱量快速散發出去，有利於提升第二冷卻套12對晶體101的冷卻效率，以便於實現第二冷卻套12對晶體101的強化散熱。

可選地，在圖3和圖5的示例中，散熱結構13與第二冷卻套12為一體件。當然，在其他示例中，散熱結構13與第二冷卻套12分別單獨成型，散熱結構13通過固定的手段安裝於第二冷卻套12。

在一些實施例中，如圖5所示，散熱結構13包括多組沿第二冷卻套12的軸向依次布置的散熱組131，至少相鄰兩組散熱組131中，位於下側的散熱組131在第二冷卻套12軸向上單位長度的散熱面積大於位於上側的散熱組131在第二冷卻套12在軸向上單位長度的散熱面積，則位於下側的散熱組131在同等條件下的散熱效率要大於位於上側的散熱組131的散熱效率，而晶體101的下部溫度要比上部溫度高，使得散熱結構13的設置可以與晶體101的溫度分佈、以及晶體101的冷卻需求更加匹配，有利於提升晶體101的冷卻效率。

在一些實施例中，如圖3和圖5所示，散熱結構13包括至少一組翅片組132，每組翅片組132包括多個散熱翅片，翅片組132的多個散熱翅片沿第二冷卻套12的軸向和/或第二冷卻套12的周向間隔設置，則包括以下多種方案：1、翅片組132的多個散熱翅片沿第二冷卻套12的軸向間隔設置，此時多個散熱翅片可以沿第二冷卻套12的周向延伸；2、翅片組132的多個散熱翅片沿第二冷卻套12的周向間隔設置（如圖3和圖5所示），此時多個散熱翅片可以沿第二冷卻套12的軸向延伸；3、翅片組132的多個散熱翅片沿第二冷卻套12的軸向和周向間隔設置。由此，散熱結構13的結構簡單，設置靈活，便於保證良好的散熱效率。

可以理解的是，散熱翅片可以沿直線或曲線延伸，散熱翅片的側壁可以為平面或曲面，散熱翅片的橫截面形狀可以根據實際需求具體設置；例如，散熱翅片的橫截面形狀可以為多邊形（比如三角形、或四邊形等）或其他不規則形狀。

在一些實施例中，如圖5所示，翅片組132為多組，且多組翅片組132沿第二冷卻套12的軸向依次佈置，至少相鄰兩組翅片組132中，位於下側的翅片組132在第二冷卻套12軸向上單位長度的散熱面積大於位於上側的翅片組132在第二冷卻套12軸向上單位長度的散熱面積，則位於下側的翅片組132在同等條件下的散熱效率要優於位於上側的翅片組132的散熱效率，而晶體101的下部溫度要比上部溫度高，使得翅片組132的設置可以與晶體101的溫度分佈、以及晶體101的冷卻需求更加匹配，有利於提升晶體101的冷卻效率。

例如，在圖5的示例中，每組翅片組132的散熱翅片的結構相同，位於下側的翅片組132的多個散熱翅片在第二冷卻套12的周向上的佈置密度大於位於上側的翅片組132的多個散熱翅片在第二冷卻套12的周向上的佈置密度；當然，還可以通過設置多組翅片組132的散熱翅片的結構不同，來實現多組翅片組132在第二冷卻套12軸向上單位長度的散熱面積的不同。

可選地，第一冷卻套11的內側壁、第一冷卻套11的外側壁和第二冷卻套12的內側壁中的至少一個為石墨件，便於防止冷卻介質的洩漏。

根據本發明第二方面實施例的晶體生長設備100，包括爐體2和冷卻裝置1，冷卻裝置1設於爐體2內，且冷卻裝置1用於對晶體101進行冷卻。其中，冷卻裝置1為根據本發明上述第一方面實施例的冷卻裝置1。

例如，如圖1所示，爐體2內設有坩堝3，坩堝3限定出盛放空間，冷卻裝置1位於坩堝3的上方。

根據本發明實施例的晶體生長設備100，通過採用上述的冷卻裝置1，便於保證晶體101整個生長過程中的冷卻需求。

如圖1所示，晶體生長設備100還包括導流筒5，第二冷卻套12位於導流筒5的徑向內側，且在晶體生長設備100的縱截面上，第二冷卻套12的外周壁與導流筒5的內周壁之間相交非零角度，即第二冷卻套12的外周壁與導流筒5的內周壁之間具有大於零的夾角，以使得冷卻裝置1的冷卻能力與晶冠101a的冷卻需求更加匹配。

根據本發明第三方面實施例的冷卻裝置1的控制方法，冷卻裝置1為根據本發明上述第一方面實施例的冷卻裝置1。

如圖6所示，控制方法包括以下步驟：

步驟S1：在引晶階段，調節第一冷卻通道內介質的流量，以使晶體101的第一預設位置的溫度處於引晶溫度範圍內，並調節第二冷卻通道內介質的流量，以使第一冷卻通道的出口溫度位於預設溫度範圍內。

例如，在引晶階段，冷卻裝置1的第一冷卻套11可以用於主導晶體101的散熱，可以即時獲取晶體101的第一預設位置的溫度，以根據獲取結果調節第一冷卻通道內介質的流量，以使第一預設位置的溫度趨於引晶溫度範圍內，便於保證引晶效率和引晶效果，比如第一預設位置的溫度較高，可以適當增加第一冷卻通道內介質的流量，第一預設位置的溫度較低，可以適當減小第一冷卻通道內介質的流量，以最終使得第一預設位置的溫度保持在引晶溫度範圍內；同時可以即時獲取第一冷卻通道的出口溫度，以根據獲取結果調節第二冷卻通道內介質的流量，從而調節第二冷卻套12的冷卻能力，以調節需要第一冷卻套11散發的熱量，進而達到調節第一冷卻通道的出口溫度的目的，使得第一冷卻通道的出口溫度滿足上述要求，比如第一冷卻通道的出口溫度較高，可以適當增大第二冷卻通道內介質的流量，第一冷卻通道的出口溫度較低，可以適當減小第二冷卻通道內介質的流量。

由此，便於使得冷卻裝置1的冷卻能力與引晶階段的散熱需求更加匹配，以更好地保證引晶效果，以便於為晶體101生長打下良好的基礎。

可見，第一冷卻通道具有進口和出口，使得冷卻介質可以在第一冷卻通道內流動，以及時帶走引晶階段需要散發的熱量。

其中，引晶溫度範圍和預設溫度範圍可以根據實際需求具體設置。可以理解的是，在步驟S1中，“調節第一冷卻通道內介質的流量”和“調節第二冷卻通道內介質的流量”的先後順序不固定，可以先調節第一冷卻通道內介質的流量、再調節第二冷卻通道內介質的流量，也可以先調節第二冷卻通道內介質的流量、再調節第一冷卻通道內介質的流量，還可以同時調節第一冷卻通道內介質的流量和第二冷卻通道內介質的流量。

可選地，第一冷卻通道內的介質可以保持均速流動。

根據本發明實施例的冷卻裝置1的控制方法，便於有效保證晶體101生長初期的冷卻需求，尤其保證了對引晶階段的冷卻需求。

在一些實施例中，如圖1和圖2所示，第一冷卻套11包括第一冷卻部111和第二冷卻部112，第一冷卻部111形成為筒狀結構，且第一冷卻部111限定出第一冷卻通道，第二冷卻部112蓋設於第一冷卻部111的上端，且第二冷卻部112與拉晶機構4固定相連，第二冷卻部112限定出第一冷卻通道，第二冷卻部112的第一冷卻通道與第一冷卻部111的第一冷卻通道獨立設置，則便於實現第一冷卻部111的介質的流量與第二冷卻部112的介質的流量分別獨立調節，也就是說，第一冷卻部111的介質的流量變化不會影響第二冷卻部112的介質的流量、且第二冷卻部112的介質的流量變化不會影響第一冷卻部111的介質的流量，以實現第一冷卻套11的冷卻能力的靈活調控，以便於更好地滿足晶體101不同生長階段的不同冷卻需求。

在一些實施例中，在步驟S1中，第一冷卻部111的介質的流量與第二冷卻部112的介質的流量相等，便於簡化第一冷卻通道內介質流量的調節，有利於提升調節速率。

在一些實施例中，如圖6所示，控制方法還包括以下步驟：步驟S2：在縮頸階段和放轉肩階段，根據第二預設位置的溫度和晶冠101a的生長程度調節第二冷卻部112的第一冷卻通道內介質的流量，以使第二冷卻部112對晶冠101a的冷卻效果更好地滿足晶冠101a生長需求。

其中，縮頸階段和放轉肩階段可以理解為晶冠101a的生長階段，晶冠101a的生長程度可以理解為晶冠101a的上表面面積。

可選地，在縮頸階段和放轉肩階段，隨著晶冠101a的生長，逐漸增大第二冷卻部112的第一冷卻通道內介質的流量；第二預設位置的溫度升高，則增大第二冷卻部112的第一冷卻通道內介質的流量。

如圖6所示，控制方法還包括以下步驟：

步驟S3：在等徑初始階段，第二冷卻部112的第一冷卻通道內的介質流量增大至流量最大值，根據第二預設位置的溫度和晶體101的生長狀態調節第一冷卻部111的第一冷卻通道內介質的流量，根據第一冷卻通道的出口溫度調節第二冷卻通道內介質的流量，以使第二冷卻套12的冷卻能力與第一冷卻套11的冷卻能力相匹配，且使第二冷卻套12的冷卻能力和第一冷卻套11的冷卻能力與晶體101的生長需求相匹配。

其中，在本申請的描述中，晶體101的生長狀態可以包括晶體101的生長直徑和晶體101的內部缺陷中的至少一個。例如，在等徑初始階段，第二預設位置的溫度升高，則增大第一冷卻部111的第一冷卻通道內介質的流量；晶體101的生長直徑與預設直徑的差值大於第一預設值，則減小第一冷卻部111的第一冷卻通道內介質的流量，晶體101的生長直徑與預設直徑的差值小於第二預設值，則增大第一冷卻部111的第一冷卻通道內介質的流量，晶體101的生長直徑與預設直徑的差值大於等於第二預設值且小於等於第一預設值時，第一冷卻部111的第一冷卻通道內介質的流量保持不變；檢測到晶體101的內部缺陷形成時，減小第一冷卻部111的第一冷卻通道內介質的流量。

可選地，在等徑初始階段，第一冷卻通道的出口溫度降低，則降低第二冷卻通道內介質的流量，相反，如果第一冷卻通道的出口溫度增大，則增加第二冷卻通道內介質的流量。

其中，流量最大值可以根據實際需求具體設置。

步驟S4：在等徑中間階段，第二冷卻部112的第一冷卻通道內的介質流量保持在流量最大值，第一冷卻部111的第一冷卻通道內的介質流量與等徑初始階段結束時第一冷卻部111的第一冷卻通道內的介質流量相等，根據第二預設位置的溫度和晶體101的生長狀態調節第二冷卻通道內介質的流量。

可選地，檢測到晶體101的內部缺陷形成時，減小第二冷卻通道內介質的流量。

步驟S5：在等徑結尾階段，根據第一冷卻通道的出口溫度調節第一冷卻通道內介質的流量，根據第二預設位置的溫度和晶體101的生長狀態調節第二冷卻通道內介質的流量。

如圖6所示，控制方法還包括以下步驟：步驟S6：在收尾階段，根據第一冷卻通道的出口溫度調節第一冷卻通道內介質的流量，以使第一冷卻套11的冷卻能力滿足晶體101在收尾階段的冷卻需求。

可選地，在收尾階段，第二預設位置的溫度逐漸降低，逐漸減小第一冷卻通道內介質的流量，直至第一冷卻通道的出口溫度略微增大時不再減小第一冷卻通道內介質的流量。

可選地，在收尾階段，可以根據常規技術調節第二冷卻通道內介質的流量，具體調控方式已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。

可選地，第一預設位置可以和第二預設位置為不同位置，第一預設位置可以為晶徑上的任意位置，第二預設位置優選為晶冠101a下邊緣。

可選地，第一預設位置可以和第二預設位置為同一位置，具體地二者可以為晶冠101a的下邊緣，在引晶階段時晶冠101a沒有長出，晶冠101a下邊緣位置的溫度可以根據以往長晶過程獲得的實測溫度結果，或者根據模擬結果確定。

根據本發明實施例的晶體生長設備100的其他構成以及操作對於本領域普通技術人員而言都是已知的，這裡不再詳細描述。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水準”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：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，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。

100:晶體生長設備 101:晶體 101a:晶冠 101b:固液界面 1:冷卻裝置 11:第一冷卻套 11a:第一通孔 11b:第二通孔 110:第一曲線段 110a:第一凸部 110b:第一凹部 111:第一冷卻部 112:第二冷卻部 12:第二冷卻套 120:第二曲線段 120a:第二凸部 120b:第二凹部 13:散熱結構 131:散熱組 132:翅片組 2:爐體 3:坩堝 4:拉晶機構 5:導流筒

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中： 圖1是根據本發明一個實施例的晶體生長設備的局部示意圖； 圖2是圖1中所示的第一冷卻套的示意圖； 圖3是圖1中所示的第二冷卻套的示意圖； 圖4是圖1中所示的冷卻裝置的剖視圖； 圖5是根據本發明另一個實施例的第二冷卻套的示意圖； 圖6是根據本發明一個實施例的冷卻裝置的控制方法流程示意圖。

100:晶體生長設備

101:晶體

101a:晶冠

101b:固液界面

1:冷卻裝置

11:第一冷卻套

111:第一冷卻部

112:第二冷卻部

12:第二冷卻套

2:爐體

3:坩堝

4:拉晶機構

5:導流筒

Claims (13)

1. 一種冷卻裝置，其特徵在於，所述冷卻裝置用於一晶體生長設備，且用於對一晶體進行冷卻，所述晶體的頂部具有一晶冠，所述冷卻裝置包括：一第一冷卻套，所述第一冷卻套適於與所述晶體生長設備的一拉晶機構固定相連且罩設於所述晶冠上側，在晶體生長過程中所述第一冷卻套隨所述拉晶機構的提升而上升，且所述第一冷卻套的內壁面和所述晶體的表面間隔開，所述第一冷卻套限定出至少一個第一冷卻通道；一第二冷卻套，所述第二冷卻套形成為筒狀結構，且適於固設於所述晶體生長設備的一爐體內，在所述冷卻裝置的橫截面上，所述第二冷卻套的正投影套設於所述第一冷卻套的正投影外，所述第二冷卻套限定出第二冷卻通道，且用於在所述晶體的生長過程中對所述晶體的不同部分進行冷卻；所述第一冷卻套的軸向長度小於所述第二冷卻套的軸向長度；其中，所述第一冷卻套包括：一第一冷卻部，所述第一冷卻部形成為筒狀結構，且限定出所述第一冷卻通道；一第二冷卻部，所述第二冷卻部蓋設於所述第一冷卻部的上端，且與所述拉晶機構固定相連，所述第二冷卻部限定出所述第一冷卻通道，且所述第二冷卻部的所述第一冷卻通道與所述第一冷卻部的所述第一冷卻通道獨立設置。
2. 如請求項1所述的冷卻裝置，其中，所述第一冷卻套形成有一第一通孔，所述拉晶機構適於穿設於所述第一通孔。
3. 如請求項1所述的冷卻裝置，其中，所述第一冷卻套的頂部形成有多個第二通孔，多個所述第二通孔沿所述冷卻裝置的周向間隔設置，使保護氣通過多個所述第二通孔流入所述冷卻裝置和所述晶體之間。
4. 如請求項1所述的冷卻裝置，其中，所述第二冷卻部的內壁面形狀與所述晶冠表面形狀一致。
5. 如請求項1所述的冷卻裝置，其中，在所述冷卻裝置的縱截面上，所述第一冷卻部的外周壁與所述第二冷卻套的內周壁中的至少一個形成為曲線段。
6. 如請求項1-5中任一項所述的冷卻裝置，其中，所述第二冷卻套的外周壁設有散熱結構。
7. 如請求項6所述的冷卻裝置，其中，所述散熱結構包括多組沿所述第二冷卻套的軸向依次佈置的散熱組，至少相鄰兩組所述散熱組中，位於下側的所述散熱組在所述第二冷卻套軸向上單位長度的散熱面積大於位於上側的所述散熱組在所述第二冷卻套軸向上單位長度的散熱面積。
8. 如請求項6所述的冷卻裝置，其中，所述散熱結構包括：至少一組翅片組，每組所述翅片組包括多個散熱翅片，所述翅片組的多個所述散熱翅片沿所述第二冷卻套的軸向和/或周向間隔設置。
9. 一種晶體生長設備，其特徵在於，包括爐體和根據請求項1-8中任一項所述的冷卻裝置，所述冷卻裝置設於所述爐體內且用於對所述晶體進行冷卻。
10. 一種冷卻裝置的控制方法，其特徵在於，所述冷卻裝置為根據請求項1-8中任一項所述的冷卻裝置，所述控制方法包括以下步驟：步驟S1：在引晶階段，調節所述第一冷卻通道內介質的流量，以使晶體的第一預設位置的溫度處於引晶溫度範圍內，並調節所述第二冷卻通道內介質的 流量，以使所述第一冷卻通道的出口溫度位於預設溫度範圍內，其中第一預設位置為晶徑上的任意位置或者為晶冠下邊緣。
11. 如請求項10所述的冷卻裝置的控制方法，其中，所述第一冷卻套包括第一冷卻部和第二冷卻部，所述第一冷卻部形成為筒狀結構，且限定出所述第一冷卻通道，所述第二冷卻部蓋設於所述第一冷卻部的上端，且與所述拉晶機構固定相連，所述第二冷卻部限定出所述第一冷卻通道，且所述第二冷卻部的所述第一冷卻通道與所述第一冷卻部的所述第一冷卻通道獨立設置。
12. 如請求項11所述的冷卻裝置的控制方法，其中，在步驟S1中，所述第一冷卻部的介質的流量與所述第二冷卻部的介質的流量相等。
13. 如請求項11所述的冷卻裝置的控制方法，其中，控制方法還包括：步驟S2：在縮頸階段和放轉肩階段，根據第二預設位置的溫度和所述晶冠的生長程度調節所述第二冷卻部的所述第一冷卻通道內介質的流量，其中第二預設位置為晶冠下邊緣；步驟S3：在等徑初始階段，所述第二冷卻部的所述第一冷卻通道內的介質流量增大至流量最大值，根據所述第二預設位置的溫度和所述晶體的生長狀態調節所述第一冷卻部的所述第一冷卻通道內介質的流量，根據所述第一冷卻通道的出口溫度調節所述第二冷卻通道內介質的流量；步驟S4：在等徑中間階段，所述第二冷卻部的所述第一冷卻通道內的介質流量保持在所述流量最大值，所述第一冷卻部的所述第一冷卻通道內的介質流量與所述等徑初始階段結束時所述第一冷卻部的所述第一冷卻通道內的介質流量相等，根據所述第二預設位置的溫度和所述晶體的生長狀態調節所述第二冷卻通道內介質的流量； 步驟S5：在等徑結尾階段，根據所述第一冷卻通道的出口溫度調節所述第一冷卻通道內介質的流量，根據所述第二預設位置的溫度和所述晶體的生長狀態調節所述第二冷卻通道內介質的流量；步驟S6：在收尾階段，根據所述第一冷卻通道的出口溫度調節所述第一冷卻通道內介質的流量。

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