專利名稱：一種低功耗硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于光伏或半導(dǎo)體領(lǐng)域的硅單晶制造設(shè)備，尤其涉及一種用 于CZ法直拉硅單晶生長(zhǎng)的低功耗熱場(chǎng)裝置。
背景技術(shù)：
CZ法直拉硅單晶的生長(zhǎng)熱場(chǎng)主要有三部分構(gòu)成硅料承載部件、發(fā)熱體部件及保 溫部件構(gòu)成。發(fā)熱體通電后發(fā)熱，對(duì)爐中裝載的硅料加熱并融化，在用保溫材料碳?xì)职?石墨保溫部件和惰性氣體保護(hù)下，形成一個(gè)穩(wěn)定熱場(chǎng)環(huán)境，硅料先后經(jīng)過熔接、細(xì)頸、放肩、 轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾等階段拉制成硅單晶棒。傳統(tǒng)的熱場(chǎng)通常是爐底板鋪墊一定厚度的石墨碳?xì)旨右员?，碳?xì)峙c單晶爐底板 的不銹鋼底板直接面接觸，不銹鋼內(nèi)部有大量循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻，由于不銹鋼的導(dǎo)熱率 很好，所以熱場(chǎng)底部的熱量流失較大，不利于保溫。如果熱場(chǎng)底部保溫效果不好，容易造成 底部溫度梯度過大，在化料過程中容易造成底部熔硅再結(jié)晶，導(dǎo)致漏硅等嚴(yán)重事故的發(fā)生。 同時(shí)，熱場(chǎng)裝配由下至上依次為碳?xì)直夭牧?、爐底反射板、下保溫桶。由于爐底裝配無限 制構(gòu)件，水平移動(dòng)的隨意性很大，容易導(dǎo)致保溫部件與發(fā)熱體之間的間隙不均勻，造成長(zhǎng)晶 熱場(chǎng)不均勻，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致電極打火、停爐，從而影響硅單晶的產(chǎn)量和質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外已見很多有關(guān)單晶爐熱場(chǎng)保溫裝置的報(bào)道，如中國(guó)專利文獻(xiàn)C擬804129Y 公開了一種單晶爐的熱場(chǎng)保溫裝置，該單晶爐的熱場(chǎng)保溫裝置具有熱屏和保溫罩，其特征 在于保溫罩底端設(shè)有保溫爐底，所述的保溫罩為碳纖維或石墨制成的中空柱體。這種保溫 裝置目的是提供一種能使單晶爐中的熔硅和晶體的縱向溫度梯度好，利于提高單晶硅晶體 生長(zhǎng)的成品率且節(jié)能的單晶爐的保溫裝置。如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN2744697Y公開了一種硅單晶爐熱系統(tǒng)裝置，該單晶爐的熱系 統(tǒng)裝置主要是在上部設(shè)有導(dǎo)流筒和保溫蓋，下部設(shè)有爐底護(hù)盤，爐底護(hù)盤的底部和周圍設(shè) 有保溫材料，保溫罩及保溫罩外側(cè)的保溫材料支撐在爐底護(hù)盤上，雙層保溫蓋設(shè)置在石墨 罩上面，導(dǎo)流筒設(shè)置在保溫蓋的蓋口內(nèi)。導(dǎo)流筒像鍋蓋一樣將加熱器的熱量封在熱系統(tǒng)內(nèi)， 使熱系統(tǒng)成為封閉式熱系統(tǒng)。雙層保溫蓋使上部的單層保溫變成雙層保溫，采用隔熱性能 好的固化斷熱材作為保溫材料，碳纖維斷熱材作保溫罩，有效的減少熱能損耗，保證熱能的 充分利用。綜合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，目前未見在熱場(chǎng)底板增加支撐座，使單晶爐底板與熱場(chǎng)底板之 間的接觸為點(diǎn)接觸，從而減少兩者之間直接面接觸造成熱量流失的文獻(xiàn)報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種低功耗硅單晶生長(zhǎng)的熱場(chǎng)裝置，該裝置 通過增加定位環(huán)和支撐座實(shí)現(xiàn)單晶爐底板與熱場(chǎng)底板之間的接觸為點(diǎn)接觸，從而減少熱量 流失。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為[0009]一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中在保溫裝置和保溫碳?xì)种g增加了支撐構(gòu) 件，從上至下依次為保溫裝置、支撐構(gòu)件、保溫碳?xì)帧Ｒ环N低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，包括單晶爐壁、保溫裝置、單晶爐底板、保溫碳?xì)帧?熱場(chǎng)底板、石英護(hù)套、石墨護(hù)套，其中在保溫裝置和保溫碳?xì)种g增加了支撐構(gòu)件，從上至 下依次為保溫裝置、支撐構(gòu)件、保溫碳?xì)?。一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中支撐構(gòu)件由支撐座和定位環(huán)組成，支撐座位 于定位環(huán)之上。一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的支撐座可以是3-20個(gè)的實(shí)心構(gòu)件， 也可以是環(huán)狀構(gòu)件。一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中在單晶爐底板上安裝有可調(diào)節(jié)高度的保溫 碳?xì)?，保溫碳?xì)稚显O(shè)有定位環(huán)，定位環(huán)內(nèi)設(shè)有下限位槽，定位環(huán)通過下限位槽固定支撐座的 下端。一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的熱場(chǎng)底板的下端設(shè)有上限位槽，熱場(chǎng) 底板通過上限位槽固定支撐座的上端。一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的定位環(huán)與單晶爐壁之間的距離為 0 30mmo一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的定位環(huán)可以是石墨材料。一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的支撐座是耐高溫、絕熱性好的陶瓷材 料，可以是氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硼、氮化鋁、氮化硅材料中的任意一種或幾種的混
I=I O本實(shí)用新型的工作原理現(xiàn)有技術(shù)，單晶爐內(nèi)熱量的傳熱途徑為碳?xì)譄崃恳粻t底不銹鋼一冷卻循環(huán)水。本技術(shù)方案，單晶爐內(nèi)熱量的傳熱途徑為碳?xì)譄崃恳粴鍤鈱?duì)流一爐底不銹鋼一 循環(huán)水碳?xì)帧鍤?、不銹鋼三者的導(dǎo)熱系數(shù)
導(dǎo)熱體名稱碳?xì)謿鍤獠讳P鋼導(dǎo)熱系數(shù)w/m*k0. 20. 016310-30從上面的傳熱途徑和導(dǎo)熱系數(shù)可以知道，現(xiàn)有技術(shù)中的熱量傳遞方式為傳導(dǎo)，即 直接通過不銹鋼傳導(dǎo)散熱，碳?xì)峙c爐底接觸面積和兩者的溫差都比較大，因此散熱量較大； 本技術(shù)方案的熱量傳遞方式為對(duì)流，即碳?xì)謱崃總鬟f給氬氣(爐底溫度相對(duì)較低，因此 可以不考慮熱量輻射)，通過氬氣對(duì)流，將熱量傳遞給爐底不銹鋼，從而降低了散熱效率，提 高了保溫性能，另外由于散熱過程中導(dǎo)熱系數(shù)的大幅度降低，也能較好的緩解爐底散熱，起 到保溫的效果。經(jīng)過熱場(chǎng)模擬可知，不銹鋼爐底板界面處的溫度相比現(xiàn)有技術(shù)下降了近60°C，另 外經(jīng)過發(fā)明人實(shí)際驗(yàn)證，等徑功率較傳統(tǒng)熱場(chǎng)每小時(shí)降低了 6-9KW，節(jié)省了 8% 13%得到 功耗。同時(shí)由于底部熱量流失的降低，減少了化料過程由于底部受熱不均勻造成的翻料狀況。[0025]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要是采用不同于傳統(tǒng)熱場(chǎng)的 定位與接觸方式，增加了定位環(huán)和支撐座來對(duì)熱場(chǎng)底板進(jìn)行限位，限制熱場(chǎng)裝配及使用過 程中的徑向移動(dòng)，保證加熱體與保溫部件之間距離的均一性和對(duì)中性。采用支撐座方式，實(shí) 現(xiàn)單晶爐底板與熱場(chǎng)底板之間的隔離，確保接觸方式為點(diǎn)接觸，從而減少兩者之間直接面 接觸造成的熱量流失，節(jié)省了能耗，同時(shí)也能有效防止因坩堝底部熔硅再結(jié)晶造成的漏硅 現(xiàn)象。

附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本實(shí)用新型的局部結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記單晶爐壁1、保溫裝置2、單晶爐底板3、保溫碳?xì)?、熱場(chǎng)底板5、石英護(hù) 套6、石墨護(hù)套7、定位環(huán)8、支撐座9、實(shí)心構(gòu)件10、環(huán)狀構(gòu)件11。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中在保溫裝置2和保溫碳?xì)?之間 增加了支撐構(gòu)件，從上至下依次為保溫裝置2、支撐構(gòu)件、保溫碳?xì)?。實(shí)施例2、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，包括單晶爐壁1、保溫裝置2、單晶爐底 板3、保溫碳?xì)?、熱場(chǎng)底板5、石英護(hù)套6、石墨護(hù)套7，其中在保溫裝置2和保溫碳?xì)?之 間增加了支撐構(gòu)件，從上至下依次為保溫裝置2、支撐構(gòu)件、保溫碳?xì)?。實(shí)施例3、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中支撐構(gòu)件由支撐座9和定位環(huán)8 組成，支撐座9位于定位環(huán)8之上。其余同實(shí)施例1或2。實(shí)施例4、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的支撐座9可以是3-20個(gè)的 實(shí)心構(gòu)件10，也可以是環(huán)狀構(gòu)件11。其余同實(shí)施例2。實(shí)施例4-1、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的支撐座9可以是3個(gè)的 實(shí)心構(gòu)件10，也可以是環(huán)狀構(gòu)件11。其余同實(shí)施例2。實(shí)施例4-2、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的支撐座9可以是7個(gè)的 實(shí)心構(gòu)件10，也可以是環(huán)狀構(gòu)件11。其余同實(shí)施例1。實(shí)施例4-3、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中 實(shí)心構(gòu)件10，也可以是環(huán)狀構(gòu)件11。其余同實(shí)施例2。實(shí)施例4-4、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中 實(shí)心構(gòu)件10，也可以是環(huán)狀構(gòu)件11。其余同實(shí)施例2。實(shí)施例4-5、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中 實(shí)心構(gòu)件10，也可以是環(huán)狀構(gòu)件11。其余同實(shí)施例2。實(shí)施例4-6、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中 實(shí)心構(gòu)件10，也可以是環(huán)狀構(gòu)件11。其余同實(shí)施例2。實(shí)施例5、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中在單晶爐底板3上安裝有可調(diào)節(jié) 高度的保溫碳?xì)?，保溫碳?xì)?上設(shè)有定位環(huán)8，定位環(huán)8內(nèi)設(shè)有下限位槽，定位環(huán)8通過下
所述的支撐座9可以是17個(gè)的 所述的支撐座9可以是11個(gè)的 所述的支撐座9可以是19個(gè)的 所述的支撐座9可以是20個(gè)的限位槽固定支撐座9的下端。其余同實(shí)施例3。實(shí)施例6、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的熱場(chǎng)底板5的下端設(shè)有上 限位槽，熱場(chǎng)底板5通過上限位槽固定支撐座9的上端。其余同實(shí)施例3。實(shí)施例7-1、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的定位環(huán)8與單晶爐壁1 之間的距離為0mm。其余同實(shí)施例3。實(shí)施例7-2、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的定位環(huán)8與單晶爐壁1 之間的距離為30mm。其余同實(shí)施例3。實(shí)施例7-3、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的定位環(huán)8與單晶爐壁1 之間的距離為12mm。其余同實(shí)施例3。實(shí)施例8、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的定位環(huán)8可以是石墨材料。 其余同實(shí)施例3。實(shí)施例9、一種低功耗硅單晶爐熱場(chǎng)裝置，其中所述的支撐座9是耐高溫、絕熱性 好的陶瓷材料，可以是氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硼、氮化鋁、氮化硅材料中的任意一種 或幾種的混合。其余同實(shí)施例1、或?qū)嵤├?、或?qū)嵤├?。
權(quán)利要求1.一種低功耗硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)裝置，包括單晶爐壁(1)、保溫裝置O)、單晶爐底板 (3)、保溫碳?xì)?)、熱場(chǎng)底板(5)、石英護(hù)套(6)、石墨護(hù)套(7)，其特征在于在保溫裝置(2)和保溫碳?xì)?4)之間增加了支撐構(gòu)件，從上至下依次為保溫裝置O)、支撐構(gòu)件、保溫碳 氈⑷。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低功耗硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)裝置，其特征在于支撐構(gòu)件由支 撐座(9)和定位環(huán)(8)組成，支撐座(9)位于定位環(huán)(8)之上。
3.如權(quán)利要求2所述的一種低功耗硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)裝置，其特征在于所述的支撐座 (9)是3-20個(gè)的實(shí)心構(gòu)件(10)，或環(huán)狀構(gòu)件(11)。
4.如權(quán)利要求2所述的一種低功耗硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)裝置，其特征在于在單晶爐底板(3)上安裝有可調(diào)節(jié)高度的保溫碳?xì)?，保溫碳?xì)?4)上設(shè)有定位環(huán)(8)，定位環(huán)(8)內(nèi)設(shè) 有下限位槽，定位環(huán)⑶通過下限位槽固定支撐座(9)的下端。
5.如權(quán)利要求2所述的一種低功耗硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)裝置，其特征在于所述的熱場(chǎng)底 板(5)的下端設(shè)有上限位槽，熱場(chǎng)底板( 通過上限位槽固定支撐座(9)的上端。
6.權(quán)利要求2所述的一種低功耗硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)裝置，其特征在于所述的定位環(huán)(8) 與單晶爐壁(1)之間的距離為0 30mm。
7.權(quán)利要求2所述的一種低功耗硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)裝置，其特征在于所述的定位環(huán)(8) 是石墨材料。
8.權(quán)利要求2所述的一種低功耗硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)裝置，其特征在于所述的支撐座(9) 是耐高溫、絕熱性好的陶瓷材料，所述的支撐座(9)是氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硼、氮 化鋁或氮化硅材料。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于光伏或半導(dǎo)體領(lǐng)域的硅單晶制造設(shè)備，尤其涉及一種用于CZ法直拉硅單晶生長(zhǎng)的節(jié)能熱場(chǎng)裝置。該裝置主要包括單晶爐壁(1)、保溫裝置(2)、單晶爐底板(3)、保溫碳?xì)?4)、熱場(chǎng)底板(5)、石英護(hù)套(6)、石墨護(hù)套(7)，其特征在于在保溫裝置中增加了定位環(huán)(8)和支撐座(9)。通過本實(shí)用新型提供的定位環(huán)(8)和支撐座(9)不僅能夠保證加熱體與保溫部件之間距離的均一性和對(duì)中性，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了單晶爐底板(3)和熱場(chǎng)底板(5)之間的點(diǎn)接觸，從而減少了兩者之間直接面接觸造成的熱量流失，節(jié)省了能耗，同時(shí)也能有效防止因坩堝底部熔硅再結(jié)晶造成的漏硅現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C30B15/14GK201883180SQ201020291768
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者傅志斌, 趙能偉, 鄒攀, 黃偉冬 申請(qǐng)人:江西賽維Ldk太陽(yáng)能高科技有限公司