一种组合式坩埚及利用该坩埚的单晶炉制造技术

本发明专利技术公开了一种组合式坩埚及利用该坩埚的单晶炉，涉及单晶硅制造技术领域。本发明专利技术包括套设于石英坩埚外部的内坩埚以及用于对内坩埚进行兜覆的网状坩埚，内坩埚采用石墨坩埚、碳碳坩埚或陶瓷坩埚；网状坩埚与内坩埚之间采用网兜限位结构或通过石墨胶相粘接；网状坩埚是由一根或多根碳纤维绳编织形成的对石墨、碳碳或陶瓷坩埚进行兜覆的中空网状体。本发明专利技术与原有大厚度的石墨、碳碳或陶瓷坩埚相比，腐蚀损坏后的更换成本低；网状坩埚能够保持石墨、碳碳或陶瓷坩埚的强度和稳定结构；由于厚度减小，产品的热传导效率更高，加热和冷却效率提升，能耗降低；且网状坩埚能够重复使用，安装拆卸简单便捷。安装拆卸简单便捷。安装拆卸简单便捷。

【技术实现步骤摘要】
一种组合式坩埚及利用该坩埚的单晶炉


[0001]本专利技术属于单晶硅或多晶硅制造
，特别是涉及一种组合式坩埚以及使用该组合式坩埚的单晶炉。

技术介绍

[0002]单晶炉是一种在惰性气体环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料融化，用直拉法生长无错位单晶的设备。拉晶是指熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒并平行结合起来便结晶成单晶硅。
[0003]现有的单晶炉中的坩埚结构是在石英坩埚外包裹石墨、碳碳或陶瓷坩埚，加热器直接加热该石墨、碳碳或陶瓷坩埚使石英坩埚内的硅融化，这一过程中，硅融化后在石英坩埚内会产生大量的一氧化硅，挥发出的一氧化硅被氩气流带到炉体的下方，从排气管排出。一氧化硅流经石墨件时，如石墨、碳碳或陶瓷坩埚、加热器、保温筒等，会与之发生反应生成碳化硅。每次产生的碳化硅经清炉吸除后，无论是石墨、碳碳或陶瓷坩埚还是加热器其原有的厚度都不可避免的减薄了，使用寿命将会不可避免的大大缩减。另外，在单晶炉中使用直拉法制造单晶硅的过程中，由于石墨、碳碳或陶瓷坩埚与包裹的石英坩埚的膨胀系数不同，可能还会导致石墨、碳碳或陶瓷坩埚的龟裂问题。在出现一定程度的龟裂以及内壁腐蚀后，会造成石墨、碳碳或陶瓷坩埚的报废。随着单晶硅生长的晶体直径越来越粗，相应的单晶炉的直径也越做越大，对于热场的可靠性要求也越来越高，对应地，石墨、碳碳或陶瓷坩埚壁厚增大、重量增加，进而要求加热器加大功率提高加热温度以达到石英坩埚内硅液热熔温度的要求，这都导致耗能增加以及石墨、碳碳或陶瓷坩埚的制造成本提升。为此专利号为200910118210.X公开了一种中空网状体的石英坩埚保持件，其加入了粘结剂、高温碳化、气相沉积的加工步骤，其直接套设于石英坩埚的外部并对石英坩埚进行保持，但是其仍然没有解决对应的自身坩埚保持件本体易被腐蚀的问题，一经腐蚀后便可造成保持件整体的报废，使用成本依旧很高。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种组合式坩埚及利用该坩埚的单晶炉，解决了以上问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术的一种组合式坩埚，包括套设于石英坩埚外部的内坩埚以及用于对内坩埚进行兜覆的网状坩埚，所述内坩埚采用石墨坩埚、碳碳坩埚或陶瓷坩埚；
[0007]进一步地，网状坩埚与内坩埚之间采用网兜限位结构或通过石墨胶相粘接。
[0008]进一步地，所述网兜限位结构包括利用设置于内坩埚外表面的凸起挂住网状坩埚或利用设置于内坩埚外表面的台阶结构卡接住网状坩埚；所述台阶结构的深度为1
‑
10mm；所述凸起的厚度为1
‑
10mm。
[0009]进一步地，所述内坩埚采用整体式坩埚或分体式坩埚，所述分体式坩埚包括多瓣式坩埚。
[0010]进一步地，所述网状坩埚是由一根或多根碳纤维绳编织形成的对内坩埚进行兜覆的中空网状体，其内表面与内坩埚外表面相贴合。
[0011]进一步地，所述网状坩埚具体为碗状或直筒状，底部设有开口或由碳纤维绳编织覆盖，所述网状坩埚的顶部为开口。
[0012]进一步地，所述网状坩埚的碳纤维绳表面包覆或填充有沉积碳层或硬化物质层。
[0013]进一步地，陶瓷坩埚的材料包括氮化硼、碳化硅、碳化钨、氧化锆、氧化铝、氮化铝、二硼化钛、碳化鉿中任意一种或多种混合。
[0014]一种单晶炉，包括上述的组合式坩埚。
[0015]一种拉晶方法，采用所述单晶炉进行拉晶的方法。
[0016]本专利技术相对于现有技术包括有以下有益效果：
[0017](1)本技术方案将坩埚分为内坩埚和网状坩埚两层式结构，采用在包裹石英坩埚的石墨、碳碳或陶瓷坩埚外部套设网状坩埚，该网状坩埚是由碳纤维绳编织形成的对石墨、碳碳或陶瓷坩埚进行兜覆的中空网状体，其内表面与石墨、碳碳或陶瓷坩埚的外壁相贴合；该网状坩埚能够时刻保持石墨、碳碳或陶瓷坩埚的结构稳定性，使选择比现有壁厚更薄的石墨、碳碳或陶瓷坩埚成为可能，薄壁石墨、碳碳或陶瓷坩埚和包裹其的外网状坩埚形成的组合坩埚的强度与原厚壁单层石墨、碳碳或陶瓷坩埚相比没有下降；
[0018](2)本技术方案采用内坩埚和网状坩埚两层式结构，在内坩埚被腐蚀导致内径变大或者由于热膨胀导致龟裂后，只需对内坩埚进行更换，网状坩埚可重复使用，相对于原厚壁单层石墨、碳碳或陶瓷坩埚，更换成本更低；
[0019](3)本技术方案采用内坩埚和网状坩埚两层式结构其内坩埚相对于原有的厚壁单层坩埚壁厚降低，且网状坩埚是镂空形式，总体热传导效率变高，加热和冷却时间大大缩短，不仅对于加热器所需的功率要求更低，还可以提升拉晶效率；
[0020](4)本技术方案采用网状坩埚能够使石墨、碳碳或陶瓷坩埚需要更换时便于脱离；
[0021](5)本技术方案采用网状坩埚对内坩埚进行兜覆支撑的组合结构，当内坩埚可采用分体式坩埚结构时，如三瓣式或多瓣式坩埚，不仅可以有效降低热膨胀带来的影响，且具有良好的整体保持效果。
[0022](6)本技术方案的内坩埚和网状坩埚组成的两层式结构，两层之间采用网兜限位结构或通过石墨胶相粘接，其中网兜限位结构具体包括设置于内坩埚外表面的凸起挂住网状坩埚或利用设置于内坩埚外表面的台阶结构卡接住网状坩埚，凸起和台阶结构样式简单，能够使网状坩埚很好的与内坩埚相结合，安装拆卸简单便捷。
[0023]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术具体实施例1的一种组合式坩埚的结构示意图；
[0026]图2为图1中网状坩埚的结构示意图；
[0027]图3为图1中材质为石墨、碳碳或陶瓷坩埚的内坩埚结构示意图；
[0028]图4为具体实施例2的组合式坩埚的结构示意图；
[0029]图5为图4中内坩埚的结构示意图；
[0030]图6为具体实施例3的组合式坩埚的结构示意图；
[0031]图7为图6中对应的带有台阶结构的内坩埚的结构示意图；
[0032]图8为具体实施例4的网状坩埚的结构示意图；
[0033]图9为具体实施例5的网状坩埚的结构示意图；
[0034]图10为具体实施例6的网状坩埚的结构示意图；
[0035]图11为具体实施例7的三瓣式石墨、碳碳或陶瓷坩埚的结构示意图；
[0036]图12为应用图11中三瓣式石墨、碳碳或陶瓷坩埚的组合式坩埚的结构示意图；
[0037]图13为碳纤维绳的编织方式示意图之一；
[0038]图14为碳纤维绳的编织方式示意图之二；
[0039]图15为碳纤维绳的编织方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合式坩埚，其特征在于，包括套设于石英坩埚外部的内坩埚(1)以及用于对内坩埚(1)进行兜覆的网状坩埚(2)，所述内坩埚(1)采用石墨坩埚、碳碳坩埚或陶瓷坩埚。2.根据权利要求1所述的一种组合式坩埚，其特征在于，所述网状坩埚(2)与内坩埚(1)之间采用网兜限位结构或通过石墨胶相粘接。3.根据权利要求2所述的一种组合式坩埚，其特征在于，所述网兜限位结构包括利用设置于内坩埚(1)外表面的凸起(101)挂住网状坩埚(2)或利用设置于内坩埚(1)外表面的台阶结构(A)卡接住网状坩埚(2)；所述台阶结构(A)的深度为1
‑
10mm；所述凸起(101)的厚度为1
‑
10mm。4.据权利要求1所述的一种组合式坩埚，其特征在于，所述内坩埚(1)采用整体式坩埚或分体式坩埚，所述分体式坩埚包括多瓣式坩埚。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：申富强，张晶，孙亚林，牛龙祥，
申请(专利权)人：上海骐杰碳素材料有限公司，
类型：发明
国别省市：