[实用新型]直拉法生长单晶硅用硅籽晶夹持器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直拉法生长单晶硅用硅籽晶夹持器，属于单晶硅生长用夹持器技术领域。

背景技术

目前，超过98％的电子元件材料都是使用单晶硅，采用直拉法制备单晶硅占了约85％。直拉硅单晶一般可分为电子级、太阳能级，电子级硅单晶用于制造集成电路和其它电子元件，太阳能级硅单晶用于太阳能电池。各规格直拉单晶都是使用软轴提拉型直拉单晶炉，在惰性气体环境中，以石墨电阻加热器将硅料熔化，用直拉法生长无位错单晶。

在直拉硅单晶生产中，需要一种特定晶向的硅籽晶作晶种，以生长出特定晶向的单晶，常用的晶向为＜100＞、＜111＞、＜110＞等。籽晶一般为圆柱体、长方体或一头大一头小的圆柱体，籽晶通过一定方式固定在籽晶夹持器中。

在直拉工艺中，籽晶夹持器是必须部件，籽晶需要牢固地固定在籽晶夹持器中，确保拉制过程中籽晶不会脱落，单晶生长过程能顺利完成，所以夹持器下端的籽晶夹头的结构要与所夹持的硅籽晶的形状相配合。一般来说，夹持器的上端的连杆、中部的重锤为金属钼制成，下端的籽晶夹头可用钼或高纯石墨制成。

目前，直拉单晶硅生产中使用的籽晶从外形上分类主要有三种，籽晶夹持器根据使用籽晶的不同也可分为以下三种方案：

1. 使用方籽晶籽晶夹头：方籽晶为一长方体硅单晶，籽晶一端侧面横向开槽，用钼丝捆绑在籽晶夹头上，方籽晶承重较小，通常用于投料量小于30㎏的14英寸以下热场，用于投料量大于30㎏的直拉单晶生产中籽晶易断裂，导致制备过程失败，造成较大经济损失。

2. 使用圆籽晶籽晶夹头：圆籽晶为一圆柱体，一端侧面开槽，用钼销子固定在重锤籽晶夹头上，由于籽晶开槽时易造成籽晶损伤，再加上用销子固定，籽晶受力不均，晶体重力全部作用在圆籽晶一端侧面开槽处，由于受力面积小，开槽处单位面积所受的力极大，籽晶承重后容易断裂。圆籽晶通常用于投料量小于60㎏的18英寸以下热场。 

3.使用大小头籽晶籽晶夹头：如中国专利申请号为02131185.4，公开号为CN1490436A，实用新型名称为《一种直拉法生长单晶硅用硅籽晶夹持器》的中国实用新型专利，其公开了一种直拉法生长单晶硅用硅籽晶夹持器，所述的硅籽晶夹持器上端为一与籽晶轴连接的联接件，硅籽晶夹持器下端包括硅籽晶夹持器上部和硅籽晶夹持器下部，所述的硅籽晶夹持器上部与所述的硅籽晶夹持器下部之间为可拆卸联接，所述的硅籽晶夹持器下部内含一上大下小且上下贯通的空腔。该籽晶夹持器采用大小头籽晶，籽晶装入籽晶夹头，籽晶夹头通过外螺纹丝扣与重锤连接，上紧螺纹丝扣，即可固定籽晶；籽晶受力均匀，承重量大，不易断裂，可用于500㎏以下的硅单晶生产。但是，由于大小头籽晶大头端直径较大，籽晶夹头又是通过外螺纹丝扣与重锤下端的内螺纹丝扣相连接，导致重锤直径偏大；现在大直径、大热场的直拉硅单晶生产中，普遍采用热屏工艺，以提高拉晶速度、降低功耗。由于热屏下开口会进入加热器一定距离，限制了石英坩埚的装料量，通常采用悬挂热屏的方式来增加投料量，提高硅单晶生产效率。热屏悬挂机构安装在重锤连杆上，装炉时通过悬挂机构将热屏升起，增大热屏和石英坩埚之间的距离，以增大装料量，待料熔化体积缩小后，再将热屏放下，进行硅单晶拉制。热屏放下后，悬挂机构的挂臂自然下垂，贴近籽晶夹头，为了不影响拉晶操作，籽晶夹持器的长度必须大于悬挂机构的挂臂长度。

采用悬挂热屏工艺的单晶炉，如采用方案3的籽晶夹持器，由于需要较大的直径、长度，导致夹持器体积、重量成倍增加，极大地增大了夹持器的生产成倍；由于夹持器没有排气孔，装籽晶时封闭在夹持器中的空气，单晶炉抽空时不能排除；硅单晶生产是在一千多度的高温环境中进行的，夹持器中的空气体积将受热急剧膨胀，可能导致夹持器爆裂或夹持器的空气泄漏，造成硅料氧化，使硅单晶生产无法顺利进行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种具备排气孔的直拉法生长单晶硅用硅籽晶夹持器，解决           现有籽晶夹持器使用方籽晶，投料量小于30㎏，直拉单晶生产中籽晶易断裂；籽晶夹持器使用圆籽晶，投料量小于60㎏，直拉单晶生产中籽晶易断裂；籽晶夹持器使用大小头籽晶，籽晶夹头通过外螺纹丝扣与重锤连接，重锤直径较大，夹持器的生产成本较高；夹持器没有排气孔，存在安全隐患等技术问题。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：一种直拉法生长单晶硅用硅籽晶夹持器，包括主要由连杆、钼重锤和籽晶夹头组成的籽晶夹持器本体，所述连杆设于钼重锤的上端，籽晶夹头设于钼重锤的下端，所述籽晶夹头内设有一上下贯通且与所夹持籽晶外形对应的空腔，所述籽晶夹头上设有一横向贯穿的排气孔。