一种具有复合结构的高辐射率单晶炉热场加热器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有复合结构的高辐射率单晶炉热场加热器,包括保温罩以及设置在保温罩内的坩埚，保温罩内壁围绕坩埚设置有主加热器，坩埚下方设置有底部加热器，所述主加热器内壁设置有支撑骨架，支撑骨架由碳纤维增强SiC复合材料构成，且表面设置有环形阵列分布的卡槽，卡槽内通过弹性连接件设置有辐射单元与支撑骨架物理隔离，所述辐射单元表面设置有微孔阵列，微孔阵列的孔内壁覆盖硼掺杂SiC纳米锥结构形成光学谐振腔。本发明专利技术分体式结构的辐射单元与支撑骨架，热应力通过弹性连接件释放，高温条件下骨架无裂纹、辐射单元无剥落，辐射单元表面微孔阵列的纳米锥结构实现光学共振，提升辐射效率，辐射单元模块化制造支持局部更换，降低更换成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及单晶炉，特别是涉及一种具有复合结构的高辐射率单晶炉热场加热器。

技术介绍

1、拉制单晶硅时，需要使用单晶炉，在特制石英坩埚中，将多晶硅原料融化，然后使用籽晶拉制单晶硅晶棒，随着半导体硅晶圆品质的不断提高，对拉晶过程中晶棒的晶体缺陷有了更高的管控要求，单晶炉的内部结构形成热场(hot zone)，而热场的结构及性能直接影响着晶棒的品质，因此热场的设计至关重要。对于一个单晶炉来说，加热器的设计是热场设计的核心之一，加热器分为主加热器和底部加热器，主加热器也称为边部加热器，设置在坩埚的侧面，底部加热器设置在坩埚的底部，其中边部主加热器承担着单晶炉的主要热量输出，在多晶硅料熔化阶段和后期晶棒长晶(body)阶段都起着重要的作用，其形状及加热区域的大小直接影响着拉晶炉温度场，进而影响晶棒的品质。

2、传统的石墨加热器辐射率低，热转换效率差，能耗高，单一材料在1700℃高温下易发生热膨胀开裂，热场均匀性受热膨胀变形影响显著，涂层型高辐射材料与基体热膨胀系数不匹配导致界面结合力弱、易剥落。

技术实现思路...

【技术保护点】

1.一种具有复合结构的高辐射率单晶炉热场加热器，包括保温罩以及设置在保温罩内的坩埚（10），保温罩内壁围绕坩埚（10）设置有主加热器（20），坩埚（20）下方设置有底部加热器（30），其特征在于，所述主加热器（20）内壁设置有支撑骨架（40），支撑骨架（40）由碳纤维增强SiC复合材料构成，且表面设置有环形阵列分布的卡槽（41），卡槽（41）内通过弹性连接件（50）设置有辐射单元（60）与支撑骨架（40）物理隔离，所述辐射单元（60）表面设置有微孔阵列（64），微孔阵列（64）的孔内壁覆盖硼掺杂SiC纳米锥结构（641）形成光学谐振腔。

2.按照权利要求1所述的一种具有复合结...

【技术特征摘要】

1.一种具有复合结构的高辐射率单晶炉热场加热器，包括保温罩以及设置在保温罩内的坩埚（10），保温罩内壁围绕坩埚（10）设置有主加热器（20），坩埚（20）下方设置有底部加热器（30），其特征在于，所述主加热器（20）内壁设置有支撑骨架（40），支撑骨架（40）由碳纤维增强sic复合材料构成，且表面设置有环形阵列分布的卡槽（41），卡槽（41）内通过弹性连接件（50）设置有辐射单元（60）与支撑骨架（40）物理隔离，所述辐射单元（60）表面设置有微孔阵列（64），微孔阵列（64）的孔内壁覆盖硼掺杂sic纳米锥结构（641）形成光学谐振腔。

2.按照权利要求1所述的一种具有复合结构的高辐射率单晶炉热场加热器，其特征在于，所述辐射单元（60）为多层复合结构，包括设置于卡槽（41）内侧的基体层（61）、覆盖于基体层（61）表面的过渡层（62）以及设置于过渡层（62）表面的辐射层（63），基体层（61）采用厚度为2mm～4mm的高纯细晶石墨和垂直阵列碳纳米管制成，过渡层（62）采用厚度为0.2mm～0.5mm的sic与石墨的梯度复合材料制成，sic含量由20%～80%梯度变化，辐射层（63）采用厚度为50μm～100μm的多孔sic-si3n4陶瓷基体与原位生长石墨烯的复合结构制成。

3.按照权利要求2所述的一种具有复合结构的高辐射率单晶炉热场加热器，其特征在于，所述辐射层（63）在2.5μm～25μm波长的红外辐射率≥0.92,1700℃下热膨胀系数为4.6×10-6/k。

4.按照权利要求1所述的一种具有复合结构的高辐射率单晶炉热场加热器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：华焱，李东，刘杰，
申请(专利权)人：常州四杰机械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：