[发明专利]一种用于晶体拉制时的晶体冷却装置

说明书

一种用于晶体拉制时的晶体冷却装置，本发明通过保温板对晶体冷却机构的表面进行保温，有效的避免了挥发物因冷凝现象附着在晶体冷却机构的下面和侧壁上，本发明在实现避免挥发物粘附在晶体冷却机构上的同时，由于保温板的保温作用，避免了因晶体冷却机构下面的低温对其对应坩埚区域的降温，防止晶体冷却机构带走过多的温度，起到了降低加热能耗的作用等，同时，由于保温板的保温作用，使晶体冷却机构内冷却介质的冷却效果完全作用在晶体上提拉孔内孔壁上，进而提高对拉制晶体的冷却效果，实现晶体的快速结晶，起到了提高晶体拉制速度的目的等，适合大范围的推广和应用。

技术领域

本发明涉及人工晶体制备技术领域，尤其涉及一种晶体冷却装置，具体涉及一种用于晶体拉制时的晶体冷却装置。

背景技术

已知的，在提高晶体拉制效率方面，如何提高晶体的拉制速度是其中的关键技术之一，以多/单晶硅制备为例，多/单晶硅在整个生产过程中，直径为8mm～12mm的柱状硅棒使用量非常大，在实际生产过程中，发现柱状硅棒制备过程中出现的余料，不小心折断的硅棒，多/单晶硅生产企业在切割、破碎等工艺阶段产生的碎料等处理非常繁琐，很多企业为了图省事，直接将上述碎料丢弃或者长期堆放在仓库中，还有一些企业将上述碎料进行回收，通过直拉炉拉制成硅棒，然后通过多线切割机将硅棒切成复数根尺寸为8mm*8mm或10mm*10mm的柱状硅棒，这样不仅增加了柱状硅棒的生产成本，在切割过程中还增加了杂质引入，在降低产品质量的同时，还造成了较大的资源浪费等，那么如何将碎硅料进行再利用就成了本领域技术人员的长期技术诉求。

发明人通过检索发现，采用直拉法拉制硅棒的技术已经非常成熟，并在人工晶体制备领域得到了广泛的应用，但是现有直拉法在拉制硅棒时，只能在坩埚的中心拉制一根硅棒，比如中国发明专利，专利号为201320678696.4，申请日为2013年10月30日，公告号为CN203639604U，专利名称为一种软轴提拉型单晶炉；中国发明专利，专利号为202011063763.2，申请日为2020年9月30日，公告号为CN112176400A，专利名称为一种直拉法单晶炉及其熔体温度梯度控制方法。上述两专利公开的技术方案均是采用直拉法拉制硅棒的技术方案，但上述两技术方案只能实现一根硅棒的同时拉制，无法实现多根硅棒的同时拉制。

为了能实现多根晶体的同时拉制，本发明人于2022年3月21日向国家知识产权局提交了名称为一种用于晶体拉制时的晶体冷却装置的专利申请，专利申请号为202220616165.1，该技术方案在晶体拉制时发现如下弊端：

1、由于与坩埚内熔液接近的下法兰或冷却盘内通有冷却介质，此时下法兰或冷却盘的外表面温度低于其所处区域的温度，当坩埚中的硅料熔融成硅液后，此时硅液中及炉室内的杂质挥发后漂浮至下法兰或冷却盘的下底面或侧壁上，由于下法兰或冷却盘内通有冷却介质，下法兰或冷却盘的温度相对较低，此时，挥发物冷凝附着在下法兰或冷却盘的底面或侧壁上，当挥发物堆积到一定厚度后，由于气流扰动再加上热胀冷缩效应，挥发物掉落到坩埚的熔液上表面后漂浮在熔液的上表面，由于挥发物的熔点高于硅料的熔点，无法将挥发物熔化，更无法将挥发物气化，此时挥发物会持续存在于熔液的上表面，由于拉制时，坩埚一直旋转，此时坩埚内的挥发物不会静止处于硅熔液上表面的某一处不动，而是位置漂浮不定，一旦漂浮物附着到硅芯结晶位置，轻者导致所拉制硅芯的外缘面凸起变形，严重时，由于硅芯直径的变化导致硅芯卡死在晶体穿孔内，最终被迫停机，结束本轮的拉制，所拉制硅芯也无法当做成品使用，只能报废处理。

2、由于下法兰或冷却盘的下面为平面，冷却介质对下法兰或冷却盘上每个晶体拉制孔的冷却效果是相同的，此时由于坩埚内熔液的温度不均匀，坩埚的温度由高到低依次为由坩埚的内边缘至坩埚的中心，在拉制时，处于下法兰或冷却盘外圈的晶体在拉制时由于外圈温度高于内圈温度导致其结晶速度低于处于下法兰或冷却盘内圈的晶体（越靠近坩埚中心位置结晶速度由于温度相对低会先结晶），在相同拉制速度的条件下，处于下法兰或冷却盘外圈的晶体直径会小于处于下法兰或冷却盘内圈的晶体直径，进而导致同时拉制的晶体直径不一致。