单晶炉双相复合换热器、单晶炉和换热方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种单晶炉双相复合换热器、单晶炉和换热方法；单晶炉双相复合换热器包括换热壳体和分隔板，换热壳体包括相互连接且间隔分布的内壳和外壳，内壳的内壁和外壳的内壁之间形成换热腔，内壳的外壁围合形成提拉通道；分隔板连接于内壳的内壁和外壳的内壁之间，用于将换热腔分隔为水冷换热腔和相变换热腔，其中，水冷换热腔位于相变换热腔的上方，水冷换热腔用于循环冷却水，相变换热腔用于盛装有机换热介质、并用于容纳有机换热介质挥发形成的气相换热介质。本发明专利技术的单晶炉双相复合换热器和换热方法能够稳定、可靠地控制纵向温度梯度，以保证晶体在高拉速下稳定地生长，提高晶体生产效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
单晶炉双相复合换热器、单晶炉和换热方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种单晶炉双相复合换热器、单晶炉和换热方法。

技术介绍

[0002]直拉法生长单晶硅是目前应用较广的一种单晶硅生产技术。用直拉法生长单晶硅时，单晶炉为核心生产设备之一；现有技术提供的单晶炉包括加热器、坩埚和提拉头；加热器设置在坩埚的外侧，用于对坩埚加热，而硅料则在坩埚内受热熔化形成硅熔体；提拉头将籽晶浸入硅熔体中，在籽晶下方生长并提拉单晶棒。
[0003]采用直拉法生长单晶硅时，降低成本最直接的方式即为提高生产效率；而提高晶体生长的速度是提高生产效率最主要的方法之一。又有相关技术为了提高晶体生长的速度，给单晶炉配置了换热器，以利用换热器带走结晶释放的潜热，增加晶体纵向温度梯度，以提高晶体生长速度。
[0004]但是，相关技术提供的换热器对于纵向温度梯度的提高效果有限，且不便于稳定地控制纵向温度梯度，难以保证晶体在高拉速下稳定地生长，即难以保证晶体高质量的快速生长。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种单晶炉双相复合换热器、单晶炉和换热方法，该单晶炉双相复合换热器和对应的换热方法能够稳定、可靠地控制纵向温度梯度，以保证晶体在高拉速下稳定地生长，即保证晶体高质量的快速生长，提高晶体生产效率。
[0006]本专利技术的实施例是这样实现的：第一方面，本专利技术提供一种单晶炉双相复合换热器，包括：换热壳体，换热壳体包括相互连接且间隔分布的内壳和外壳，内壳的内壁和外壳的内壁之间形成换热腔，内壳的外壁围合形成提拉通道；分隔板，分隔板连接于内壳的内壁和外壳的内壁之间，用于将换热腔分隔为水冷换热腔和相变换热腔，其中，水冷换热腔位于相变换热腔的上方，水冷换热腔用于循环冷却水，相变换热腔用于盛装有机换热介质、并用于容纳有机换热介质挥发形成的气相换热介质。
[0007]在可选的实施方式中，分隔板朝向相变换热腔的一侧设置有多个凹槽。
[0008]在可选的实施方式中，多个凹槽的总面积占分隔板朝向相变换热腔的一侧的表面积的60
‑
70%。
[0009]在可选的实施方式中，单晶炉双相复合换热器还包括底板，底板连接于内壳和外壳之间，且底板分布于相变换热腔远离分隔板的一端；底板朝向相变换热腔的一侧连接有多个凸起。
[0010]在可选的实施方式中，多个凸起的总面积占底板朝向所述相变换热腔的一侧的表
面积的50
‑
60%。
[0011]在可选的实施方式中，凸起的高度大于或等于0.1mm。
[0012]在可选的实施方式中，凸起由疏水材料制备，底板由亲水材料制备。
[0013]在可选的实施方式中，相变换热腔包括从上至下依次连通的气相区和液相区，内壳包括依次连接的第一段和第二段，外壳包括依次连接的第三段和第四段，第一段和第三段相对且间隔设置，且两者之间形成气相区，气相区用于容纳气相换热介质；第二段和第四段相对且间隔设置，且两者之间形成液相区，液相区用于盛装有机换热介质；其中，从靠近液相区的一端至远离液相区的一端，第一段和第三段形成等间距设置，且第一段和第三段均倾斜分布，且倾斜的角度为65
°‑
80
°
；从靠近气相区的一端至远离气相区的一端，第二段和第四段之间的间距逐渐减小，且第二段竖直分布，第四段倾斜分布。
[0014]在可选的实施方式中，气相区和液相区的高度比为4:1
‑
2:1.2。
[0015]在可选的实施方式中，单晶炉双相复合换热器还包括压力调节组件，压力调节组件与相变换热腔连通，用于将相变换热腔内的介质排出以泄压、或用于向相变换热腔补充介质以增压，从而调节热通量。
[0016]第二方面，本专利技术提供一种单晶炉，包括前述实施方式任一项的单晶炉双相复合换热器。
[0017]第三方面，本专利技术提供一种换热方法，用于前述实施方式的单晶炉，换热方法包括：在水冷换热腔内循环冷却水，在相变换热腔内盛装沸点低于水的有机换热介质；控制相变换热腔远离水冷换热腔的一端的过热度为50
‑
200℃。
[0018]在可选的实施方式中，换热方法还包括控制相变换热腔的压力为0.1
‑
30Mpa。
[0019]本专利技术实施例的单晶炉双相复合换热器和单晶炉的有益效果包括：本专利技术实施例提供的单晶炉包括单晶炉双相复合换热器；该单晶炉双相复合换热器包括水冷换热腔和位于水冷换热腔下方的相变换热腔，其中，水冷换热腔用于循环冷却水，相变换热腔用于盛装有机换热介质、且用于容纳有机换热介质挥发形成的气相换热介质；这样一来，在使用换热器时，可以使水冷换热腔循环冷凝水，并使相变换热腔内盛装沸点低于水的有机换热介质，相变换热腔远离水冷换热腔的一端基本上位于换热器的最下端，此处吸热更快，换热效率更高，对于晶棒具有更强的冷却能力，与此同时相变换热腔内盛装的部分有机换热介质因吸收热量而挥发成气态换热介质填充在该相变换热腔的中部和上部，以便于利用相变换热腔底部仍然为液态的有机换热介质、相变换热腔中部和上部的气态换热介质以及水冷换热腔的冷却水可靠地提高纵向温度梯度，以保证晶体在高拉速下稳定地生长，即保证晶体高质量的快速生长，提高晶体生产效率。
[0020]本专利技术实施例的换热方法的有益效果包括：本专利技术实施例提供的换热方法不仅包括前述单晶炉双相复合换热器的有益效果，还通过将相变换热腔远离水冷换热腔的一端的过热度为50
‑
200℃，使相变换热腔内的有机换热介质在沸腾的过程中可以从核态沸腾进入过渡沸腾，在相变换热腔内的有机换热介质换热升温的过程中，有机换热介质的温度逐渐升高，以逐渐从无沸腾的状态开始沸腾，并进入核态沸腾，在核态沸腾阶段有孤立的气泡产生；随着换热的继续，有机换热介质进一步升温，有机换热介质产生大量的气泡带走热量，
同时气泡运动促进液体对流，热通量到达极大值；进一步随着换热的继续，有机换热介质的温度继续升高，形成的孤立的气泡会在内壳的内壁和外壳的内壁均形成汽膜阻碍热传导，而内壳和外壳的壁面到液体的热量以热辐射为主，此时热通量才开始降低，进入过渡沸腾；这样一来，有效地增大了换热器的热通量，以提高晶棒的纵向温度梯度，有利于晶体在高拉速下稳定生长，而且由于在有机换热介质进入过渡沸腾的阶段时，热通量才会开始降低，在此之前热通量则处于持续上升的状态，故当有机换热介质刚刚达到过渡沸腾时具有最高的换热效率，从而确保纵向温度梯度的提高，确保晶体在高拉速下稳定、可靠地生长。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例中单晶炉双相复合换热器的剖视图；图2为本专利技术实施例中分隔板的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶炉双相复合换热器，其特征在于，包括：换热壳体，所述换热壳体包括相互连接且间隔分布的内壳和外壳，所述内壳的内壁和所述外壳的内壁之间形成换热腔，所述内壳的外壁围合形成提拉通道；分隔板，所述分隔板连接于所述内壳的内壁和所述外壳的内壁之间，用于将所述换热腔分隔为水冷换热腔和相变换热腔，其中，所述水冷换热腔位于所述相变换热腔的上方，所述水冷换热腔用于循环冷却水，所述相变换热腔用于盛装有机换热介质、并用于容纳所述有机换热介质挥发形成的气相换热介质。2.根据权利要求1所述的单晶炉双相复合换热器，其特征在于，所述分隔板朝向所述相变换热腔的一侧设置有多个凹槽。3.根据权利要求2所述的单晶炉双相复合换热器，其特征在于，多个所述凹槽的总面积占所述分隔板朝向所述相变换热腔的一侧的表面积的60
‑
70%。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的单晶炉双相复合换热器，其特征在于，所述单晶炉双相复合换热器还包括底板，所述底板连接于所述内壳和所述外壳之间，且所述底板分布于所述相变换热腔远离所述分隔板的一端；所述底板朝向所述相变换热腔的一侧连接有多个凸起。5.根据权利要求4所述的单晶炉双相复合换热器，其特征在于，多个所述凸起的总面积占所述底板朝向所述相变换热腔的一侧的表面积的50
‑
60%。6.根据权利要求4所述的单晶炉双相复合换热器，其特征在于，所述凸起的高度大于或等于0.1mm。7.根据权利要求4所述的单晶炉双相复合换热器，其特征在于，所述凸起由疏水材料制备，所述底板由亲水材料制备。8.根据权利要求1所述的单晶炉双相复合换热器，其特征在于，所述相变换热腔包括从上至下依次连通的气相区和液相区，所述内壳包括依次连接的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林东，魏子涵，陈伟，陈志军，吴超慧，张鹏，丁云飞，许堃，
申请(专利权)人：苏州晨晖智能设备有限公司，
类型：发明
国别省市：