[发明专利]一种用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构

说明书

本发明公开了一种用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构。该坩埚石墨平台的外部轮廓形状为扁平的立方体，坩埚石墨平台的底部中间处设有一个凹陷结构，凹陷结构的底部开口边缘形状为正方形，凹陷结构的底部开口中心与坩埚石墨平台的底面中心重合，凹陷结构的底部开口四边与坩埚石墨平台的底面四边之间有间距，凹陷结构为曲面，该曲面由两个抛物线柱面相交而成。本发明的有益效果是：能有效地保证在铸造单晶时，坩埚底部的籽晶能够保持顶部熔化同时底部不熔化的状态，并保证在单晶生长过程中，固液界面始终为一个平面并逐步上升，使得在铸造单晶时每块籽晶上面的单晶保持垂直生长，从而达到最大的单晶率。

技术领域

本发明涉及铸造单晶相关技术领域，尤其是指一种用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构。

背景技术

传统的单晶硅是采用CZ法进行拉制而成的，而采取类似于多晶硅铸锭的定向凝固方式进行单晶生长的工艺，也称铸造单晶或者铸锭单晶，因为铸造单晶成本比CZ法拉制单晶的工艺成本可以大大降低，因而引起了众多研究机构和厂家的兴趣。传统的铸锭单晶是在方形的石英陶瓷坩埚底部先铺满单晶籽晶，然后将多晶硅料放在籽晶上面，放入铸造单晶炉炉内将多晶硅料和籽晶上部熔化，同时保证籽晶的底部一直是固态晶体，然后开始从籽晶开始自下而上进行单晶的生长，直到整个全部硅液都长成单晶。但这种方式会导致在生长单晶的时候，有许多多晶的产生，因而成品率较低。由于很多炉体降温时四周冷得快，形成了温度中央高、四周低的温度分布，也就是等温面凹向了熔体；这就是目前铸造单晶的四周仍有部分多晶存在、成品率较低的原因。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种温度分布为中央高四周低的用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于铸造单晶的坩埚石墨平台结构，该坩埚石墨平台的外部轮廓形状为扁平的立方体，所述坩埚石墨平台的顶面形状和底部轮廓面形状均为正方形，所述坩埚石墨平台的四个侧面形状为长方形，所述坩埚石墨平台的顶面为水平面，所述坩埚石墨平台的底部中间处设有一个凹陷结构，所述凹陷结构的底部开口边缘形状为正方形，所述凹陷结构的底部开口中心与坩埚石墨平台的底面中心重合，所述凹陷结构的底部开口四边与坩埚石墨平台的底面四边一一对应且相互平行，所述凹陷结构的底部开口四边与坩埚石墨平台的底面四边之间有间距，所述凹陷结构为曲面，该曲面由两个抛物线柱面相交而成。

由于在铸锭单晶时，石墨平台下面也有加热体，而加热体在升温和降温时，石墨平台底平面的温度分布是均匀的，因此要保持等温面中央低四周高，或者说要保持硅液内或石墨平台的等温面是凸向熔体的，在传统的六个面均为平面的立方体的石墨平台的情况下是无法实现的。本结构适用于在坩埚底部中央仅放置一块籽晶，晶体生长时，籽晶先向四周生长，待铺满整个坩埚底部后，再向上生长。为此，在坩埚底面上，必须保证籽晶所在的中央区域的温度是最低的，从中央沿平面向四周的方向温度逐渐升高。也就是说，坩埚内的硅液在单晶生长过程中，硅液的等温面必须一直保持凸向熔体的。由于装有硅液的石英坩埚是放置在一个石墨平台上的，因此，最基本的要求就是石墨平台的顶面的水平温度分布必须是中央低，四周高。