单晶炉的石墨坩埚及其制造方法、坩埚组件和单晶炉技术

本发明专利技术公开了一种单晶炉的石墨坩埚及其制造方法、坩埚组件和单晶炉，石墨坩埚包括本体，本体为石墨件且限定出盛放腔，盛放腔的壁面上具有开凿部，开凿部处形成有凹槽，凹槽沿本体的周向延伸以形成为环形结构，其中，对坩埚半成品、与坩埚半成品适配的石英坩埚以及盛装于石英坩埚内的熔汤进行热场模拟，得到熔汤的高温区的等温线，在本体的纵截面上，凹槽的形状适于与等温线的部分的形状相一致，坩埚半成品构造成在坩埚半成品的内壁面上加工出凹槽以形成本体，高温区的温度高于熔汤的其余任一区域的温度。根据本发明专利技术的单晶炉的石墨坩埚，可以降低熔汤边缘处的温度，从而降低熔汤氧含量，有利于提升晶棒品质。有利于提升晶棒品质。有利于提升晶棒品质。

【技术实现步骤摘要】
单晶炉的石墨坩埚及其制造方法、坩埚组件和单晶炉


[0001]本专利技术涉及坩埚
，尤其是涉及一种单晶炉的石墨坩埚及其制造方法、坩埚组件和单晶炉。

技术介绍

[0002]相关技术中，单晶炉内的坩埚组件包括石英坩埚和石墨坩埚，坩埚组件内盛放有原材料，在单晶炉内加热器的加热作用下，坩埚组件内的原材料熔化为硅熔汤；其中硅熔汤中的氧主要来自于石英坩埚，如果熔汤内氧含量过高，会导致晶体内会出现大量的OISF及氧沉淀，尤其是硅熔汤的边缘部分温度较高，在整个晶体生长过程中硅熔汤边缘部分溶解的氧较多，导致硅熔汤边缘处氧含量过高，特别是在没有外加磁场装置的情况下，会出现偏析现象，影响晶体品质。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种单晶炉的石墨坩埚，所述石墨坩埚可以减少加热器传导、辐射至熔汤高温区的热量，降低熔汤边缘处的温度，从而降低熔汤氧含量，有利于提升晶棒品质。
[0004]本专利技术还提出一种具有上述石墨坩埚的坩埚组件。
[0005]本专利技术还提出一种具有上述坩埚组件的单晶炉。
[0006]本专利技术还提出一种石墨坩埚的制造方法。
[0007]根据本专利技术第一方面的单晶炉的石墨坩埚，包括：本体，所述本体为石墨件且限定出盛放腔，所述盛放腔的壁面上具有开凿部，所述开凿部处形成有凹槽，所述凹槽沿所述本体的周向延伸以形成为环形结构，其中，对坩埚半成品、与所述坩埚半成品适配的石英坩埚以及盛装于所述石英坩埚内的熔汤进行热场模拟，得到熔汤的高温区的等温线，在所述本体的纵截面上，所述凹槽的形状适于与所述等温线的部分的形状相一致，所述坩埚半成品构造成在所述坩埚半成品的内壁面上加工出所述凹槽以形成所述本体，所述高温区的温度高于所述熔汤的其余任一区域的温度。
[0008]根据本专利技术的单晶炉的石墨坩埚，通过对坩埚半成品、石英坩埚以及熔汤进行热场模拟，以精确得到熔汤的高温区的等温线，并在开凿部处根据等温线的形状形成凹槽，从而在石墨坩埚应用于单晶炉中时，可以在保证石墨坩埚结构强度的前提下，减少加热器传导、辐射至熔汤高温区的热量，以起到减弱热传导的作用，从而可以降低熔汤边缘处的温度，降低熔汤氧含量，进而有效提升晶体的品质。
[0009]在一些实施例中，所述石墨坩埚用于直拉法拉晶，在拉晶过程中，所述等温线为多条且随所述熔汤的液位的下降由上向下布置，多条所述等温线对应于所述坩埚半成品的壁面上的区域为开凿区域，所述开凿部为多个且均位于所述开凿区域内。
[0010]在一些实施例中，多个所述开凿部沿所述本体的轴向间隔设置，且适于与多条所述等温线分别对应，每个所述开凿部处形成有一个所述凹槽，所述凹槽的形状适于与对应
所述等温线的部分的形状相一致；优选地，所述开凿部适于与对应所述等温线的上端部齐平。
[0011]在一些实施例中，所述本体包括侧壁部和底壁部，所述侧壁部形成为筒状结构，所述底壁部连接在所述侧壁部的底部以封闭所述侧壁部的底部，所述凹槽形成在所述侧壁部和/或所述底壁部上。
[0012]在一些实施例中，所述凹槽内填充有隔热件，所述隔热件的导热率低于所述本体的导热率；任选地，所述隔热件为碳纤维材料件。
[0013]在一些实施例中，所述凹槽适于与所述等温线的上端部的形状相一致。
[0014]根据本专利技术第二方面的坩埚组件，包括石墨坩埚，所述石墨坩埚为根据本专利技术上述第一方面的单晶炉的石墨坩埚；石英坩埚，所述石英坩埚安装于所述盛放腔。
[0015]根据本专利技术的坩埚组件，通过采用上述的石墨坩埚，可以减少加热器传导、辐射至熔汤高温区的热量，降低熔汤边缘处的温度，从而降低熔汤氧含量，有利于提升晶棒品质。
[0016]根据本专利技术第三方面的单晶炉，包括：炉体；和坩埚组件，所述坩埚组件为根据本专利技术上述第二方面的坩埚组件，且所述坩埚组件设在所述炉体内。
[0017]根据本专利技术的单晶炉，通过采用上述的坩埚组件，可以降低熔汤边缘处的温度，从而降低熔汤氧含量，有利于提升晶棒品质。
[0018]根据本专利技术第四方面的石墨坩埚的制造方法，石墨坩埚为根据本专利技术上述第一方面的单晶炉的石墨坩埚，所述制造方法包括以下步骤：S1：对坩埚半成品、与所述坩埚半成品适配的石英坩埚以及盛装于所述石英坩埚内的熔汤进行热场模拟；S2：提取所述步骤S1中的模拟结果，得到所述熔汤的高温区的等温线，所述高温区的温度高于所述熔汤的其余任一区域的温度；S3：在所述坩埚半成品的纵截面上，根据所述等温线的形状确定所述凹槽的形状，并在所述开凿部处加工所述凹槽，以形成所述本体。
[0019]根据本专利技术的石墨坩埚的制造方法，通过对坩埚半成品、石英坩埚以及熔汤进行热场模拟，以精确得到熔汤的高温区的等温线，并根据等温线确定凹槽的形状，可以有效减少加热器传导、辐射至熔汤高温区的热量，降低熔汤边缘处的温度，从而降低熔汤氧含量，有利于提升晶棒品质。
[0020]在一些实施例中，在所述步骤S1中，将所述坩埚半成品用于直拉法拉晶进行热场模拟，以在所述步骤S2中得到多条所述等温线，多条所述等温线随所述熔汤的液位的下降由上向下布置，多条所述等温线对应于所述坩埚半成品的壁面上的区域为开凿区域，所述步骤S3还包括：在所述开凿区域内确定所述开凿部的位置。
[0021]在一些实施例中，在所述开凿区域内确定所述开凿部的位置，包括：将所述等温线导入所述坩埚半成品的图纸中，以确定所述开凿区域；选取多条所述等温线中的一部分，并根据选取的所述等温线的位置确定所述开凿部的位置。
[0022]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0023]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0024]图1是根据本专利技术一个实施例的石墨坩埚的示意图；
[0025]图2是图1中框示的A部的放大图；
[0026]图3是根据本专利技术一个实施例的坩埚组件的示意图；
[0027]图4是图3中所示的坩埚组件的局部放大图；
[0028]图5是图3中所示的坩埚组件内的熔汤加热时在高温区的等温线示意图；
[0029]图6是根据本专利技术一个实施例的石墨坩埚的制作方法流程示意图；
[0030]图7是图6中所示的在坩埚半成品上加工凹槽的示意图；
[0031]图8是根据本专利技术另一个实施例的石墨坩埚的制作方法流程示意图；
[0032]图9是坩埚半成品(即方案一，未设置凹槽)、本申请设置凹槽且在凹槽内填充隔热件的石墨坩埚(方案二)以及本申请设置凹槽且凹槽内并未填充材料件的石墨坩埚(方案三)三种方案的热场模拟结果示意图；
[0033]图10是图9中所示的三种方案的高温区的等温线对比图；
[0034]图11是图9中所示的方案一与方案二的坩埚内壁温度分布对比图；
[0035]图12是图9中所示的方案一与方案二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶炉的石墨坩埚(100)，其特征在于，包括：本体(1)，所述本体(1)为石墨件且限定出盛放腔(1a)，所述盛放腔(1a)的壁面上具有开凿部(10)，所述开凿部(10)处形成有凹槽(1b)，所述凹槽(1b)沿所述本体(1)的周向延伸以形成为环形结构，其中，对坩埚半成品(101)、与所述坩埚半成品(101)适配的石英坩埚(200)以及盛装于所述石英坩埚(200)内的熔汤(300)进行热场模拟，得到所述熔汤(300)的高温区的等温线(R)，在所述本体(1)的纵截面上，所述凹槽(1b)的形状适于与所述等温线(R)的部分的形状相一致，所述坩埚半成品(101)构造成在所述坩埚半成品(101)的内壁面上加工出所述凹槽(1b)以形成所述本体(1)，所述高温区的温度高于所述熔汤(300)的其余任一区域的温度。2.根据权利要求1所述的单晶炉的石墨坩埚(100)，其特征在于，所述石墨坩埚(100)用于直拉法拉晶，在拉晶过程中，所述等温线(R)为多条且随所述熔汤(300)的液位的下降由上向下布置，多条所述等温线(R)对应于所述坩埚半成品(101)的壁面上的区域为开凿区域，所述开凿部(10)为多个且均位于所述开凿区域内。3.根据权利要求2所述的单晶炉的石墨坩埚(100)，其特征在于，多个所述开凿部(10)沿所述本体(1)的轴向间隔设置，且适于与多条所述等温线(R)分别对应，每个所述开凿部(10)处形成有一个所述凹槽(1b)，所述凹槽(1b)的形状适于与对应所述等温线(R)的部分的形状相一致；优选地，所述开凿部(10)适与对应所述等温线(R)的上端部齐平。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的单晶炉的石墨坩埚(100)，其特征在于，所述本体(1)包括侧壁部(11)和底壁部(12)，所述侧壁部(11)形成为筒状结构，所述底壁部(12)连接在所述侧壁部(11)的底部以封闭所述侧壁部(11)的底部，所述凹槽(1b)形成在所述侧壁部(11)和/或所述底壁部(12)上。5.根据权利要求4所述的单晶炉的石墨坩埚(100)，其特征在于，所述凹槽(1b)内填充有隔热件，所述隔热件的导热率低于所述本体(1)的导热率；任选地，所述隔热件为碳纤维材料件。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王双丽，
申请(专利权)人：徐州鑫晶半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：