TWI812507B - 坩堝和單晶爐 - Google Patents
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Abstract
本發明屬於一種坩堝和單晶爐，坩堝應用於單晶爐內，包括坩堝主體，該坩堝主體的外部圍設有加熱結構，且該加熱結構通過絕緣導熱層與該坩堝主體連接，該加熱結構的外部罩設有隔熱保護罩，且該隔熱保護罩和該坩堝主體合圍形成容納該加熱結構的密封空間。
Description
本發明屬於矽產品製作技術領域，尤其關於一種坩堝和單晶爐。
直拉法生產單晶矽是目前製備單晶矽的最主要方法，熱場系統是矽材料成晶的最重要的條件之一，熱場的溫度梯度分佈直接影響著是否能順利地拉出單晶和控制單晶的品質好壞，特別是通過直拉法單晶爐生長單晶矽材料的過程中，通常利用石墨熱場提供生長溫度，梯度控制等。具體過程中，是在低真空度且伴有惰性氣體環境中進行多晶原料的熔化，通過籽晶的接觸，旋轉提升製備得到單晶材料，其中熱源主要來自於石墨加熱器。傳統熱場結構中，加熱器普遍以位於坩堝外周的固定加熱器為主，加熱器產生熱能以輻射的形式對坩堝以及內部矽料進行加熱，這種加熱方式為間接加熱，加熱效率較低。
為瞭解決上述技術問題，本發明提供一種坩堝和單晶爐，解決加熱效率低的問題。
為了達到上述目的，本發明實施例採用的技術方案是：一種坩堝，應用於單晶爐內，包括坩堝主體，該坩堝主體的外部圍設有加熱結構，且該加熱結構通過絕緣導熱層與該坩堝主體連接，該加熱結構的外部罩設有隔熱保護罩，且該隔熱保護罩和該坩堝主體合圍形成容納該加熱結構的密封空間。
可選地，該坩堝主體包括多個瓣體，每個該些瓣體上設置有該加熱結構。
可選地，該坩堝主體的底部通過支撐結構支撐，該隔熱保護罩包括頂壁和側壁，該頂壁遠離該側壁的部分與該坩堝主體的頂部搭接，該側壁圍設於該坩堝的四周；
該隔熱保護罩還包括底壁，該底壁與該坩堝主體的底部連接，或者該底壁與該支撐結構連接，或者該底壁與該單晶爐的爐體的底部連接。
可選地，該側壁靠近該坩堝主體的內表面上設置有凹槽，該加熱結構嵌設於該凹槽內。
可選地，該加熱結構包括呈折線狀縱向分佈的條形結構，該加熱結構的起始端和結束端均位於該坩堝主體的底部。
可選地，該坩堝主體的外側壁上設置圖案化的凸起以形成呈折線狀的凹槽，該加熱結構容納於該凹槽內形成與該凹槽的圖案相同的圖案。
可選地，該加熱結構包括：
由該坩堝主體的底部向該坩堝主體的頂部延伸的第一線段；
沿該第一線段的延伸方向分佈的多組分支線段，該分支線段的第一端與該第一線段連接，該分支線段的第二端沿該坩堝主體的周向延伸並多次彎折形成S狀；
第二線段，該第二線段與該第一線段平行，且該第二線段的一端與每個該分支線段的第二端對應連接，另一端延伸至該坩堝主體的底部。
可選地，該坩堝主體的底部通過支撐結構支撐，該支撐結構包括支撐軸和支撐託盤，該支撐託盤與該坩堝主體連接的一面具有凹槽，該坩堝主體的底部具有與該凹槽相配合的凸起。
本發明實施例還提供一種單晶爐，包括爐體，以及上述的坩堝。
本發明的有益效果是：該加熱結構通過絕緣導熱層與該坩堝主體連接，通過固定間熱傳導的方式進行加熱，提高加熱效率。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但並不用於限定本發明。
需要說明的是，當元件被稱為“固定於”或“設置於”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者間接在所述另一個元件上。當一個元件被稱為是“連接於”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或間接連接至所述另一個元件上。
需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水準”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特徵。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的具有通常知識者而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
參考圖1和圖2，相關技術中，相關技術中，單晶爐包括爐體5，爐體5內設置有坩堝（坩堝包括石英坩堝3和石墨坩堝9），坩堝通過支撐結構10支撐，加熱器8普遍以位於坩堝外周的固定為主，加熱器8與坩堝之間是具有一定的距離的，加熱器產生熱能以輻射的形式對坩堝以及內部矽料進行加熱，這種加熱方式為間接加熱，加熱效率較低。
參考圖2-圖5，針對上述問題，本實施例提供一種坩堝，應用於單晶爐內，包括坩堝主體，該坩堝主體的外部圍設有加熱結構101，且該加熱結構101通過絕緣導熱層與該坩堝主體連接，該加熱結構101的外部罩設有隔熱保護罩102，且該隔熱保護罩102和該坩堝主體合圍形成容納該加熱結構101的密封空間。
該坩堝主體的外部圍設有加熱結構101，且該加熱結構101通過絕緣導熱層與該坩堝主體連接，即該絕緣導熱層與該坩堝主體直接接觸，該加熱結構101與該絕緣導熱層直接接觸，即該坩堝主體、該絕緣導熱層和該加熱結構101之間是固定間的直接接觸，對比圖1的結構，這樣的結構連接方式，直接改變了傳統熱場結構在實際應用過程熱量的傳輸方式：從熱輻射到固體間熱傳導的方式轉變，極大的提高了熱場以及設備的熱效率，降低了熱損耗；且位於加熱結構101外側的隔熱保護罩102可將加熱結構101整體包覆，一方面可避免製程過程中生成的氧化物沉積在加熱體表面，影響加熱效果，另一方面也可減少加熱結構101向外熱輻射，維持加熱穩定，降低功耗。
示例性地，該絕緣導熱層採用石墨或陶瓷等材料製成。
示例性地，該坩堝主體的厚度為1-2cm，但並不以此為限。
在示例性的實施方式中，該坩堝主體包括多個瓣體，每個該些瓣體上設置有該加熱結構101。
在示例性的實施方式中，該坩堝主體的底部通過支撐結構2支撐，該隔熱保護罩102包括頂壁和側壁，該頂壁遠離該側壁的部分與該坩堝主體的頂部搭接，該側壁圍設於該坩堝的四周；
該隔熱保護罩102還包括底壁，該底壁與該坩堝主體的底部連接，或者該底壁與該支撐結構2連接，或者該底壁與該單晶爐的爐體的底部連接。
在示例性的實施方式中，該側壁靠近該坩堝主體的內表面上設置有凹槽，該加熱結構101嵌設於該凹槽內。
在示例性的實施方式中，該加熱結構101包括呈折線狀縱向分佈的條形結構，該加熱結構101的起始端和結束端均位於該坩堝主體的底部。
在示例性的實施方式中，該坩堝主體的外側壁上設置圖案化的凸起以形成呈折線狀的凹槽，該加熱結構101容納於該凹槽內形成與該凹槽的圖案相同的圖案。
在示例性的實施方式中，該加熱結構101包括：
由該坩堝主體的底部向該坩堝主體的頂部延伸的第一線段1011；
沿該第一線段1011的延伸方向分佈的多組分支線段1012，該分支線段1012的第一端與該第一線段1011連接，該分支線段1012的第二端沿該坩堝主體的周向延伸並多次彎折形成S狀；
第二線段1013，該第二線段1013與該第一線段1011平行，且該第二線段1013的一端與每個該分支線段1012的第二端對應連接，另一端延伸至該坩堝主體的底部。
示例性地，該分支線段1012由該第一線段1011的第一側起始，沿著該坩堝主體的周向方向延伸至該第一線段1011與該第一側相對的另一側，然後反向彎折，經過至少一次彎折形成該分支線段1012。
示例性地，該加熱結構101可以包括多個加熱部，多個該加熱部沿該坩堝主體的周向分佈，每個該加熱部包括：
由該坩堝主體的底部向該坩堝主體的頂部延伸的第一線段1011；
沿該第一線段1011的延伸方向分佈的多組分支線段1012，該分支線段1012的第一端與該第一線段1011連接，該分支線段1012的第二端沿該坩堝主體的周向延伸並多次彎折形成S狀；
第二線段1013，該第二線段1013與該第一線段1011平行，且該第二線段1013的一端與每個該分支線段1012的第二端對應連接，另一端延伸至該坩堝主體的底部。
示例性地，該坩堝主體包括多個瓣體，每個瓣體上設置有該加熱結構101，每個瓣體包括相對的兩個側邊，該分支線段1012在兩個側邊之間反復彎折延伸設置。
示例性的實施方式中，該分支線段包括沿該坩堝主體的周向方向延伸的多個子線段，同一分支線段中的相鄰兩個子線段之間的距離相等。
示例性地，不同的分支線段中的相鄰兩個子線段之間的距離相等。
示例性地，在該坩堝主體的徑向方向上，該加熱結構的厚度為2-3cm，但並不以此為限。
示例性的實施方式中，該坩堝主體的底部通過支撐結構2支撐，該支撐結構2包括支撐軸和支撐託盤，該支撐託盤與該坩堝主體連接的一面具有凹槽，該坩堝主體的底部具有與該凹槽相配合的凸起。
本發明實施例還提供一種單晶爐，包括爐體，以及上述的坩堝。
在實際製程過程中，該坩堝是旋轉的，為了保證在旋轉過程中，該加熱結構101的通電狀態，該單晶爐還包括與該加熱部的引出電極連接的環形電極，該引出電極和該環形電極之間通過導電件連接，該導電件設置於該支撐結構2上，且該導電件的一端穿過該支撐託盤與該加熱結構101的引出電極（該第一線段1011位於該坩堝底部的一端以及該第二線段1013位於該坩堝底部的一端均設置有引出電極）連接，該導電件的另一端與該環形電極連接，且可沿著該環形電極旋轉。
該支撐軸的外部圍設有環形殼體，該環形殼體的內壁上凸設有環繞該支撐軸的環形凸起，該環形凸起形成該環形電極，環形電極的數量與該引出電極的數量相對應，該環形殼體的外壁上設置有與該環形電極一一對應連接的外接電極。
示例性地，該支撐託盤上設置有螺紋安裝孔，該導電件的一端設置有與對應的該引出電極連接的螺栓電極，該導電件的另一端設置於該環形電極連接的連接凸起，在該環形殼體的徑向方向上，該連接凸起的連接面的寬度小於或等於該環形凸起的連接面的寬度，在該環形殼體的軸向方向上，該連接凸起的厚度小於相鄰兩個該環形凸起之間的距離，避免短路。
該單晶爐包括爐體5，該爐體5內設置有坩堝（包括石墨坩堝1和石英坩堝3），坩堝內容納有矽熔體6，晶棒7，坩堝的外部把包覆有加熱結構101，加熱結構101的外部罩設有隔熱保護罩102，該爐體5的內側部還設置有保溫層4。
上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的具有通常知識者在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可做出很多形式，均屬於本發明的保護之內。
1:石墨坩堝
101:加熱結構
1011:第一線段
1012:分支線段
1013:第二線段
102:隔熱保護罩
2:支撐結構
3:石英坩堝
4:保溫層
5:爐體
6:矽熔體
7:晶棒
8:加熱器
9:石墨坩堝
10:支撐結構
圖1表示相關技術中的單晶爐的結構示意圖；
圖2表示本發明實施例中的單晶爐的結構示意圖；
圖3表示本發明實施例中的坩堝的結構示意圖一；
圖4表示本發明實施例中的坩堝的結構示意圖二；
圖5表示本發明實施例中的加熱結構的結構示意圖。
1:石墨坩堝
101:加熱結構
102:隔熱保護罩
2:支撐結構
3:石英坩堝
4:保溫層
5:爐體
6:矽熔體
7:晶棒
Claims (9)
- 一種坩堝，應用於單晶爐內，該坩堝包括坩堝主體，該坩堝主體的外部圍設有加熱結構，且該加熱結構通過絕緣導熱層與該坩堝主體連接，該加熱結構的外部罩設有隔熱保護罩，且該隔熱保護罩和該坩堝主體合圍形成容納該加熱結構的密封空間。
- 如請求項1所述的坩堝，其中，該坩堝主體包括多個瓣體，每個該些瓣體上設置有該加熱結構。
- 如請求項1所述的坩堝，其中，該坩堝主體的底部通過支撐結構支撐，該隔熱保護罩包括頂壁和側壁，該頂壁遠離該側壁的部分與該坩堝主體的頂部搭接，該側壁圍設於該坩堝的四周； 該隔熱保護罩還包括底壁，該底壁與該坩堝主體的底部連接，或者該底壁與該支撐結構連接，或者該底壁與該單晶爐的爐體的底部連接。
- 如請求項3所述的坩堝，其中，該側壁靠近該坩堝主體的內表面上設置有凹槽，該加熱結構嵌設於該凹槽內。
- 如請求項1所述的坩堝，其中，該加熱結構包括呈折線狀縱向分佈的條形結構，該加熱結構的起始端和結束端均位於該坩堝主體的底部。
- 如請求項5所述的坩堝，其中，該坩堝主體的外側壁上設置圖案化的凸起以形成呈折線狀的凹槽，該加熱結構容納於該凹槽內形成與該凹槽的圖案相同的圖案。
- 如請求項6所述的坩堝，其中，該加熱結構包括： 由該坩堝主體的底部向該坩堝主體的頂部延伸的第一線段； 沿該第一線段的延伸方向分佈的多組分支線段，該分支線段的第一端與該第一線段連接，該分支線段的第二端沿該坩堝主體的周向延伸並多次彎折形成S狀； 第二線段，該第二線段與該第一線段平行，且該第二線段的一端與每個該分支線段的第二端對應連接，另一端延伸至該坩堝主體的底部。
- 如請求項1所述的坩堝，其中，該坩堝主體的底部通過支撐結構支撐，該支撐結構包括支撐軸和支撐託盤，該支撐託盤與該坩堝主體連接的一面具有凹槽，該坩堝主體的底部具有與該凹槽相配合的凸起。
- 一種單晶爐，包括爐體，以及請求項1至8中任一項所述的坩堝。
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