[发明专利]一种大直径硅晶体生长装置

说明书

技术领域

本发明属于光电转换材料的技术领域，涉及单晶硅的生产工艺设备，更具体地说，本发明涉及一种大直径硅晶体生长装置。

背景技术

切克劳斯基法CZ直拉单晶法，通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，在惰性气体的保护下，经过引晶、放肩、转肩、等径、收尾、晶体取出等工艺步骤，完成晶体生长。生长单晶体的尺寸越大，对石墨热系统的要求也越高。

目前，我国在应用于硅单晶生长所用的石墨热系统的加工技术及生产规模上处于世界领先地位，然而在一些生长大尺寸单晶体的石墨热系统的设计中，在单晶生长过程中，往往会出现不能正常生长、断棱等诸多情况。因此，大尺寸硅单晶生长技术在国内仍然处于盲点，虽然也有极少数公司可以勉强生长，但终因运行生产成本过高，达不到企业综合经济效益目的，而不能得到市场认可和普及；整个国内的硅单晶行业仍然处在6寸及6寸以下硅单晶生长的水平，然而国外市场对8寸及8寸以上硅单晶的需求量与日俱增，如何设计生长8寸以上大直径硅单晶的热系统，已经迫在眉睫。

众所周知，硅的熔点是1420°，如果是20寸开放式热场装置、投料量75kg，要维持这个温度则每小时需要耗费120kw左右的电能。目前世界能源紧张，能源成本的增加日益突出。如何降低生产能耗，降低生产成本，直接关系企业生存大计。

因此，本行业在CZ直拉单晶法的加热装置中，也就是石墨热场上面已经做了诸多改进。效果最明显的就是增加热屏装置。传统的热屏装置一般为圆筒状或者圆锥型，由最开始的开放式热场改为封闭式热场，增加了热场保温，降低热量的损失，由20寸开放式热场维持1420°的拉制条件下需要电耗120kw/h降低至20寸封闭式热场70～75kw/h；相对开放式热场，缩小了单晶生长条件下惰性气体的保护面积，使得保护面积更集中化，惰性气体的使用量也降低20％～30％；改变晶体的纵向温度梯度，最大生长拉速提高0.4mm/min。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种大直径硅晶体生长装置，是对上述封闭式热场的热屏的改进，其目的是节能降耗及改善惰性气体的导向。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明所提供的这种大直径硅晶体生长装置，包括保温系统、加热系统、导流系统及支撑装置，所述的保温系统上部设有保温盖板及炉底保温结构，所述的保温盖板采用双层结构，即互相叠合的上保温盖板和下保温盖，在所述的上保温盖板和下保温盖之间的空隙部分，填充石墨碳毡。

为使本发明更加完善，还进一步提出了以下更为详尽和具体的技术方案，以获得最佳的实用效果，更好地实现发明目的，并提高本发明的新颖性和创造性：

所述的炉底保温结包括构炉底挡圈及炉底压片，在所述的构炉底挡圈及炉底压片的下面，设置石墨碳毡。

所述的导流系统设气向导流装置，所述的气向导流装置采用双层结构，即外导流筒和内导流筒。

在所述的外导流筒和内导流筒之间，填充石墨碳毡。

所述的外导流筒和内导流筒构成锥度结构。

所述的外导流筒的锥度大于内导流筒的锥度。

所述的导流系统中，设排气套筒，所述的排气套筒设在炉筒下部的炉底挡圈位置，将炉内腔与真空泵管道连通。

本发明采用上述技术方案，可用来拉制8寸及8寸以上硅单晶，相对于现有技术，在节能降耗及惰性气体的导向上更具优势，增加了保温系统的保温效果，降低热辐射散热，改变熔体内温度梯度，降低横向温度梯度变化，使得熔体液面温度相对稳定，有利于硅单晶的生长；改善气流导向装置，避免出现气体紊流。

附图说明

下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明的结构示意图。

图中标记为：

1、上保温盖板，2、下保温盖，3、上保温筒，4、外导流筒，5、内导流筒，6、石墨坩埚，7、加热器，8、托底，9、连杆，10、保温筒，11、电极垫脚，12、炉底挡圈，13、炉底压片，14、电极护套，15、加热器螺丝，16、排气套筒，17、连杆护套，18、石英套筒。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。