本发明专利技术提供一种用于直拉单晶炉热场的组合加热器，该加热器为由两个螺旋管状的环形发热部件组合而成的双螺旋管状结构，所述两个环形发热部件分别连接相互独立的电源。本发明专利技术用于直拉单晶炉热场，组合加热器中每个螺旋管状结构的环形加热部件的电流大小和方向都是可以独立控制的。在满足焦耳定律提供热效应的同时，在每个环形加热部件腔体内部形成磁场，有利于抑制硅熔体的对流运动。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于直拉单晶炉热场的组合加热器，是一种直拉单晶炉用的热场系统。
技术介绍
半导体硅材料和光伏行业的迅速发展，大直径的硅单晶己成为生产的主导方向。生长大直径单晶需要配备大的热系统，使用大口径的石英坩祸，保持晶体直径与坩祸直径的比值大致为1/3 ;为了提高单晶生产效率，增加原料的装料量以获得更长的晶棒，提高晶体生长的效率。但保持晶体生长的高效率与维持晶体的低氧含量是矛盾的。石英坩祸直径的增大、每炉熔化的多晶硅原料重量增加、硅熔体的体积变大，熔体的热对流也明显增强。通过增加热场系统的保温，采用带导流筒的封闭式热场结构(Closed Hotzone)，可以减小熔体内部的温度梯度，减缓熔体的热对流，可将氧含量控制在5E+17?11E+17原子/厘米。单晶头部氧含量高于尾部，纵向氧分布的严重不均匀，使得硅单晶的利用率和成品率都较低。最有效的措施是对恪体施加强度为几百?几千高斯的磁场，在磁场中娃恪体的对流运动将受到罗伦兹力的作用，熔体的热对流运动受到抑制，相当于增加了硅熔体的动态粘度，减少了氧向生长界面输送，得到低氧含量的单晶。外加磁场装置包括横向磁场(HMCZ)、纵向磁场(VMCZ)及⑶SP磁场(LPMCZ)。外加磁场增加了设备投资；使用磁场装置时，除了晶体生长消耗的电能外还将消耗额外的电能来维持磁场的运行。维持磁场消耗的电能大约为晶体生长消耗电能的30?50%，增大了电能消耗。现代单晶炉内热系统通常使用石墨材料，加热器即单晶炉热场的发热体是热系统的核心部件。加热器一般采用外形呈圆筒状的结构，如图1所示为现有的加热器的结构示意图，具有呈180°对称的两个支撑柱(图1D)或呈90°对称的四个支撑柱(图1B)。加热器切割成对称的2?32个发热瓣以控制电流方向，通过串联和/或并联形成电路回路(如图1A、图1C)。每一个发热瓣都有数百至数千安培的电流通过，在发热瓣的周围将产生磁场。但由于任意相邻两个发热瓣所通过的电流方向相反，其形成的磁场相互抵消，所以加热器内部的磁场强度等于零。利用三相加热产生旋转磁场是一种常见的方法，即将加热器设计“Λ型结构”，如图2所示为现有的三相式加热器结构示意图，其中，加热器具有呈120°对称的三个支撑柱Ia、Ib、Ic，分别与电源的三相连接。在三相电流通过这种加热器时，就能在加热器内形成旋转磁场。坩祸处于加热内，硅熔体受到旋转磁场的感应而形成环形液流以抑制熔体的对流。硅熔体旋转的方向与三相电流的连接有关，改变其中一相的电流方向，硅熔体旋转方向也将被改变。在提高加热器负载电流以及加强旋转磁场强度时，石墨材料良好的导电性(低电阻率特性)受到制约，加热器的厚度将被限制在1.0?10.0mm内，仅适合小功率(< 1kw)输出。专利文献CN201120503128公开了一种用于直拉单晶炉热场的加热器，利用螺旋管状结构的环形加热器在提供焦耳热效应同时，其腔体内形成磁场抑制硅熔体的对流运动。但这种螺旋管状结构产生纵向磁场(VMCZ)，在满足发热要求的功率条件下，电流的大小被功率要求确定，对应产生的磁场强度也被确定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于直拉单晶炉热场的组合加热器，通电后在满足焦耳定律提供热效应的同时，在加热器腔体内部空间形成磁场，抑制硅熔体的对流运动。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:一种用于直拉单晶炉热场的组合加热器，该加热器为由两个螺旋管状的环形发热部件组合而成的双螺旋管状结构，所述两个环形发热部件分别连接相互独立的电源。通电后两个环形发热部件中电流的方向可以是同向的，也可以是彼此相反的。当通电后电流的方向同向时，在两个环形加热部件腔体内部形成纵向磁场，抑制硅熔体的对流运动。当通电后电流的方向相反时，腔体内部形成两个磁力线相对的磁场，叠加后形成的勾形磁场(Cusp)对腔体内部恪体的流动有更佳的抑制效果。所述两个环形发热部件的内径相同，其中一个环形发热部件位于另一环形发热部件的上方。所述两个环形发热部件之间为电气绝缘。所述环形发热部件具有三个连接柱，其中两个连接柱位于该环形发热部件沿轴线方向的一端，第三个连接柱位于该环形发热部件沿轴线方向的另一端。本专利技术的优点在于:本专利技术用于直拉单晶炉热场的组合加热器由两个螺旋管状的环形加热部件组合而成，两个环形加热部件分别与单晶炉的两个独立电源连接，每个螺旋管状结构的环形加热部件的电流大小和方向都是可以独立控制的。在满足焦耳定律提供热效应的同时，在两个环形加热部件腔体内部形成磁场，抑制硅熔体的对流运动。在满足焦耳定律提供热效应的同时，当两个环形加热部件电流方向相反时，腔体内部形成两个磁场相对的磁场，叠加后的磁场对腔体内部硅熔体的流动有更佳的效果。【附图说明】图1为现有的加热器的结构示意图。图2为现有的三相式加热器的结构示意图。图3为本专利技术的组合加热器的结构示意图。【具体实施方式】以下通过【具体实施方式】及实施例对本专利技术做进一步说明。如图3所示，为本专利技术的组合加热器的结构示意图，该加热器为由两个螺旋管状的环形发热部件1、2组合而成的双螺旋管状结构，环形发热部件I位于环形发热部件2的上方，二者之间为电气绝缘；如图3所示。环形发热部件I上设有三个连接柱A1、A2、A3，其中连接柱A2、A3位于环形发热部件I沿轴线方向的上端，分别悬挂在单晶炉提供的两个电极上，连接柱Al位于环形发当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于直拉单晶炉热场的组合加热器，其特征在于，该加热器为由两个螺旋管状的环形发热部件组合而成的双螺旋管状结构，所述两个环形发热部件分别连接相互独立的电源。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：方峰，王学锋，高朝阳，曾泽红，邓德辉，郑沉，
申请(专利权)人：有研新材料股份有限公司，有研半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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