本發(fā)明涉及一種石墨加熱器，尤其是一種用于硅單晶爐的能夠滿足半導(dǎo)體級(jí)硅單晶生長所需梯度溫度場條件的一種石墨加熱器。

背景技術(shù)：

單晶硅是具有基本完整的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體，是一種良好的半導(dǎo)體材料，純度可達(dá)到99.9999999%以上，可以用于二極管級(jí)、整流器件級(jí)、電路級(jí)以及芯片產(chǎn)品的生產(chǎn)和深加工制造，其后續(xù)產(chǎn)品集成電路和半導(dǎo)體分離器件已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在軍事電子設(shè)備中也占有重要地位，處于新材料發(fā)展的前沿。

半導(dǎo)體級(jí)硅單晶爐是單晶硅產(chǎn)業(yè)鏈中重要的晶體生長設(shè)備，由于半導(dǎo)體級(jí)硅單晶體是在高溫的條件下緩慢生長而成的，需要良好的溫度梯度控制以形成冷心，同時(shí)需要均勻穩(wěn)定的溫度場以實(shí)現(xiàn)單晶體的穩(wěn)定生長，因此主加熱器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、溫度梯度可控基礎(chǔ)至關(guān)重要。目前，硅單晶爐的主加熱器大多未設(shè)置加熱器腿和輔助支撐柱，而是在主發(fā)熱體上延伸出安裝支撐面，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，無法對(duì)主加熱器形成可靠、穩(wěn)定的支撐，且一旦安裝支撐面發(fā)生損壞，主加熱器將無法使用，壽命低。同時(shí)因材質(zhì)力學(xué)性能及純度較低，現(xiàn)有的主加熱器嚴(yán)重影響硅單晶的生產(chǎn)質(zhì)量與效率。因此，傳統(tǒng)硅單晶爐的主加熱器只適用于太陽能級(jí)硅單晶的生長，且晶體常因熱場紊亂、污染等問題產(chǎn)生大量雜質(zhì)，晶體純度及成品率較低，嚴(yán)重影響高純度硅單晶的生產(chǎn)效率。

目前，在半導(dǎo)體級(jí)硅單晶爐中采用四點(diǎn)對(duì)稱支撐式環(huán)形筒狀結(jié)構(gòu)主加熱器，增大發(fā)熱面積，通過加熱器腿和輔助支撐柱對(duì)主發(fā)熱體形成四點(diǎn)支撐，并通過設(shè)置定位臺(tái)階、定位銷孔、支撐柱絕熱子、墊片、絕緣塊等措施以實(shí)現(xiàn)均勻、穩(wěn)定溫度場的方案未見諸報(bào)道

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有硅單晶爐的主加熱器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、壽命低、材質(zhì)力學(xué)性能和純度底，致使硅單晶生長成品率低、純度低、質(zhì)量不高等一系列問題，提供一種性能可靠的用于半導(dǎo)體級(jí)硅單晶生長的主加熱器。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種用于半導(dǎo)體級(jí)硅單晶爐的主加熱器，包括主發(fā)熱體、主加熱器腿、輔助支撐柱和連接螺栓，其特征在于：

a)主發(fā)熱體為筒狀結(jié)構(gòu)，其筒壁設(shè)有由上而下的應(yīng)力緩沖槽和由下而上的應(yīng)力緩沖槽的應(yīng)力緩沖槽，它們均勻分布且相間設(shè)置，各應(yīng)力緩沖槽末端均設(shè)有應(yīng)力圓孔，主發(fā)熱體還對(duì)稱設(shè)有電接觸安裝面和一對(duì)輔助支撐安裝面，其中，一對(duì)電接觸安裝面相距180弧度，一對(duì)輔助支撐安裝面相距180弧度，電接觸安裝面與相鄰的輔助支撐安裝面相距90弧度；

b)兩個(gè)主加熱器腿上均設(shè)置有定位臺(tái)階、定位銷孔和三個(gè)連接螺栓孔，它們通過定位臺(tái)階和定位銷孔與主發(fā)熱體的電接觸安裝面定位后，通過三個(gè)連接螺栓與電接觸安裝面緊固連接；

c)兩個(gè)圓柱形輔助支撐柱上均設(shè)置有定位臺(tái)階、定位銷孔和一個(gè)連接螺栓孔，它們通過定位臺(tái)階和定位銷孔與輔助支撐安裝面定位后，通過一個(gè)連接螺栓與輔助支撐安裝面緊固連接；

d)兩個(gè)主加熱器腿分別主發(fā)熱體的直流電源的陽極和陰極輸入端。

在本發(fā)明中，輔助支撐柱的圓柱形內(nèi)設(shè)置有盲孔，支撐柱絕熱子裝配于輔助支撐柱的盲孔中，輔助支撐柱的底端配有絕緣塊。所述的支撐柱絕熱子采用固化碳?xì)种谱?，固化碳?xì)中杞?jīng)高溫純化處理，其純度要求為20ppm；所述的絕緣塊的材料為氮化硼。

在本發(fā)明中，主加熱器腿與主發(fā)熱體的電接觸安裝面之間配有導(dǎo)電墊片。所述的導(dǎo)電墊片為石墨紙，石墨紙需經(jīng)高溫純化處理，其純度為5ppm。

在本發(fā)明中，所述的主發(fā)熱體、加熱器腿、輔助支撐柱、連接螺栓和定位銷均采用高強(qiáng)度等靜壓石墨制作。所述的石墨需經(jīng)高溫純化處理，其純度要求為5ppm。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：由于主發(fā)熱體采用環(huán)形筒狀結(jié)構(gòu)，筒壁設(shè)有由上而下的應(yīng)力緩沖槽和由下而上的應(yīng)力緩沖槽的應(yīng)力緩沖槽可以有效吸收工作中產(chǎn)生的應(yīng)力。由于在加熱器腿和輔助支撐柱上設(shè)置定位臺(tái)階和定位銷孔，并通過連接螺栓固定，主發(fā)熱體通過加熱器腿、輔助支撐柱形成的四點(diǎn)對(duì)稱支撐，定位可靠且支撐穩(wěn)定。由于主加熱器腿與主發(fā)熱體的電接觸安裝面之間配有導(dǎo)電墊片可以防止工作中打火，由于輔助支撐柱的圓柱形內(nèi)設(shè)置有盲孔，支撐柱絕熱子裝配于輔助支撐柱的盲孔中，輔助支撐柱的底端配有絕緣塊，可以確保輔助支撐柱隔熱和絕緣。由于加熱器采用高純度石墨、固化碳?xì)趾褪埖炔牧?，大大減少了對(duì)爐內(nèi)污染，提高了硅單晶的質(zhì)量。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命較長，便于拆裝和維修。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的俯視圖。

圖3是圖1的i局部放大示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例涉及的輔助支撐柱局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的立體效果示意圖。

圖中：1、主發(fā)熱體，2、主加熱器腿，3、輔助支撐柱，4、支撐柱絕熱子，5、連接螺栓，6、絕緣塊，7、定位銷，8、墊片，9、應(yīng)力緩沖槽,10、應(yīng)力圓孔。

具體實(shí)施方式

附圖非限制性地公開了本發(fā)明涉及的一種實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。

由圖1、圖2和圖5可見，本發(fā)明包括主發(fā)熱體1、主加熱器腿2、輔助支撐柱3、連接螺栓5、絕緣塊6、定位銷7和導(dǎo)電墊片8，其中：

主發(fā)熱體1為筒狀結(jié)構(gòu)，其筒壁設(shè)有由上而下和由下而上的應(yīng)力緩沖槽9，兩組應(yīng)力緩沖槽9均勻分布且相間設(shè)置，各應(yīng)力緩沖槽9末端均設(shè)有應(yīng)力圓孔10，主發(fā)熱體1還對(duì)稱設(shè)有電接觸安裝面和一對(duì)輔助支撐安裝面，其中，一對(duì)電接觸安裝面相距180弧度，一對(duì)輔助支撐安裝面相距180弧度，電接觸安裝面與相鄰的輔助支撐安裝面相距90弧度。

由圖3可見，兩個(gè)主加熱器腿2上均設(shè)置有定位臺(tái)階、定位銷孔7和三個(gè)連接螺栓孔，它們通過定位臺(tái)階和定位銷孔7與主發(fā)熱體的電接觸安裝面定位后，通過三個(gè)連接螺栓5與電接觸安裝面緊固連接，主加熱器腿2與主發(fā)熱體1的電接觸安裝面之間配有導(dǎo)電墊片8。

由圖4可見，兩個(gè)圓柱形的輔助支撐柱3上均設(shè)置有定位臺(tái)階、定位銷孔7和一個(gè)連接螺栓孔，它們通過定位臺(tái)階和定位銷孔7與輔助支撐安裝面定位后，通過一個(gè)連接螺栓5與輔助支撐安裝面緊固連接，輔助支撐,3的圓柱形內(nèi)設(shè)置有盲孔，支撐柱絕熱子4裝配于輔助支撐柱3的盲孔中，輔助支撐柱3的底端配有絕緣塊6（參見圖1）。

工作中，主發(fā)熱體1的直流電源兩個(gè)主加熱器腿2分別作為陽極和陰極的輸入端。

具體實(shí)施時(shí)，所述的主發(fā)熱體1、主加熱器腿2、輔助支撐柱3、連接螺栓5和定位銷均采用高強(qiáng)度等靜壓石墨制作。所述的石墨需經(jīng)高溫純化處理，其純度要求為5ppm。所述的支撐柱絕熱子4采用固化碳?xì)种谱?，固化碳?xì)中杞?jīng)高溫純化處理，其純度要求為20ppm。所述的絕緣塊6的材料為氮化硼。所述的導(dǎo)電墊片8為石墨紙，石墨紙需經(jīng)高溫純化處理，其純度為5ppm。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體級(jí)硅單晶爐的主加熱器，包括主發(fā)熱體、主加熱器腿、輔助支撐柱和連接螺栓；其中，主發(fā)熱體為筒狀結(jié)構(gòu)，其筒壁設(shè)有應(yīng)力緩沖槽、應(yīng)力圓孔、電接觸安裝面和輔助支撐安裝面；兩個(gè)主加熱器均設(shè)置有定位臺(tái)階、定位銷孔和三個(gè)連接螺栓孔并與電接觸安裝面緊固連接；支撐柱上設(shè)置有定位臺(tái)階、定位銷孔和連接螺栓孔并與輔助支撐安裝面緊固連接；兩個(gè)主加熱器腿分別主發(fā)熱體的直流電源的陽極和陰極輸入端；本發(fā)明主發(fā)熱體可以有效吸收工作中產(chǎn)生的應(yīng)力，定位可靠且支撐穩(wěn)定，同時(shí)加熱器采用高純度石墨、固化碳?xì)趾褪埖炔牧?，減少了對(duì)爐內(nèi)污染，提高了硅單晶的質(zhì)量，此外本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長，便于拆裝和維修。

技術(shù)研發(fā)人員：潘清躍;吳春生
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京晶能半導(dǎo)體科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.14
技術(shù)公布日：2017.08.18