用于直拉法生產(chǎn)單晶硅棒的單晶爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及單晶生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種用于直拉法生產(chǎn)單晶硅棒的單晶爐。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)，世界能源危機(jī)促進(jìn)了光伏市場(chǎng)的發(fā)展，晶體硅太陽能電池是光伏行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。隨著世界各國對(duì)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步重視，特別是發(fā)達(dá)國家制定了一系列的扶持政策，鼓勵(lì)開發(fā)利用太陽能，另外，隨著硅太陽能電池應(yīng)用面的不斷擴(kuò)大，太陽能電池的需求量越來越大，硅單晶材料的需求量也就越來越大。
[0003]單晶硅為一種半導(dǎo)體材料，一般用于制造集成電路和其他電子元件，單晶硅生長(zhǎng)技術(shù)有兩種:一種是區(qū)熔法，另一種是直拉法，其中直拉法使目前普遍采用的方法。
[0004]直拉法生長(zhǎng)單晶硅的方法如下:將高純度的多晶硅原料放入單晶爐的石英坩禍內(nèi)，然后在低真空有流動(dòng)惰性氣體的保護(hù)下加熱熔化，把一支有著特定生長(zhǎng)方向的單晶硅(也叫做籽晶)裝入籽晶夾持裝置中，并使籽晶與硅溶液接觸，調(diào)整熔融硅溶液的溫度，使其接近熔點(diǎn)溫度，然后驅(qū)動(dòng)籽晶自上而下伸入熔融的硅溶液中并旋轉(zhuǎn)，然后緩緩上提籽晶，此時(shí)，單晶硅進(jìn)入錐體部分的生長(zhǎng)，當(dāng)錐體的直徑接近目標(biāo)直徑時(shí)，提高籽晶的提升速度，使單晶硅體直徑不再增大而進(jìn)入晶體的中部生長(zhǎng)階段，在單晶硅體生長(zhǎng)接近結(jié)束時(shí)，再提高籽晶的提升速度，單晶硅體逐漸脫離熔融硅，形成下錐體而結(jié)束生長(zhǎng)。用這種方法生長(zhǎng)出來的單晶硅，其形狀為兩段呈錐形的圓柱體，將該圓柱體切片，即得到單晶硅半導(dǎo)體原料，這種圓形單晶硅片就可以作為集成電路或太陽能的材料。
[0005]單晶硅拉制一般在單晶爐中進(jìn)行，目前，所使用的單晶爐，包括上爐膛、下爐膛，上爐膛設(shè)置在下爐膛上方且上爐膛通過隔離閥固定在下爐膛頂部，所述上爐膛頂部設(shè)置有籽晶旋轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)，所述下爐膛內(nèi)設(shè)置有保溫筒，所述保溫筒內(nèi)設(shè)置有石墨坩禍，所述石墨坩禍內(nèi)設(shè)有石英坩禍，石墨坩禍外側(cè)設(shè)置有加熱器，加熱器位于保溫筒內(nèi)，所述加熱器通過加熱電極固定在下爐膛底部，下爐膛的頂部連接有氬氣管，所述氬氣管穿過下爐膛伸入到下爐膛內(nèi)，所述下爐膛的下部設(shè)置有真空抽口，所述真空抽口上連接有排放管，排放管末端連接有真空栗，真空栗的進(jìn)口與排放管的出口相連，所述石英坩禍上方設(shè)置有籽晶夾持裝置，所述籽晶夾持裝置通過傳動(dòng)桿與籽晶旋轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)相連，所述石墨坩禍底部設(shè)置有坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)，所述石墨坩禍與坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)設(shè)置有圓形的石墨托板，所述氬氣管上設(shè)置有氣體加熱裝置，所述氣體加熱裝置包括柱狀基體，所述柱狀基體內(nèi)設(shè)置有圓柱形的氣體加熱空腔，所述柱狀基體上設(shè)置有與氣體加熱空腔連通的進(jìn)氣口與出氣口，所述進(jìn)氣口通過氣管與氬氣源連通，所述出氣口與氬氣管連通，所述柱狀基體的表面纏繞有加熱絲，所述加熱絲連接在電源上，這種單晶爐在實(shí)際使用過程中存在以下問題:氬氣在進(jìn)入下爐膛之前通常都需要使氬氣的溫度被加熱至一個(gè)恒定的溫度，這樣做是為了避免氬氣的溫度過低對(duì)下爐膛內(nèi)的溫度造成較大的影響，為了實(shí)現(xiàn)此目的，通常都是利用溫控表和溫度探頭實(shí)現(xiàn)對(duì)氬氣溫度的調(diào)控，但是，溫控表的調(diào)控精度受到溫度變化大小的影響，如果溫度變化較大，溫控表反應(yīng)較為快速，靈敏，如果溫度變化較小，則溫控表則反應(yīng)遲鈍，有時(shí)甚至不會(huì)有任何反應(yīng)，如果等氬氣的溫度發(fā)生較大變化時(shí)，溫控表才開始進(jìn)行調(diào)控，這就會(huì)導(dǎo)致氬氣的溫度變化非常大，不能夠較為穩(wěn)定的保持在一個(gè)恒定的溫度，會(huì)對(duì)下爐膛內(nèi)的溫度造成較大的影響，進(jìn)而對(duì)晶棒的生長(zhǎng)造成較大的影響，致使最后長(zhǎng)成的晶棒質(zhì)量較差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種使氬氣被加熱至一個(gè)恒定的溫度進(jìn)而避免對(duì)晶棒的生長(zhǎng)造成較大的影響的用于直拉法生產(chǎn)單晶硅棒的單晶爐。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該用于直拉法生產(chǎn)單晶硅棒的單晶爐，包括上爐膛、下爐膛，上爐膛設(shè)置在下爐膛上方且上爐膛通過隔離閥固定在下爐膛頂部，所述上爐膛頂部設(shè)置有籽晶旋轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)，所述下爐膛內(nèi)設(shè)置有保溫筒，所述保溫筒內(nèi)設(shè)置有石墨坩禍，所述石墨坩禍內(nèi)設(shè)有石英坩禍，石墨坩禍外側(cè)設(shè)置有加熱器，加熱器位于保溫筒內(nèi)，所述加熱器通過加熱電極固定在下爐膛底部，下爐膛的頂部連接有氬氣管，所述氬氣管穿過下爐膛伸入到下爐膛內(nèi)，所述下爐膛的下部設(shè)置有真空抽口，所述真空抽口上連接有排放管，排放管末端連接有真空栗，真空栗的進(jìn)口與排放管的出口相連，所述石英坩禍上方設(shè)置有籽晶夾持裝置，所述籽晶夾持裝置通過傳動(dòng)桿與籽晶旋轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)相連，所述石墨坩禍底部設(shè)置有坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)，所述石墨坩禍與坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)設(shè)置有圓形的石墨托板，所述氬氣管上設(shè)置有氣體加熱裝置，所述氣體加熱裝置包括柱狀基體，所述柱狀基體內(nèi)設(shè)置有圓柱形的氣體加熱空腔，所述柱狀基體上設(shè)置有與氣體加熱空腔連通的進(jìn)氣口與出氣口，所述進(jìn)氣口通過氣管與氬氣源連通，所述出氣口與氬氣管連通，所述柱狀基體的表面纏繞有加熱絲，所述加熱絲連接在電源上，所述加熱絲與電源之間設(shè)置有溫控表，所述氣體加熱空腔內(nèi)設(shè)置有熱電偶溫度計(jì)，所述熱電偶溫度計(jì)與溫控表相連接，還包括放大電路，所述熱電偶溫度計(jì)與放大電路的輸入端連接，放大電路的輸出端與溫控表相連，所述放大電路包括電阻第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第一匪0S管Ml、第二匪0S管M2、NM0S管第三匪0S管M3、第四NM0S管M4、第五匪0S管M5、第六匪0S管M6和第七NM0S管M7 ；熱電偶溫度計(jì)D的負(fù)極接第一 NM0S管Ml的源極和第二匪0S管M2的柵極，其正極接地;第一匪0S管Ml的漏極通過第一電阻R1接電源VDD，其柵極接第二 NM0S管M2的漏極，其源極通過第二電阻R2接地;第二匪0S管M2的漏極通過第三電阻R3接電源VDD，其柵極接第一匪0S管Ml的源極，其源極接地；第三NM0S管M3的漏極通過第四電阻R4接電源VDD，其柵極接第四NM0S管M4的漏極，其源極通過第五電阻R5接地;第四W0S管M4的漏極通過第六電阻R6接電源VDD，其源極接地;第五匪0S管M5的漏極通過第七電阻R7接電源VDD，其柵極接第三NM0S管M3的漏極;第六NM0S管M6的漏極通過第八電阻R8接電源VDD，其柵極接第一 NM0S管Ml的漏極;第五NM0S管M5和第六匪0S管M6的源極共同接第七匪0S管M7的漏極；第七匪0S管M7的柵極接第三匪0S管M3的源極和第四NM0S管M4的柵極，其源極接地;第八電阻R8與第六NM0S管M6的連接點(diǎn)為放大電路的輸出端。
[0008]進(jìn)一步的是，所述下爐膛內(nèi)設(shè)置有環(huán)形布?xì)獍?，所述環(huán)形布?xì)獍逅皆O(shè)置在石墨坩禍的上方，所述環(huán)形布?xì)獍鍨閵A層結(jié)構(gòu)，包括第一上層板與第一下層板，所述第一上層板與第一下層板之間密封形成第一夾層空間，所述氬氣管與第一夾層空間連通，所述第一下層板上設(shè)置有多個(gè)第一透氣孔，所述多個(gè)第一透氣孔在第一下層板上均布設(shè)置。
[0009]進(jìn)一步的是，所述下爐膛底部設(shè)置有吸氣板，所述吸氣板水平設(shè)置，所述吸氣板為夾層結(jié)構(gòu)，包括第二上層板與第二下層板，所述第二上層板