專利名稱：：一種增加拉晶設(shè)備裝料量的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及對用于生長FLOATZONE(以下簡稱為FZ)硅單晶設(shè)備作改進(jìn)的方法，該裝置可以在不改變設(shè)備整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加設(shè)備裝料量，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。
背景技術(shù)：
：以電力為中心的能源是當(dāng)今世界上最為人們關(guān)注的問題之一。近年來電力電子技術(shù)取得了驚人的進(jìn)步，它是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之間的主要接口，是弱電控制和強(qiáng)電控制之間的橋梁，是多項高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)之一。有專家預(yù)言，具有自關(guān)斷能力的高頻大功率器件和智能化功率集成電路的廣泛應(yīng)用，將引起第二次電子學(xué)革命。采用FZ法拉制的硅單晶是電力電子器件最主要的、最基礎(chǔ)的功能材料。生產(chǎn)FZ硅單晶所用的多晶原料純度高，拉制單晶工藝過程中又無石英坩堝等對晶體的沾污，因此FZ硅單晶可以達(dá)到很高的純度。其優(yōu)良的電學(xué)特性非常適合制作高反壓、大電流、大功率的電力電子器件。生產(chǎn)FZ單晶時，多晶原料為圓柱體棒狀多晶，通過特定的卡具固定在爐體上部的原料艙內(nèi)，在爐體中部的生長艙內(nèi)有一個高頻加熱線圈，多晶向下移動經(jīng)過高頻加熱線圈時由于耦合作用熔化，熔體與爐體下部晶體艙的晶種(小的單晶晶體)熔接，通過特定的工藝使熔化的多晶按照晶種的晶向規(guī)則排列凝固，從而生長為需求的FZ單晶。FZ單晶的制備是按照以下順序進(jìn)行原料處理一一原料裝爐一一拉晶準(zhǔn)備一一晶體生長一一停爐冷卻一一取出晶體由以上流程可以看出，在FZ單晶的制備過程中，核心步驟為晶體生長環(huán)節(jié)，其他環(huán)節(jié)為生產(chǎn)輔助環(huán)節(jié)，因此增加晶體生長環(huán)節(jié)在整個FZ單晶制備周期中的比例能夠有效的提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。在工藝條件一定的情況下，晶體生長的時間由裝料量決定，由于FZ單晶生長采用棒狀原料，因此在直徑相同的情況下多晶原料的長度決定裝料量的大小，而多晶原料的最大長度主要受設(shè)備原料艙高度限制。單晶生產(chǎn)廠家一旦進(jìn)行設(shè)備選型后，原料艙的高度便己確定，設(shè)備的最大生產(chǎn)效3率也隨之確定。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種增加設(shè)備投料量的方法及裝置，目的在于突破原始設(shè)備限制，提高可裝多晶棒料的極限長度、延長晶體生長環(huán)節(jié)的周期，有效提高晶體的生長效率。同時，由于晶體有效長度的增加將降低晶體頭尾部分的比重，使得單晶成品率增加，單位生產(chǎn)成本降低。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本方法是將一個爐體延長裝置I嵌入在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)熔單晶拉制設(shè)備的原料艙與生長艙之間，并根據(jù)單晶長度將對應(yīng)的爐體延長裝置n嵌入在生長艙與晶體艙之間。本裝置為兩端帶有法蘭盤的中空桶形，其中，法蘭盤上開有均勻分部的螺絲孔。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在不破壞設(shè)備原有結(jié)構(gòu)的條件下對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，在增加設(shè)備極限裝料量的同時并不影響晶體生長的外部環(huán)境和工藝，這就意味著該方法可以在整體流程不變的情況下增加晶體生長這一有效環(huán)節(jié)的周期。同時，由于晶體有效長度的增加將降低晶體頭尾部分的比重，使得單晶成品率增加，單位生產(chǎn)成本降低。圖l:已有的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)熔單晶拉制設(shè)備結(jié)構(gòu)圖(改造前)圖2a:本發(fā)明提供的區(qū)熔單晶拉制設(shè)備結(jié)構(gòu)圖(改造后)圖2b:圖2a中AA局部放大剖視圖圖3:已有的FZ單晶的制備流程圖圖4a:圖2中增加拉晶設(shè)備裝料量的爐體延長裝置的主視圖圖4b:圖4a的B-B剖視圖具體實施例方式圖1、圖2a中，1為上軸傳動機(jī)構(gòu)，2為上爐室(原料艙)，4為下爐室(晶體艙)，在2、4之間為中爐室(生長艙)3，5為爐體支架，6為下軸傳動機(jī)構(gòu)，7為真空系統(tǒng)，8為護(hù)欄。9為嵌入在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)熔單晶拉制設(shè)備的原料艙與生長艙之間爐體延長裝置I，IO為嵌入在生長艙與晶體艙之間的爐體延長裝置II。爐體延長裝置I與爐體延長裝置II的結(jié)構(gòu)相同，只是其長度可根據(jù)需要而設(shè)定。如圖2b、圖4a、圖4b所示，本裝置為兩端面帶有法蘭盤的桶體，桶中心為通孔10-1，其中，法蘭盤上開有通孔10-2，桶壁上設(shè)有冷卻盤管10-3,其中9-4為進(jìn)水嘴，9-5為回水嘴。ll為中爐室連接法蘭，10為爐體延長部分II，13為法蘭連接螺釘，12-1、12-2為真空密封圈，14為下爐室連接法蘭。將爐體延長部分I嵌入在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)熔單晶拉制設(shè)備的原料艙與生長艙之間，將爐體延長部分II嵌入在生長艙與晶體艙之間。調(diào)節(jié)爐體延長部分I的高度可以改變原有區(qū)熔單晶拉制設(shè)備的最大裝料長度，同樣可以通過調(diào)節(jié)爐體延長部分II的高度來增加原有區(qū)熔單晶拉制設(shè)備的極限晶體生長長度。設(shè)備改造前后的理論生產(chǎn)效率比較:<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>注裝置2根據(jù)裝置1的調(diào)節(jié)高度進(jìn)行設(shè)定，以滿足晶體生長長度為準(zhǔn)。設(shè)備改造前后的理論成品率比較(假定原判遣徑為100mm):<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>注裝置2根據(jù)裝置1的調(diào)節(jié)高度進(jìn)行設(shè)定，以滿足晶體生長長度為準(zhǔn)。權(quán)利要求1、一種增加拉晶設(shè)備裝料量的方法，其特征在于將一個爐體延長裝置I嵌入在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)熔單晶拉制設(shè)備的原料艙與生長艙之間，并根據(jù)單晶長度將對應(yīng)的爐體延長裝置II嵌入在生長艙與晶體艙之間。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增加拉晶設(shè)備裝料量的方法，其特征在于所述的爐體延長裝置i、n內(nèi)壁事先進(jìn)行打磨拋光處理，使內(nèi)壁與設(shè)備原有艙體的內(nèi)壁形成完整的反射面；法蘭盤的上、下平面加工成光潔表面，與設(shè)備原料艙、晶體艙或生長艙貼合，形成完全密閉的內(nèi)部艙體。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種增加拉晶設(shè)備裝料量的方法，其特征在于在桶壁以冷卻水冷卻，以防止裝置變形。4、一種用于權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于本裝置為兩端帶有法蘭盤的桶體，其中，法蘭盤上開有螺絲孔，以螺栓、密封圈分別與原料艙、生長艙固定連接或分別與生長艙、晶體艙固定連接。5、如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于在桶壁上設(shè)有冷卻盤管。6、如權(quán)利要求3或4或5所述的裝置，其特征在于內(nèi)壁進(jìn)行打磨拋光處理，與設(shè)備原有艙體的內(nèi)壁形成完整的反射面，法蘭盤的上、下平面加工成光潔表面，與設(shè)備原料艙、晶體艙或生長艙貼合，形成完全密閉的內(nèi)部艙體。全文摘要一種增加拉晶設(shè)備裝料量的方法及裝置，該方法包括將一個爐體延長裝置I嵌入在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)熔單晶拉制設(shè)備的原料艙與生長艙之間，并根據(jù)單晶長度將對應(yīng)的爐體延長裝置II嵌入在生長艙與晶體艙之間。本裝置為兩端帶有法蘭盤的桶體，其中，法蘭盤上開有螺絲孔，以螺栓、密封圈分別與原料艙、生長艙固定連接或分別與生長艙、晶體艙固定連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在不破壞設(shè)備原有結(jié)構(gòu)的條件下對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，在增加設(shè)備極限裝料量的同時并不影響晶體生長的外部環(huán)境和工藝，這就意味著該方法可以在整體流程不變的情況下增加晶體生長這一有效環(huán)節(jié)的周期。同時，由于晶體有效長度的增加將降低晶體頭尾部分的比重，使得單晶成品率增加，單位生產(chǎn)成本降低。文檔編號C30B13/00GK101445953SQ20071017809公開日2009年6月3日申請日期2007年11月26日優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日發(fā)明者周旗鋼,孫韶輝,梁書正,梁開金,谷宇恒,洋趙申請人:北京有色金屬研究總院;有研半導(dǎo)體材料股份有限公司;國泰半導(dǎo)體材料有限公司