单晶炉热场及其控制方法和单晶炉技术

本发明专利技术提供一种单晶炉热场，包括保温筒和加热器，所述保温筒设置在所述筒状加热器外围，加热器的直径为710～740mm，保温筒的直径为750～800mm；加热器上沿距单晶炉的炉筒上沿63-67mm；加热器的底部设置有两个主电极连接孔和两个副电极连接孔，主、副电极连接孔沿筒状加热器周向交替设置，且主电极连接孔之间的距离为490-510mm，副电极连接孔之间的距离为420-440mm。本发明专利技术还提供相应的热场控制方法和单晶炉。本发明专利技术所述单晶炉热场及其控制方法和单晶炉通过将现有的单晶炉热场进行改装，使每次生产装料更多，并且调整了热场位置和生产参数，提高安装贴合度，提升热量稳定性，减少拉晶过程中的功率波动，并降低由于石英坩埚与硅进行化学反应所产生的氧及杂质，提升产品品质。质。质。

【技术实现步骤摘要】
单晶炉热场及其控制方法和单晶炉


[0001]本专利技术涉及单晶生产
，具体涉及一种节能型单晶炉热场，一种单晶炉热场的控制方法，以及一种包含该热场的单晶炉。

技术介绍

[0002]CZ(Czochralski)直拉单晶生产方法主要是通过石墨加热器加热装在石英坩埚中的多晶硅，以使其熔化并保持略高于硅熔点的温度，在惰性气体氩气的保护下，经过引晶、放肩、转肩、等径、收尾、晶体取出等步骤，完成晶体生长。
[0003]单晶炉的热场主要分为内、外两部分，其中内部石墨件主要起到支撑作用，且支撑部分用于维持热场尺寸大小；底部和周围使用石墨毡进行保温，且保温部分用于保持加热器的热量和形成合墨软毡进行保温。硅的熔点是1430℃，为了确保晶体的生产，要将单晶炉热场的温度保持在1400-1600℃左右，因此需要消耗的能量巨大。
[0004]目前，行业内正在使用的大批量95型单晶炉配置的是22英寸的热场，投料量为160kg左右，由于每炉生产耗费时间长，现有生产效率和能耗已无法满足市场发展的需求，单晶炉逐步向大投料量方向发展，但更换大型号的设备势必造成成本的巨大增加和目前正在使用的设备的浪费。如何在减少投入的情况下，最大提升设备的生产潜能，同时降低生产能耗、降低生产成本成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了至少部分解决现有技术中存在的现有单晶炉产量低、生产效率低，生产成本高的技术问题而完成了本专利技术。
[0006]解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术提供一种单晶炉热场，包括保温筒和加热器，所述加热器为筒状，所述保温筒设置在所述加热器外围，
[0008]所述加热器的直径为710～740mm，所述保温筒的直径为 750～800mm；
[0009]所述加热器上沿距单晶炉的炉筒上沿63-67mm；
[0010]所述加热器的底部设置有两个主电极连接孔和两个副电极连接孔，主、副电极连接孔沿筒状加热器周向交替设置，且两个主电极连接孔之间的距离为490-510mm，两个副电极连接孔之间的距离为420-440mm。
[0011]进一步的，所述保温筒包括自上而下依次排列的上保温筒、中保温筒和下保温筒；所述加热器的位置与中保温筒的位置相对应，且所述加热器外壁和中保温筒内壁之间的距离为25～35mm，以保证加热器顶部温区热传导角度的范围在30
°-
60
°
；所述加热器的厚度为10-30mm。
[0012]进一步的，所述加热器包括长度沿筒状加热器轴向延伸的多个加热片，以及设置在加热片底部并沿筒状加热器周向均匀分布的四个L型支腿；所述多个加热片中每两个相邻的加热片为一组，同一组内两个加热片的底端相连，相邻组加热片的顶端相连，且每两个
相邻加热片之间均设有缝隙；每个L型支腿竖直臂的端部都与其位置对应的一组加热片的底端相连、水平臂的端部都向内延伸，且每个L型支腿水平臂上均设置有电极连接孔，其中用于连接主电极的连接孔为主电极连接孔，用于连接副电极的连接孔为副电极连接孔。
[0013]进一步的，所述四个L型支腿形成的中心与四个电极形成的中心的偏差在2mm以内。
[0014]进一步的，所述加热片顶端与所述缝隙顶部之间的距离，以及所述加热片底端与所述缝隙底部之间的距离均为62-68mm；每两个相邻加热片之间的缝隙的宽度均为7-9mm；每个L型支腿竖直臂的高度相同，为90-110mm。
[0015]根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供一种单晶炉热场控制方法，用于控制如上所述的单晶炉热场，包括：
[0016]调整加热器的热点位置，以使加热器与坩埚及坩埚轴的轴线重合；
[0017]使加热器按设定功率运行，所述设定功率为0-100KW；
[0018]当加热器的温度达到使硅料熔化的标准温度后，控制石英坩埚转速为(N1+1)转/min；
[0019]当化料功率达到峰值为90-120KW时，将石英坩埚转速设定为(N2+1)转/min；
[0020]在化料后期，将石英坩埚内未熔化的硅料杂质用籽晶进行提出，并将石英坩埚转速控制为(N3+1)转/min，持续稳定预设时间；
[0021]在稳定化过程中，将加热器功率调整为引晶功率，以及将石英坩埚转速调整为(N4+5)转/min；
[0022]其中N1、N2、N3、N4为常规的22英寸单晶炉热场生产时对应的生产过程中的转速；
[0023]利用籽晶将石英坩埚内提出杂质后剩余的硅熔体进行提拉以获得单晶硅。
[0024]进一步的，在单晶炉生产过程中充入氩气作为保护气体；将单晶炉腔体内压强控制在1kPa-4kPa，氩气流量控制在 20-100L/min。
[0025]进一步的，所述利用籽晶将石英坩埚内提出杂质后剩余的硅熔体进行提拉以获得单晶硅，包括：
[0026]将籽晶浸入硅熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶同时旋转籽晶以引出晶体；晶体长度拉制为晶体直径的0.5-3倍，细颈直径控制在2.5-3.5mm，缩颈控制在28-32mm；
[0027]对晶体进行慢拉速放肩式生产，直至晶体直径达到所需直径，其肩部形状的锥度控制在110
°-
160
°
；
[0028]控制晶体等径生长到所需长度；
[0029]使晶体直径逐渐缩小直至离开熔体，此时收尾长度为晶体直径的1倍，尾部断面直径≤120mm，石英坩埚内剩料重量为装料总重量的0.5％-4％。
[0030]另一方面，本专利技术还提供一种单晶炉，其包含有上述的单晶炉热场。
[0031]进一步的，所述单晶炉还包括副室，所述副室上部加装有延伸腔。
[0032]有益效果：
[0033]本专利技术所述单晶炉热场及其控制方法以及包含该热场的单晶炉通过将现有的22英寸单晶炉进行改装，加大了热场尺寸，使每次生产装料更多，更改加热器材料使加热功率能达到更高，加热速度更快，原料熔化时间缩短2小时。调整了热场位置，减少安装尺寸的偏差，提高安装贴合度，有利于加热器在加热过程中的热量稳定性，减少拉晶过程中的功率波
动及打火几率。在原料化料过程中，加热器功率使硅料处于结晶点，从而使热对流强度减弱，以减缓石英坩埚的反应速度，降低由于石英坩埚与硅进行化学反应所产生的氧及杂质。对副室加装延伸腔，提高副室晶棒的装载长度，达到了硅芯晶棒使用的设计要求。
附图说明
[0034]图1为本专利技术实施例一提供的单晶炉热场的加热器俯视示意图；
[0035]图2为本专利技术实施例一提供的单晶炉热场的加热器正视示意图；
[0036]图3为本专利技术实施例二提供的单晶炉热场控制方法的流程图。
具体实施方式
[0037]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细描述。
[0038]实施例一
[0039]如图1和图2所示，本专利技术提供一种单晶炉热场，包括保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶炉热场，包括保温筒和加热器，所述加热器为筒状，所述保温筒设置在所述加热器外围，其特征在于，所述加热器的直径为710～740mm，所述保温筒的直径为750～800mm；所述加热器上沿距单晶炉的炉筒上沿63-67mm；所述加热器的底部设置有两个主电极连接孔和两个副电极连接孔，主、副电极连接孔沿筒状加热器周向交替设置，且两个主电极连接孔之间的距离为490-510mm，两个副电极连接孔之间的距离为420-440mm。2.根据权利要求1所述的单晶炉热场，其特征在于，所述保温筒包括自上而下依次排列的上保温筒、中保温筒和下保温筒；所述加热器的位置与中保温筒的位置相对应，且所述加热器外壁和中保温筒内壁之间的距离为25～35mm，以保证加热器顶部温区热传导角度的范围在30
°-
60
°
；所述加热器的厚度为10-30mm。3.根据权利要求1所述的单晶炉热场，其特征在于，所述加热器包括长度沿筒状加热器轴向延伸的多个加热片，以及设置在加热片底部并沿筒状加热器周向均匀分布的四个L型支腿；所述多个加热片中每两个相邻的加热片为一组，同一组内两个加热片的底端相连，相邻组加热片的顶端相连，且每两个相邻加热片之间均设有缝隙；每个L型支腿竖直臂的端部都与其位置对应的一组加热片的底端相连、水平臂的端部都向内延伸，且每个L型支腿水平臂上均设置有电极连接孔，其中用于连接主电极的连接孔为主电极连接孔，用于连接副电极的连接孔为副电极连接孔。4.根据权利要求3所述的单晶炉热场，其特征在于，所述四个L型支腿形成的中心与四个电极形成的中心的偏差在2mm以内。5.根据权利要求3所述的单晶炉热场，其特征在于，所述加热片顶端与所述缝隙顶部之间的距离，以及所述加热片底端与所述缝隙底部之间的距离均为62-68mm；每两个相邻加热片之间的缝隙的宽度均为7-9mm；每个L型支腿竖直臂的高度相同，为90-110mm。6.一种单晶炉热场控制方法，用于控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立峰，曹森，陈小龙，李小东，巴剑锋，陈朝霞，
申请(专利权)人：新特能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：