[发明专利]半导体级硅单晶炉底部加热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热器，尤其是一种用于硅单晶炉的能够满足半导体级硅单晶生长所需梯度温度场条件的一种半导体级硅单晶炉底部的石墨加热器。

背景技术

单晶硅是具有基本完整的点阵结构的晶体，是一种良好的半导体材料，纯度可达到99.9999999%以上，可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位，处于新材料发展的前沿。

半导体级硅单晶炉是单晶硅产业链中重要的晶体生长设备，由于半导体级硅单晶体是在高温的条件下缓慢生长而成的，需要良好的温度梯度控制以形成冷心，同时需要均匀稳定的温度场以实现单晶体的稳定生长，因此底部加热器的温度梯度可控基础至关重要。目前，硅单晶炉的底部加热器多采用菱形结构，设计简单，无法形成均匀稳定的温度场，同时材质力学性能及纯度较低，严重影响硅单晶的生产质量与效率。因此，传统的硅单晶炉底部加热器只适用于太阳能级硅单晶的生长，且晶体常因热场紊乱、污染等问题产生大量杂质，晶体纯度及成品率较低，严重影响高纯度硅单晶的生产效率。

如何提高单晶硅的纯度，提高单晶硅的生产效率一直是本领域密切关注的课题。在诸多方案中，通过提高石墨材质力学性能和纯度的方案未见诸报道。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有硅单晶炉的菱形底部加热器温度梯度的不可控性、温度场不均匀性、材质力学性能与纯度低，致使硅单晶生长成品率低、纯度底、质量不高等一系列问题，提供一种新型可靠的用于半导体级硅单晶生长的底部加热器。

本发明的目的是这样实现的：一种用于半导体级硅单晶炉的底部加热器，包括发热体、支撑柱、连接螺栓、支撑柱绝热子、垫片组成，其特征在于：

a)发热体为环形板状结构，环形板状的内环和外缘包络线为凸起的加强筋，发热体的两个支撑点对称设在环形板状结构的直径上的安装孔，将环形板状结构分割成对称的半环，两个半环中均设有与半径重叠的应力缓冲槽，应力缓冲槽包括由内环指向外缘的应力缓冲槽和由外缘指向内环的应力缓冲槽，它们均匀分布且相间设置，其中由内环指向外缘的应力缓冲槽末端设有应力圆孔：

b)与支撑点对应的支撑柱为空心圆柱结构，两端分别设有内螺纹，一端通过螺栓和垫片与发热体的安装孔连接，另一端通过螺栓和垫片与电极对接；

c)支撑柱内孔中部设有收紧止口，支撑柱绝热子分别装配于支撑柱内孔中且位于两端内螺纹之间，支撑柱绝热子由内部收紧止口咬合固定。

在本发明中：设在应力缓冲槽末端的应力圆孔与外环边缘之间设有均匀分布的吊装孔。

在本发明中：所述发热体的环形板状结构对称的半环的外缘分别含有两个管线避让缺口，它们对称分布在环形板状结构对应的半环上。

在本发明中：所述支撑柱的外壁上设有一段正四边形或正六边形的结构。

在本发明中：所述的发热体、支撑柱、连接螺栓均采用高强度等静压石墨制作；所属的支撑柱绝热子采用固化碳毡；所述垫片的材料为石墨纸。

在本发明中：所述的石墨、固化碳毡和石墨纸均须经高温纯化处理，其中石墨和石墨纸纯度要求为5 ppm，固化碳毡纯度要求为20 ppm。

在本发明中：所述发热体的工作电源为直流，直流电源的阳极和阴极分别通过支撑柱传递给发热体。