一种单晶炉用低功耗石墨坩埚制造技术

本发明专利技术涉及一种单晶炉用低功耗石墨坩埚，用于支撑内存有源生多晶硅料的石英坩埚，所述石英坩埚的上半部装填大粒径硅料，小粒径硅料铺设在石英坩埚的下半部，所述的石墨坩埚具有坩埚体，所述的坩埚体的上半部外壁上周向开设有均布的大正六边孔，坩埚体的下半部外壁上周向开设有均布的小正六边孔，大正六边孔的内切圆直径大于小正六边孔的内切圆直径。本发明专利技术通过在石墨坩埚的坩埚体壁上开设正六边形孔，可减少石墨坩埚的直接受热面积，使更多热量通过石墨坩埚外壁上的正六边形孔热辐射传递到石英坩埚上，在确保对石英坩埚支撑强度的前提下，降低了加热器的加热功率，节约能源。节约能源。节约能源。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶炉用低功耗石墨坩埚


[0001]本专利技术涉及单晶硅生长设备
，尤其是一种单晶炉用低功耗石墨坩埚。

技术介绍

[0002]单晶炉拉制单晶硅棒过程中，通常使用石英坩埚装填源生多晶硅料进行熔料，因为硅熔点为1415℃左右，而石英坩埚的主要成分高纯石英是非晶体，没有固定的熔点，通常在600
‑
800℃开始软化，而软化的石英坩埚起不到支持硅料作用，因此需要将石墨坩埚套在其外层作为支撑。
[0003]现有石墨坩埚多为一体化结构，全部包裹在石英坩埚的外层，起到支撑石英坩埚的作用。加热器通过热辐射，传导至石墨坩埚外周壁上，然后透过石墨坩埚继续传导到石英坩埚内，最后作用到石英坩埚内的源生多晶硅料上，将其熔化。
[0004]目前现有技术的认知是，为了确保支撑强度，石墨坩埚必须全封闭状态包裹着石英坩埚, 以达到托住石英坩埚、提升强度的目的，但由于石墨坩埚位于加热器与石英坩埚中间，传热过程中阻隔了一部分热量，造成热能损失较大；同时在单晶炉拉棒结束进行拆炉清洁时，由于石墨材料的热膨胀系数大于石英材料的热膨胀系数，收缩不一致，导致石英坩埚与石墨坩埚之间产生粘黏现象，不容易从石墨坩埚内取出已报废的石英坩埚。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本专利技术提供一种可减少热能损失且便于拆炉清洁的单晶炉用低功耗石墨坩埚。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单晶炉用低功耗石墨坩埚，用于支撑内存有源生多晶硅料的石英坩埚，所述的石英坩埚的上半部装填大粒径硅料，小粒径硅料铺设在石英坩埚的下半部，所述的石墨坩埚具有坩埚体，石英坩埚嵌入在坩埚体内，所述的坩埚体的上半部外壁上周向贯穿有均布的供单晶炉的加热器产生的热辐射穿过而向石英坩埚辐射的大正六边孔，坩埚体的下半部外壁上周向贯穿有均布的供单晶炉的加热器产生的热辐射穿过而向石英坩埚辐射的小正六边孔，所述的大正六边孔的内切圆直径大于小正六边孔的内切圆直径。
[0007]优选地，所述的大正六边孔的内切圆直径为石英坩埚上半部所装填的大粒径硅料粒径均值的80%
±
5%，小正六边孔的内切圆直径为石英坩埚下半部所装填的小粒径硅料粒径均值的80%
±
5%。
[0008]具体说，所述的坩埚体的上半部外壁上轴向设有三排、每排均周向均布的大正六边孔，坩埚体的下半部外壁上轴向设有三排、每排均周向均布的小正六边孔。
[0009]进一步地，所述的大正六边孔上下排之间错位设置，所述的小正六边孔上下排之间错位设置。
[0010]为更好地提高对石英坩埚的支撑强度，所述的坩埚体上半部与下半部之间的外周壁上套装有支撑环。
[0011]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在石墨坩埚的坩埚体外壁上开设正六边形孔，以减少石墨坩埚外周壁面的直接受热面积，使更多热量通过石墨坩埚外壁上的正六边形孔辐射传递到石英坩埚上，在确保对石英坩埚支撑强度的前提下，降低了加热器的加热功率，节约能源。
附图说明
[0012]下面结合附图和实施方式对本专利技术进一步说明。
[0013]图1是本专利技术所述石墨坩埚的三维结构示意图。
[0014]图中：1.坩埚体，2.大正六边孔，3.小正六边孔，4.支撑环。
具体实施方式
[0015]现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。
[0016]如图1所示的一种单晶炉用低功耗石墨坩埚，所述的石墨坩埚具有圆形的坩埚体1，所述的坩埚体1的上半部外壁上轴向开设有三排大正六边孔2，每排大正六边孔2沿坩埚体1周向均布，坩埚体1的下半部外壁上轴向开设有三排小正六边孔3，每排小正六边孔3沿坩埚体1周向均布。
[0017]所述的大正六边孔2上下排之间错位设置，所述的小正六边孔3上下排之间错位设置。
[0018]现有单晶炉的加热方式是通过加热器热辐射传导的，单晶炉的坩埚分为外层的石墨坩埚和内层的石英坩埚，外层的石墨坩埚起到支撑作用，内层石英坩埚由于最接近硅原料本身（即石英坩埚主要成分是二氧化硅），起到装填硅料、隔绝杂质污染的作用，其中石英坩埚的上半部装填大粒径硅料，小粒径硅料铺设在石英坩埚的下半部。
[0019]所述大正六边孔2的内切圆直径为对应的大粒径硅料粒径均值的80%，大粒径硅料粒径均值为石英坩埚上半部内所有大粒径硅料粒径的平均值；小正六边孔3的内切圆直径为对应的小粒径硅料粒径均值的80%，小粒径硅料粒径均值为装填在石英坩埚下半部内所有小粒径硅料粒径的平均值。
[0020]由于在加热器热辐射过程中，外层的石墨坩埚势必要分走一部分热能，即加热器产生的热能要作用于硅料上，就必须要经过石墨坩埚和石英坩埚传递，石墨坩埚层起到支撑作用，因此通过设计合理的结构，可以有效的起到支撑作用，同时减少热能的浪费。
[0021]本专利技术中，坩埚体1外壁上开孔设计采用正六边型结构，形成如同蜂巢一样的结构，其原理是假设石墨坩埚支撑强度不降低的情况下，开孔为正六边形结构，其面积是最大的（对比三角形和四边形），通过的热量也最多，即石英坩埚受到的热辐射面积也是最大的。
[0022]首先，对比圆形孔，在单位面积情况下，正六边形孔的数量要多于圆形孔，因为圆形孔之间会有间隙，间隙会减少开孔的总表面积数量，浪费材料。因此本专利技术选用正六边形孔洞，这样可以最大程度地利用材料，使产品质量轻，强度高，如此结构的石墨坩埚可以使更多热量通过热辐射传递到石英坩埚上。
[0023]其次，石墨坩埚的坩埚体1侧壁采用上述开孔分布情况，与其内部的石英坩埚装填硅料方式有直接的关系。
[0024]其一，在单晶炉的拉晶过程中，通过引晶、等径等工艺，提出单晶硅晶体，石英坩埚内的硅熔液，呈下降趋势聚集于石英坩埚下半部，所以，石墨坩埚下半部的支撑强度要高于上半部的支撑强度，因此石墨坩埚上半部开孔大、下半部开孔小。
[0025]其二，坩埚体1侧壁开孔直径与石英坩埚内装填的硅料粒径成比例关系：因为石英坩埚内部装填硅料的方式是一般分为上下两层，上层是粒径50
‑
150mm的硅料，下层为10
‑
50mm的硅料，所以石墨坩埚上半部开设的大正六边孔2的内切圆直径是上层所装填硅料粒径均值的80%，即80mm，下半部小正六边孔3的内切圆直径为30mm，这样设计可以使石英坩埚更有效接受热辐射作用。
[0026]如此结构的石墨坩埚，有助于增强石墨坩埚的支撑强度，同时在坩埚体1上半部与下半部之间的外周壁上套装有支撑环4，这是因为一般情况下石英坩埚要高于石墨坩埚40
‑
50mm，上层的石英坩埚需要足够的支撑强度，而石墨坩埚上半部开设有大正六边孔2，通过支撑环4作用可以进一步提高石墨坩埚的支撑强度。
[0027]基于本领域技术人员所掌握的知识，为确保支撑强度，石墨坩埚外壁必须为封闭式结构，本专利技术打破了该技术偏见，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶炉用低功耗石墨坩埚，用于支撑内存有源生多晶硅料的石英坩埚，其特征是：所述的石英坩埚的上半部装填大粒径硅料，小粒径硅料铺设在石英坩埚的下半部，所述的石墨坩埚具有坩埚体（1），石英坩埚嵌入在坩埚体（1）内，所述的坩埚体（1）的上半部外壁上周向贯穿有均布的供单晶炉的加热器产生的热辐射穿过而向石英坩埚辐射的大正六边孔（2），坩埚体（1）的下半部外壁上周向贯穿有均布的供单晶炉的加热器产生的热辐射穿过而向石英坩埚辐射的小正六边孔（3），所述的大正六边孔（2）的内切圆直径大于小正六边孔（3）的内切圆直径。2.如权利要求1所述的单晶炉用低功耗石墨坩埚，其特征是：所述的大正六边孔（2）的内切圆直径为石英坩埚上半部所装填的大粒径硅料粒径均值的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚伟忠，鲁贵林，张燕辉，赵飞，
申请(专利权)人：华耀光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：