用于制造高純料底部石英坩堝的成型棒結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，特別是一種用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
[0002]采用切克勞斯基(Czochralski)法拉制單晶娃時(shí)，石英玻璃i甘禍被用于容納娃恪體。在此方法中，一粒具有預(yù)定取向的種晶被浸入熔體，然后緩緩拉出。種晶和熔體以不同方向旋轉(zhuǎn)，種晶和熔體之間的表面張力使得熔體隨種晶被拉出，所述熔體逐漸凝固，最終固化成一個(gè)不斷生長(zhǎng)的硅單晶。在拉制單晶硅的過程中石英坩禍處于軟化狀態(tài)，因此在石英坩禍的外側(cè)需放置三瓣石墨坩禍對(duì)石英坩禍起到支撐作用。為減少坩禍與石墨之間的摩擦以及在拉晶時(shí)坩禍與石墨之間的反應(yīng)，在石墨坩禍和石英坩禍之間通常會(huì)放置一層一次性使用的石墨紙，這樣可以顯著提升石墨坩禍的使用壽命。由于石墨紙的雜質(zhì)含量(尤指Li，Na，K，F(xiàn)e等金屬類雜質(zhì))時(shí)而會(huì)出現(xiàn)大幅波動(dòng)現(xiàn)象，在高溫狀態(tài)下，這些雜質(zhì)會(huì)促進(jìn)石英坩禍與其接觸的部分由玻璃態(tài)二氧化硅向結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變，即通常稱為的“析晶”。在單晶硅拉制結(jié)束冷卻的過程中，坩禍底部的剩硅會(huì)從液面開始逐漸向更深處發(fā)生由液態(tài)硅轉(zhuǎn)變成固態(tài)硅的過程，由于液面最開始形成一個(gè)“硬殼”，該“硬殼”最邊上與石英坩禍緊緊粘連，這樣隨著剩硅總體積的增加，應(yīng)力逐漸產(chǎn)生，此時(shí)由于玻璃態(tài)的坩禍仍然處于軟化狀態(tài)，所以該應(yīng)力就會(huì)使坩禍底部向下膨脹，但此時(shí)如果坩禍底部外層析晶嚴(yán)重，晶態(tài)二氧化硅無法發(fā)生相應(yīng)的膨脹，所以坩禍底部會(huì)產(chǎn)生龜裂進(jìn)而撕扯底部，還處于玻璃態(tài)的石英產(chǎn)生通透于坩禍底部的微裂痕，發(fā)生“滲硅”現(xiàn)象，對(duì)石墨禍、底座甚至設(shè)備造成破壞。在相同條件下，充分提高組成坩禍的二氧化硅純度是可以相對(duì)降低坩禍的析晶進(jìn)程的，而提高坩禍純度的直接方法就是使用更高純度的石英砂原料。
[0003]成型棒是一種具有一定外邊沿輪廓形狀的棒或板，在石英坩禍成型過程中，利用其外沿刮石英砂，從而使石英砂形成與成型棒一致的形狀。刮石英砂的過程，就是成型棒不斷向模具靠近的過程，成型棒與模具的距離就是石英砂料層的厚度，也決定了最終坩禍的厚度和形狀。如何通過改進(jìn)成型棒結(jié)構(gòu)來改善石英坩禍底部的“析晶”現(xiàn)象是本申請(qǐng)著力解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是為了提供一種解決上述問題的用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠，操作方便，減少乃至消除石英坩禍因底部析晶造成的滲硅現(xiàn)象。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0006]—種用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述成型棒的外輪廓由從上至下依次相接的直壁段、接近于成型坩禍底部的外輪廓并與其平行的外凸段、接近于成型坩禍底部的內(nèi)輪廓并與其平行的內(nèi)凹段組成，所述直壁段與成型坩禍直壁段的內(nèi)輪廓之間留有間距，所述內(nèi)凹段一直延伸至坩禍對(duì)稱軸，所述外凸段和直壁段之間利用圓弧過渡。
[0007]上述的用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，所述成型棒的直壁段到坩禍對(duì)稱軸之間的距離為R2，R2 = D/2-2*d-0.1*D，其中D為成型坩禍外徑，d為成型坩禍厚度，所述內(nèi)凹段的起始端到坩禍對(duì)稱軸之間的距離為Rl，Rl為R2的50% -60%。
[0008]上述的用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)凹段與成型坩禍底部的內(nèi)輪廓的距離為dl，dl = 2mm-4mm。
[0009]上述的用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，所述外凸段與成型坩禍底部的外輪廓的距離為d2，d2 = 3mm-5mm。
[0010]上述的用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，所述外凸段和直壁段之間的圓弧半徑r = 10mm-30mm。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0012]1、本申請(qǐng)成型棒的外凸段和內(nèi)凹段形成了填充高純石英砂的區(qū)域，該區(qū)域覆蓋了坩禍底部析晶最嚴(yán)重的區(qū)域，能有效減少析晶的產(chǎn)生和擴(kuò)張，在石英坩禍成型過程中，在該區(qū)域使用高純石英砂原料替代普通石英砂，在只增加少量成本的情況下，顯著減少坩禍拉晶過程中底部外壁的析晶程度，從而減少乃至消除拉晶收尾后單晶爐冷卻階段由于禍底剩硅膨脹而造成的坩禍龜裂和滲硅現(xiàn)象；
[0013]2、直壁段與成型坩禍的內(nèi)輪廓之間的距離可以防止刮高純石英砂時(shí)刮到普通料，而造成混料。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的成型棒外輪廓結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是利用本實(shí)用新型的成型棒結(jié)構(gòu)的工藝流程示意圖一；
[0016]圖3是利用本實(shí)用新型的成型棒結(jié)構(gòu)的工藝流程示意圖二 ；
[0017]圖4是利用本實(shí)用新型的成型棒結(jié)構(gòu)的工藝流程示意圖三。
[0018]圖中:1.坩禍對(duì)稱軸、2.外輪廓、3.內(nèi)輪廓、4.直壁段、5.內(nèi)凹段、6.外凸段、601.圓弧。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1所示，該用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，所述成型棒的外輪廓由從上至下依次相接的直壁段4、接近于成型坩禍底部的外輪廓2并與其平行的外凸段6、接近于成型坩禍底部的內(nèi)輪廓3并與其平行的內(nèi)凹段5組成，所述直壁段4與成型坩禍直壁段的內(nèi)輪廓3之間留有間距，所述內(nèi)凹段5 —直延伸至坩禍對(duì)稱軸1，所述外凸段6和直壁段4之間利用圓弧601過渡。所述成型棒的直壁段4到坩禍對(duì)稱軸I之間的距離為R2，R2 = D/2-2*d-0.1*D，其中D為成型坩禍外徑，d為成型坩禍厚度，所述內(nèi)凹段5的起始端到坩禍對(duì)稱軸I之間的距離為Rl，Rl為R2的50% -60%。所述內(nèi)凹段5與成型坩禍底部的內(nèi)輪廓3的距離為dl，dl = 2mm-4mm。所述外凸段6與成型坩禍底部的外輪廓2的距離為d2，d2 = 3mm-5mm。所述外凸段6和直壁段4之間的圓弧半徑r = 10mm-30mm。
[0020]使用方法:本申請(qǐng)成型棒需要與普通成型棒配合使用，普通成型棒是指用來成型成型坩禍內(nèi)輪廓的成型棒。首先使用普通成型棒，在傾斜條件下，用普通純度石英砂成型部分料層A，參見圖2 ;使用本申請(qǐng)的成型棒，在直立條件下，用高純石英砂成型料層B，參見圖3 ;使用普通成型棒，在直立條件下，用普通純度石英砂成型完整的料層A，參見圖4 ;最后用高純石英砂填平中心眼，用普通純度石英砂揚(yáng)平底部。
[0021]以20英寸石英坩禍為例，成型坩禍外徑D為508mm，成型坩禍厚度d為10mm，成型棒的直壁段4到坩禍對(duì)稱軸1的距離R2為183mm，內(nèi)凹段5的起始端到坩禍對(duì)稱軸1之間的距離R1為92mm，內(nèi)凹段5與成型坩禍底部的內(nèi)輪廓3的距離dl為4mm，外凸段6與成型坩禍底部的外輪廓2的距離d2為3mm，外凸段6和直壁段4之間的圓弧半徑r為10mm。采用此成型棒和普通成型棒，按照操作步驟成型坩禍并熔制。通過對(duì)普通坩禍和本實(shí)用新型方法生產(chǎn)的坩禍各400只進(jìn)行跟蹤調(diào)查，普通坩禍底部出現(xiàn)析晶和龜裂有130只，輕微滲硅的有7只。用本實(shí)用新型的方法生產(chǎn)的坩禍出現(xiàn)析晶和龜裂的有20只，輕微滲硅的有2只，并且滲硅沒傷害到石墨禍。
[0022]以22英寸石英坩禍為例，成型坩禍外徑D為558mm，成型坩禍厚度d為12mm。成型棒的直壁段4到坩禍對(duì)稱軸1的距離R2為199mm，內(nèi)凹段5的起始端到坩禍對(duì)稱軸1之間的距離R1為119mm，內(nèi)凹段5與成型坩禍底部的內(nèi)輪廓2的距離dl為2mm，外凸段6與成型坩禍底部的外輪廓2的距離d2為5mm，外凸段6和直壁段4之間的圓弧半徑r為30mmo采用此成型棒和普通成型棒，按照操作步驟成型坩禍并熔制。通過對(duì)普通坩禍和本實(shí)用新型方法生產(chǎn)的坩禍各300只進(jìn)行跟蹤調(diào)查，普通坩禍底部出現(xiàn)析晶和龜裂有90只，輕微滲硅的有5只。用本實(shí)用新型的方法生產(chǎn)的坩禍出現(xiàn)析晶和龜裂的有12只，輕微滲硅的有1只，并且滲硅沒傷害到石墨禍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述成型棒的外輪廓由從上至下依次相接的直壁段、接近于成型坩禍底部的外輪廓并與其平行的外凸段、接近于成型坩禍底部的內(nèi)輪廓并與其平行的內(nèi)凹段組成，所述直壁段與成型坩禍直壁段的內(nèi)輪廓之間留有間距，所述內(nèi)凹段一直延伸至坩禍對(duì)稱軸，所述外凸段和直壁段之間利用圓弧過渡。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述成型棒的直壁段到坩禍對(duì)稱軸之間的距離為R2，R2 = D/2-2*d-0.1*D，其中D為成型坩禍外徑，d為成型坩禍厚度，所述內(nèi)凹段的起始端到坩禍對(duì)稱軸之間的距離為Rl，R1為R2的 50% -60% ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述內(nèi)凹段與成型坩禍底部的內(nèi)輪廓的距離為dl，dl = 2mm-4mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述外凸段與成型坩禍底部的外輪廓的距離為d2，d2 = 3mm-5mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造高純料底部石英坩禍的成型棒結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述外凸段和直壁段之間的圓弧半徑r = 10mm-30mm。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于制造高純料底部石英坩堝的成型棒結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述成型棒的外輪廓由從上至下依次相接的直壁段、接近于成型坩堝底部的外輪廓并與其平行的外凸段、接近于成型坩堝底部的內(nèi)輪廓并與其平行的內(nèi)凹段組成，所述直壁段與成型坩堝直壁段的內(nèi)輪廓之間留有間距，所述內(nèi)凹段一直延伸至坩堝對(duì)稱軸，所述外凸段和直壁段之間利用圓弧過渡。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠，操作方便，減少乃至消除石英坩堝因底部析晶造成的滲硅現(xiàn)象。
【IPC分類】C30B29/06, C30B15/10
【公開號(hào)】CN205024351
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520817523
【發(fā)明人】祝立君, 韓東, 趙亮, 杜興林
【申請(qǐng)人】?jī)?nèi)蒙古歐晶石英有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2015年10月20日