一種快速提高直拉硅單晶生長(zhǎng)速度的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造屬于硅單晶制備裝置領(lǐng)域，尤其是涉及一種快速提高直拉硅單晶生長(zhǎng)速度的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]直拉法生長(zhǎng)單晶硅是目前生產(chǎn)單晶硅最廣泛的應(yīng)用技術(shù)，而隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，在保證品質(zhì)的前提下需要提高生產(chǎn)效率，以降低成本。而提高生產(chǎn)效率的最直接的方式為提高晶體等徑生長(zhǎng)的速度，縮短拉晶時(shí)間。首先需增加晶體軸向溫度梯度以增加結(jié)晶潛熱的釋放，其次降低結(jié)晶界面處熔體內(nèi)軸向溫度梯度。
[0003]一種帶水冷套的直拉式硅單晶生長(zhǎng)爐，其是在熱屏上方與單晶棒提升區(qū)間增加了水冷套裝置，主要特點(diǎn)是加快晶體向水冷套的散熱，提升拉速。其不足在于:水冷套材質(zhì)為不銹鋼，其吸收系數(shù)為0.18-0.45間，不利于對(duì)晶體輻射熱量的吸收，大大降低了水冷套的散熱效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明創(chuàng)造要解決的問題是提供一種可增加低溫區(qū)(如水冷套和爐蓋內(nèi)壁)對(duì)硅晶體輻射熱和導(dǎo)流筒輻射熱的吸收作用的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是:一種快速提高直拉硅單晶生長(zhǎng)速度的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括爐體、爐蓋、位于爐體內(nèi)部的坩禍、位于爐體內(nèi)且位于坩禍外的加熱裝置、位于爐體內(nèi)且位于加熱裝置外的保溫裝置、位于保溫裝置內(nèi)部且位于坩禍上部的導(dǎo)流筒和位于導(dǎo)流筒內(nèi)部且位于坩禍上方的單晶棒提升區(qū)域，還包括水冷套和水冷套外吸收層，所述水冷套為空心圓柱形結(jié)構(gòu)，所述水冷套設(shè)置在導(dǎo)流筒和單晶棒提升區(qū)域之間，所述水冷套外吸收層與水冷套緊密貼合。
[0006]優(yōu)選地，所述水冷套外吸收層還包括內(nèi)吸收層和外吸收層，所述內(nèi)吸收層和外吸收層均為筒狀結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)吸收層與水冷套內(nèi)壁緊密貼合，所述外吸收層與水冷套外壁緊密貼合。
[0007]優(yōu)選地，所述內(nèi)吸收層和外吸收層一體成型，且底部封閉連接。
[0008]優(yōu)選地，還包括爐蓋內(nèi)吸收層，所述爐蓋內(nèi)吸收層與爐蓋內(nèi)壁緊密貼合。
[0009]優(yōu)選地，所述水冷套外吸收層和爐蓋內(nèi)吸收層均為高吸收系數(shù)材料。
[0010]本發(fā)明創(chuàng)造具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明創(chuàng)造一方面降低導(dǎo)流筒的表面溫度，增加導(dǎo)流筒對(duì)硅晶體輻射熱的吸收能力，加快晶體的散熱；另一方面增加水冷套外吸收層對(duì)硅晶體和導(dǎo)流筒輻射熱量的吸收，增加硅晶體的溫度梯度，加快單晶結(jié)晶潛熱的釋放，進(jìn)而迅速有效的提高拉速、改善品質(zhì)，同時(shí)降低功耗、提高效率、節(jié)約成本。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明創(chuàng)造結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是圖1中局部結(jié)構(gòu)放大圖；
[0013]圖3是內(nèi)吸收層和外吸收層分別與水冷套內(nèi)、外壁緊密貼合結(jié)構(gòu)正視圖；
[0014]圖4是內(nèi)吸收層和外吸收層分別與水冷套內(nèi)、外壁緊密貼合結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0015]圖5是本發(fā)明創(chuàng)造吸熱效果圖；
[0016]圖中:1-爐蓋，2-爐蓋內(nèi)吸收層，3-水冷套，4-水冷套外吸收層，5-導(dǎo)流筒，6-單晶棒提升區(qū)域，7-內(nèi)吸收層，8-外吸收層，9-坩禍，10-加熱裝置，11-保溫裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的具體實(shí)施例做詳細(xì)說明。
[0018]第一實(shí)施例:
[0019]如圖1所示，一種快速提高直拉硅單晶生長(zhǎng)速度的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括爐體、爐蓋1、位于爐體內(nèi)部的坩禍9、位于爐體內(nèi)且位于坩禍9外的加熱裝置10、位于爐體內(nèi)且位于加熱裝置10外的保溫裝置11、位于保溫裝置11內(nèi)部且位于坩禍9上部的導(dǎo)流筒5和位于導(dǎo)流筒5內(nèi)部且位于坩禍9上方的單晶棒提升區(qū)域6，還包括水冷套3和水冷套外吸收層4，所述水冷套3為空心圓柱形結(jié)構(gòu)，所述水冷套3設(shè)置在導(dǎo)流筒5和單晶棒提升區(qū)域6之間，所述水冷套可以直接固定在爐體內(nèi)壁上也可以通過支架固定在爐體內(nèi)壁上，通常由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況設(shè)計(jì)。在上述常規(guī)直拉單晶爐內(nèi)，單獨(dú)增加水冷套外吸收層4，此水冷套外吸收層4包括內(nèi)吸收層7和外吸收層8，所述內(nèi)吸收層7與水冷套3內(nèi)壁緊密貼合，所述外吸收層8與水冷套3外壁緊密貼合。這里內(nèi)吸收層7和外吸收層8也可以設(shè)計(jì)為一體式結(jié)構(gòu)，且底部封閉連接。其中吸收層材料為吸收系數(shù)0.8以上的高純石墨材料。通過計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算硅晶體表面溫度可降低16度左右，最大溫差處可降低26度，同時(shí)導(dǎo)流筒內(nèi)壁溫度最大降低26度左右，能夠?qū)崿F(xiàn)快速增加晶體溫度梯度，加快晶體潛熱釋放，進(jìn)而快速提尚晶體生長(zhǎng)速度。
[0020]第二實(shí)施例:
[0021]在如第一實(shí)施例中所述的常規(guī)直拉單晶爐內(nèi)，單獨(dú)增加水冷套外吸收層4此水冷套外吸收層4采用高吸收系數(shù)涂層直接涂在水冷套3表面，其效果與第一實(shí)施例相似，增加了晶體溫度梯度，加快結(jié)晶潛熱的釋放，進(jìn)而快速提升晶體生長(zhǎng)速度。
[0022]第三實(shí)施例:
[0023]在如第一實(shí)施例中所述的常規(guī)直拉單晶爐內(nèi)，同時(shí)增加水冷套外吸收層4和爐蓋內(nèi)吸收層2 (可以選擇結(jié)構(gòu)材料或者高吸收系數(shù)的涂層材料)，其他技術(shù)特征與第一實(shí)施例相同。通過計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算硅晶體表面平均溫度可降低21度左右，最大溫差處可降低33度左右，增加了晶體溫度梯度，加快結(jié)晶潛熱的釋放；導(dǎo)流筒5內(nèi)壁溫度最大降低39度左右，達(dá)到促進(jìn)晶體散熱，增加晶體溫度的效果。
[0024]綜上所述，通過加快結(jié)晶潛熱的釋放，進(jìn)而可以達(dá)到快速提升晶體生長(zhǎng)速度的效果O
[0025]以上對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明創(chuàng)造的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明創(chuàng)造申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明創(chuàng)造的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種快速提高直拉硅單晶生長(zhǎng)速度的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括爐體、爐蓋、位于爐體內(nèi)部的坩禍、位于爐體內(nèi)且位于坩禍外的加熱裝置、位于爐體內(nèi)且位于加熱裝置外的保溫裝置、位于保溫裝置內(nèi)部且位于坩禍上部的導(dǎo)流筒和位于導(dǎo)流筒內(nèi)部且位于坩禍上方的單晶棒提升區(qū)域，其特征在于:還包括水冷套和水冷套外吸收層，所述水冷套為空心圓柱形結(jié)構(gòu)，所述水冷套設(shè)置在導(dǎo)流筒和單晶棒提升區(qū)域之間，所述水冷套外吸收層與水冷套緊密貼合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速提高直拉硅單晶生長(zhǎng)速度的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述水冷套外吸收層還包括內(nèi)吸收層和外吸收層，所述內(nèi)吸收層和外吸收層均為筒狀結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)吸收層與水冷套內(nèi)壁緊密貼合，所述外吸收層與水冷套外壁緊密貼合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的一種快速提高直拉硅單晶生長(zhǎng)速度的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括爐蓋內(nèi)吸收層，所述爐蓋內(nèi)吸收層與爐蓋內(nèi)壁緊密貼合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種快速提高直拉硅單晶生長(zhǎng)速度的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述水冷套外吸收層和爐蓋內(nèi)吸收層均為高吸收系數(shù)材料。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種快速提高直拉硅單晶生長(zhǎng)速度的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括爐體、爐蓋、坩堝、位于爐體內(nèi)且位于坩堝外的加熱裝置、位于爐體內(nèi)且位于加熱裝置外的保溫裝置、位于保溫裝置內(nèi)部且位于坩堝上部的導(dǎo)流筒和位于導(dǎo)流筒內(nèi)部且位于坩堝上方的單晶棒提升區(qū)域，還包括水冷套和水冷套外吸收層，所述水冷套為空心圓柱形結(jié)構(gòu)，所述水冷套設(shè)置在導(dǎo)流筒和單晶棒提升區(qū)域之間，所述水冷套外吸收層與水冷套緊密貼合。本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)是：降低導(dǎo)流筒的表面溫度，增加導(dǎo)流筒對(duì)硅晶體輻射熱的吸收能力，加快晶體的散熱；增加水冷套外吸收層對(duì)硅晶體和導(dǎo)流筒輻射熱量的吸收，增加硅晶體的溫度梯度，加快單晶結(jié)晶潛熱釋放，有效的提高拉速、改善品質(zhì)。
【IPC分類】C30B29-06, C30B15-14
【公開號(hào)】CN204342915
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420688050
【發(fā)明人】王林, 婁中士, 王淼, 劉一波, 李亞哲, 張雪囡, 崔敏
【申請(qǐng)人】天津市環(huán)歐半導(dǎo)體材料技術(shù)有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2014年11月17日