專(zhuān)利名稱：直拉式單晶生長(zhǎng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直拉式單晶生長(zhǎng)爐。
背景技術(shù)：
圖1為切克勞斯基(直拉)法制造硅單晶的單晶爐剖面示意圖；圖1-2 中，l為爐筒，2為保溫蓋，3為保溫蓋，4為保溫材津牛，5為保溫罩，6為 加熱器，7為水套，8為石英堝，9為導(dǎo)流筒，IO為爐底護(hù)盤(pán)、12為氬氣輸 入管、11為分布有出氣孔11-1的環(huán)形氣體分布器、13為排氣口。
直拉硅單晶在生長(zhǎng)過(guò)程中需要向爐內(nèi)不斷充入氬氣，并與爐內(nèi)生成的 一氧化硅及雜質(zhì)粉塵混合，由于單晶爐內(nèi)的加熱器和坩堝支持器等均由石 墨制成， 一氧化硅易腐蝕所述石墨制成的器件且雜質(zhì)粉塵易吸附在這些器 件上，從而影響了單晶爐的使用壽命。因此，在向單晶爐內(nèi)不斷充入氬氣 的同時(shí)，還必須用真空泵將混合氣體排出爐外；在排氣時(shí)，混合氣體流經(jīng) 爐中的加熱器、坩堝支持器等處，最后經(jīng)過(guò)爐下端的排氣口排出。
上述圖1的單晶爐的不足之處在于單晶爐內(nèi)空間較大，尤其是坩堝 支持器下方的空間較大，導(dǎo)致坩堝支持器下方的混合氣體不能及時(shí)排出， 熱能消耗量較大；另外，現(xiàn)有技術(shù)中，從氬氣輸入管向爐內(nèi)充入氬氣時(shí)， 充氣氣壓為1. 3x 103pa，氬氣流量為40L/min,因此其氬氣消耗量大，生產(chǎn) 成本較高。
中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN1205362C公開(kāi)了 一種直拉硅單晶爐熱場(chǎng)的氣流控制方 法及裝置，其包括在單晶爐晶體生長(zhǎng)室內(nèi)的石墨加熱器和保溫筒間裝有密 封導(dǎo)氣裝置，使含有一氧化硅的氬氣氣體的氣流經(jīng)密封導(dǎo)氣裝置的導(dǎo)氣管 及排氣口，在真空泵的作用下，排出爐外。密封導(dǎo)氣管裝置由導(dǎo)氣管、底 座、密封環(huán)、排氣口所組成，安裝在石墨加熱器和保溫筒之間。
上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于單晶爐的坩堝支持器下方的混合氣體 不能有效的排出，從而使混合氣體中的一氧化硅對(duì)加熱器和坩堝進(jìn)行腐蝕， 影響單晶爐的使用壽命。且其向爐內(nèi)充入氬氣時(shí)的充氣氣壓在1. 3xi03Pa 以上，導(dǎo)致其氬氣流量較大，故而氬氣消耗量大，生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種易于及時(shí)排出爐內(nèi)的混合氣體，且可減少熱 能及氬氣消耗的直拉式單晶生長(zhǎng)爐。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種直拉式單晶生長(zhǎng)爐，其包括 氬氣輸入管、與氬氣輸入管相連通的環(huán)形氣體分布器；其特征在于經(jīng)氬 氣輸入管輸入的氬氣氣壓為0. 8xl03Pa至0. 9xl03Pa,氬氣流量為 30L/min。
上述技術(shù)方案中，還包括設(shè)于直拉式單晶生長(zhǎng)爐的坩堝支持器下方和 該爐底部的排氣口之間的氣流導(dǎo)向裝置；該氣流導(dǎo)向裝置為碗形，其包括 設(shè)于氣流導(dǎo)向裝置底部中央的中軸孔、設(shè)于所述中軸孔兩側(cè)的 一對(duì)電極孔、 以及設(shè)于所述中軸孔兩側(cè)并與該爐的排氣口相對(duì)的通氣孔；該爐的石墨中 軸穿過(guò)所述氣流導(dǎo)向裝置的中軸孔，該爐的 一對(duì)電極柱分別穿過(guò)所述電極 孔，該爐的排氣口與氣流導(dǎo)向裝置的各通氣孔相連通，氣流導(dǎo)向裝置的上 端部設(shè)于該爐的保溫筒與發(fā)熱體之間。
所述氣流導(dǎo)向裝置的中軸孔與該爐的石墨中軸活動(dòng)密封連接，以防止 因該中軸孔與石墨中軸之間的間隙而漏氣，影響排氣效果。
所述氣流導(dǎo)向裝置的電極孔分別與該爐的電極柱密封連接，以防止因 該電極孔與電極柱之間的間隙而漏氣，影響排氣效果。
所述氣流導(dǎo)向裝置的上端部的外壁與該爐的保溫筒密封連接，以防止 因氣流導(dǎo)向裝置的上端部的外壁與該爐的保溫筒之間的間隙而漏氣，影響 排氣效果。 ，
所述氣流導(dǎo)向裝置各通氣孔與該爐的排氣口通過(guò)通氣管相連通，以提 高排氣效果。
所述氣流導(dǎo)向裝置由石墨制成，石墨具有強(qiáng)度高、抗熱震性好、耐高 溫、抗氧化、電阻系數(shù)小、耐腐蝕、易于精密機(jī)加工等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明的直拉式單晶生長(zhǎng)爐中，經(jīng)氬氣 輸入管輸入的氬氣氣壓為0. 8 x 103pa至0. 9 x l03Pa,氬氣流量為30L/min。 該氬氣流量不但不影響該爐中單晶的生長(zhǎng)，平均每個(gè)直拉式單晶生長(zhǎng)爐每 天可少消耗1440L氬氣，有效降低了生產(chǎn)成本，且利于在硅單晶生長(zhǎng)過(guò)程 中單晶分子排列結(jié)構(gòu)的整齊性，還利于提高電阻率的均布性。(2)本發(fā)明 的直拉式單晶生長(zhǎng)爐中，碗形的氣流導(dǎo)向裝置設(shè)于坩堝支持器下方和爐底部的排氣口之間，且氣流導(dǎo)向裝置的中軸孔及一對(duì)電極孔分別與該爐的石 墨中軸及一對(duì)電極孔配合設(shè)置，有效地減小了爐內(nèi)空間，便于迅速及時(shí)地 將爐內(nèi)的一氧化硅與氬氣的混合氣體排出，且利于減少熱能和氬氣的消耗
量，使原有的引晶功率從65KW減到61KW;另外，由于該爐的排氣口與氣流 導(dǎo)向裝置的各通氣孔相連通，整個(gè)爐內(nèi)的一氧化硅與氬氣的混合氣體(包 括坩堝支持器下方的混合氣體)能通暢地排出爐外，整個(gè)爐內(nèi)不存在排氣 不暢的地方，即不存在排氣死角，既有效地防止了一氧化硅氣體對(duì)加熱器 和坩堝支持器等石墨器件的腐蝕，還可使吸附在這些石墨器件上的雜質(zhì)粉 塵減少30%以上，從而確保了該爐的使用壽命，使所述石墨器件的使用壽 命從原來(lái)的90爐次提高至11G爐次以上，另外還可對(duì)硅晶體的生長(zhǎng)過(guò)程起 到穩(wěn)定作用，使平均成品率從原來(lái)的65%提高至68%以上，并可提高單晶 的內(nèi)在質(zhì)量。本發(fā)明的氣流導(dǎo)向裝置的一對(duì)通氣孔與該爐的 一對(duì)排氣口相 對(duì)設(shè)置，縮短了排氣管路，利于提高排氣效率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的切克勞斯基(直拉)法制造硅單晶的直拉式單晶生長(zhǎng) 爐的剖面結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中的氬氣輸入管與環(huán)形氣體分布器的結(jié)構(gòu)示意圖3為實(shí)施例1中直拉式單晶生長(zhǎng)爐的氣流導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖4為圖3的A-A剖面視圖5為為圖3的B-B剖面視圖6為實(shí)施例1中直拉式單晶生長(zhǎng)爐的剖面結(jié)構(gòu)示意圖7為實(shí)施例1中直拉式單晶生長(zhǎng)爐的另一剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
(實(shí)施例1)
見(jiàn)圖2-7,本實(shí)施例的直拉式單晶生長(zhǎng)爐包括氬氣輸入管12、與氬 氣輸入管12相連通的環(huán)形氣體分布器11;其特征在于經(jīng)氬氣輸入管12 輸入的氬氣氣壓為0. 8 x 103Pa至0. 9 x 103Pa,氬氣流量為30L/min。
還包括設(shè)于該爐的坩堝支持器14下方和該爐底部的排氣口 13之間 的碗形的氣流導(dǎo)向裝置20;其包括設(shè)于氣流導(dǎo)向裝置20底部中央的中軸 孔2-l、設(shè)于所述中軸孔2-1兩側(cè)的一對(duì)電極孔2-2、以及設(shè)于所述中軸孔 2-1兩側(cè)并與該爐的排氣口 13相對(duì)的通氣孔2-3;該爐的石墨中軸21穿過(guò)所述氣流導(dǎo)向裝置20的中軸孔2-1，該爐的一對(duì)電極柱15分別穿過(guò)所述電 極孔2-2，該爐的排氣口 13與氣流導(dǎo)向裝置20的各通氣孔2-3相連通，氣 流導(dǎo)向裝置20的上端部2-4設(shè)于該爐的保溫筒17與發(fā)熱體16之間。
在該爐工作前，由設(shè)于排氣口 13上的真空泵將爐內(nèi)空氣排盡，然后從 該爐上端充入氬氣。工作時(shí)，爐內(nèi)的石英坩堝上方不斷有一氧化硅和粉塵 雜質(zhì)生成，因此在不斷充入氬氣的同時(shí)，所述真空泵同時(shí)將一氧化硅、粉 塵雜質(zhì)與氬氣等的混合氣體排出，其中，氣體的流動(dòng)過(guò)程為從石英坩堝上 方經(jīng)坩堝支持器14與發(fā)熱體16之間的間隙，以及發(fā)熱體16與保溫筒17 之間的間隙流入氣流導(dǎo)向裝置20,然后經(jīng)圖6中的氣流導(dǎo)向裝置20的一對(duì) 通氣孔2-3、通氣管19從排氣口 13排出。
本實(shí)施例的氣流導(dǎo)向裝置20可有效減小爐內(nèi)空間(尤其是坩堝支持器 14下方的空間)，便于排氣，且利于減少熱能和氬氣的消耗量；另外，由于 該爐的排氣口 13與氣流導(dǎo)向裝置20的各通氣孔2-3相連通，整個(gè)爐內(nèi)的 一氧化硅與氬氣的混合氣體(包括坩堝支持器14下方的混合氣體)能通暢 地排出爐外，整個(gè)爐內(nèi)不存在排氣死角，既有效地防止了一氧化硅氣體對(duì) 加熱器7和坩堝支持器14等石墨器件的腐蝕，還可有效防止雜質(zhì)粉塵吸附 在這些石墨器件上，從而確保了該爐的使用壽命。氣流導(dǎo)向裝置20的一對(duì) 通氣孔2-3與該爐的一對(duì)排氣口 13相對(duì)設(shè)置，縮短了排氣管路的長(zhǎng)度，利 于提高排氣效率。
見(jiàn)圖6-7，所述氣流導(dǎo)向裝置20的中軸孔2-1與該爐的石墨中軸21活 動(dòng)密封連接，以防止因該中軸孔2-1與石墨中軸21之間的間隙而漏氣，影 響排氣效果。
見(jiàn)圖6，氣流導(dǎo)向裝置20的電極孔2-2分別與該爐的電極柱15密封連 接，以防止因該電極孔2-2與電極柱15之間的間隙而漏氣，影響排氣效果。
見(jiàn)圖6或7,所述氣流導(dǎo)向裝置20的上端部2-4的外壁與該爐的保溫 筒17密封連接，以防止因氣流導(dǎo)向裝置20的上端部2-4的外壁與該爐的 保溫筒17之間的間隙而漏氣，影響排氣效果。
見(jiàn)圖7,所述氣流導(dǎo)向裝置20各通氣孔2-3與該爐的排氣口 13通過(guò)通 氣管19相連通，以提高排氣效果。
所述氣流導(dǎo)向裝置20由石墨制成，石墨具有強(qiáng)度高、抗熱震性好、耐 高溫、抗氧化、電阻系數(shù)小、耐腐蝕、易于精密機(jī)加工等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、一種直拉式單晶生長(zhǎng)爐，包括設(shè)于該爐頂部并伸入爐內(nèi)的氬氣輸入管(12)、與氬氣輸入管(12)相連通的環(huán)形氣體分布器(11)；其特征在于經(jīng)氬氣輸入管(12)輸入的氬氣氣壓為0.8×103Pa至0.9×103Pa，氬氣流量為30L/min。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直拉式單晶生長(zhǎng)爐，其特征在于還包括 設(shè)于該爐的坩堝支持器(14)下方和該爐底部的排氣口 (13)之間的氣流 導(dǎo)向裝置(20);該氣流導(dǎo)向裝置(20)為碗形，其包括設(shè)于氣流導(dǎo)向裝 置(20)底部中央的中軸孔(2-1)、設(shè)于所述中軸孔(2-1)兩側(cè)的一對(duì)電 極孔(2-2)、以及設(shè)于所述中軸孔(2-1)兩側(cè)并與該爐的排氣口 (13)相 對(duì)的通氣孔(2-3);該爐的石墨中軸(21)穿過(guò)所疼氣流導(dǎo)向裝置(20) 的中軸孔(2-1)，該爐的一對(duì)電極柱(15)分別穿過(guò)所述電極孔(2-2)， 該爐的排氣口 (13)與氣流導(dǎo)向裝置(20)的各通氣孔(2-3)相連通，氣 流導(dǎo)向裝置(20)的上端部(2-4)設(shè)于該爐的保溫筒(17)與發(fā)熱體(16) 之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直拉式單晶生長(zhǎng)爐，其特征在于所述氣流 導(dǎo)向裝置(20)的中軸孔(2-1)與該爐的石墨中軸(21)活動(dòng)密封連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的直拉式單晶生長(zhǎng)爐，其特征在于所述 氣流導(dǎo)向裝置(20 )的電極孔(2-2 )分別與該爐的電極柱(15 )密封連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的直拉式單晶生長(zhǎng)爐，其特征在于所述氣流 導(dǎo)向裝置(20)的上端部(2-4)的外壁與該爐的保溫筒(17)密封連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直拉式單晶生長(zhǎng)爐，其特征在于所述氣流 導(dǎo)向裝置(20)各通氣孔(2-3)與該爐的排氣口 (13)通過(guò)通氣管(19) 相連通。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的直拉式單晶生長(zhǎng)爐，其特征在于所述氣流 導(dǎo)向裝置(20)由石墨制成。
全文摘要
為減少直拉式單晶生長(zhǎng)爐的氬氣消耗的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種直拉式單晶生長(zhǎng)爐，其包括氬氣輸入管、與氬氣輸入管相連通的環(huán)形氣體分布器；其特征在于經(jīng)氬氣輸入管輸入的氬氣氣壓為0.8×10³Pa至0.9×10³Pa，氬氣流量為30L/min。還包括設(shè)于坩堝支持器下方和排氣口之間的碗形氣流導(dǎo)向裝置；其包括中軸孔、一對(duì)電極孔、以及與排氣口相對(duì)的通氣孔；石墨中軸穿過(guò)所述氣流導(dǎo)向裝置的中軸孔，所述電極柱分別穿過(guò)所述電極孔，排氣口與氣流導(dǎo)向裝置的各通氣孔相連通，氣流導(dǎo)向裝置的上端部設(shè)于保溫筒與發(fā)熱體之間。
文檔編號(hào)C30B27/00GK101319352SQ20081012272
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者冉茂華 申請(qǐng)人:常州中弘光伏有限公司