用于为生长的单晶供热的环形电阻加热器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于为生长的单晶供热的环形电阻加热器，其包含：上部环和下部环，它们通过邻接所述下部环的环间隙的回线而导电连接，以使通过环传导的电流的流动方向在所述环中是相反的；以一定距离将所述上部环与下部环固定在一起的连接元件；和引导电流通过所述上部环和下部环的电线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于为生长的单晶供热的环形电阻加热器。
技术介绍
生产单晶的一种方法是Czochralski法。其例如用于生产由硅构成的单晶。依据该方法，首先在坩埚中生产熔融体，而后将籽晶与熔融体接触，最后，通过从熔融体的表面提拉籽晶而使得籽晶上悬浮的单晶生长。如果可以通过环形电阻加热器为生长的单晶供热是有利的，所述环形电阻加热器在下文中也被称为环形加热器。因此,US 2004/0192015描述了一种方法，其中通过环形加热器为生长的单晶的相界提供热，以使沿单晶的半径在相界上的轴向温度梯度均匀。该方 法的目的是影响内在点缺陷的形成达到生长的单晶的缺陷性质在径向上尽可能地均匀的效果。US6, 132，507提到，环形加热器也可以用于降低单晶直径的波动以及生长率。本专利技术的专利技术人已经确证，如果同时施加强的外磁场以影响熔融体的流动，那么利用环形加热器为生长的单晶供热是困难的。在这种情况下会发生外磁场和由环形加热器产生的磁场间的电磁相互作用。作用在环形加热器上的Lorentz力可以改变环形加热器的位置、损伤环形加热器，或甚至将其毁坏。US7, 335，864B2描述了如下事实，电阻加热器的固有磁场可以通过以双线形式缠绕加热线圈来降低，这样，电流穿过加热线圈的局部折返以相反方向流动。然而，尽管使用以所述方式改造的环形加热器，但是所提及的困难不能得到满意的消除，因为磁场间的相互作用仍存在，虽然是以弱化的形式。因此，本专利技术的目的是提供用于为生长的单晶供热的环形电阻加热器，其具有US2004/0192015 Al中描述的环形加热器的优势，但是在强外磁场下使用期间没有其劣势。
技术实现思路
通过提供用于为生长的单晶供热的环形电阻加热器达到所述目的，所述环形电阻加热器包含上部环和下部环，它们通过邻接下部环的环间隙的回线(loop)而导电连接，以使通过环传导的电流的流动方向在所述环中是相反的；以一定距离将所述上部环与下部环固定在一起的连接元件；和引导电流通过上部环和下部环的电线。本专利技术的环形加热器包含两个环形局部线圈，一个在另一个之上排布，在下文中也将所述局部线圈称为上部环和下部环，它们通过回线(loop)连接形成一体组件。当通过回线时，流过局部线圈的电流的流动方向逆转。因而，环形加热器具有以双线形式缠绕的线圈的结构和性质。优选所述上部环和下部环以及电线基本上由碳，例如碳纤维补强碳(CFC)或石墨构成。特别优选石墨，特别是具有最低可能电阻、最高可能挠曲强度和最高可能导热性的石墨类型。为了使环的截面积尽可能小，电阻应当优选不超过11 μ Ωπι。挠曲强度应当优选不低于50MPa，以及导热性应当优选不小于120W/mK。高的导热性防止了加速环状加热器的损耗的过热位置(“热点”)的形成。连接元件将上部环和下部环固定在一起，并且使其相互间保持一定距离。因而，它们对作用在环上的电磁力进行补偿，并且特别地防止环在作用在熔融体上的磁场影响下相对于彼此位移。环之间的距离优选不小于2mm和不大于150mm。小于2mm的距离是不优选的，因为有发生电子跳火(electrical flashover)的风险,超过150mm的距离也是不优选的，因为这样，环形加热器的双线结构的优势不再得到足够显示。所述连接元件的表现方式可以是在连接位置上部环与下部环是电绝缘的。同样，连接元件的表现方式也可以是将部分流过环的电流导出。所述部分在每种情况下应当不超过总电能的5%。这种类型的构造可以例如通过将上部环和下部环用由碳纤维补强碳(CFC)构成的螺丝直接彼此拧紧而实现。上部环和下部环由分别固定在上部环和下部环上的电线担载。优选以电绝缘的方 式将电线彼此连接，以确保其以这种方式对抗压缩其或牵拉其的力以及由强外磁场产生的力。例如，施加在熔融体上较强的外磁场是水平磁场或勾形磁场。优选在电线的固定位置的区域内以扩宽的方式呈现上部环和下部环。这强化了环在该区域中的机械稳定性，并降低电流密度，以避免局部过热。环形加热器用于为生长的单晶供热，优选用于影响生长的单晶的相界上的轴向温度梯度的径向分布以及用于调整生长的单晶的直径。单晶优选是由硅构成的单晶，其直径不小于300mm,特别优选直径为300mm或450mm。附图说明以下，本专利技术将参考附图更详细地解释。附图显示了环形加热器的特别优选的构造特征。图I显示了不含连接元件并不含电线的环形加热器的透视图。图2显示了依据图I具有连接元件和电线的环形加热器的透视图。图3是电线区域中的环形加热器的截面图。图4是夹具接头(clamping connection)区域中的电线的截面图。具体实施例方式依据图I的环形加热器包含上部环I和下部环2，其中两个环都通过环间隙隔断，其以支管(offset)形式排布。下部环的环间隙3与回线4邻接，所述回线连接上部环I与下部环2。上部环的环间隙5优选足够宽，以具有固定下部环的电线的空间。优选有用于基底(base) 6的空间，其增加基底区域中的下部环的厚度，以使电线的固定位置处于相同的水平。由于环间隙的支管排布，上部环的末端7和下部环的末端8在基底6和下部环的环间隙3之间的区域中重叠。上部环的边缘和下部环的边缘，特别是环的外周和内周的边缘，是圆形的。使边缘成圆形降低了发生电子跳火的风险。在环的末端侧上，在圆周上分布孔9，所述孔在厚度方向上一致地穿过上部环和下部环。孔优选中心分布，并在末端侧上等距离分布，以避免不对称。特别地，它们优选还位于环经受特别高的机械负载的位置上。在上部环的末端7和下部环的末端8重叠的位置，孔9在径向上彼此相邻排列，而不是中心排列。用于将环与电线固定的孔位于基底6的末端和上部环I的另一个末端10的末端侧上。优选扩宽其末端区域中和基底6的区域中的环，以增加机械稳定性并降低那里的电流密度。图2显示了，孔用于容纳连接元件18，其固定上部环和下部环在精确的特定距离上，并使其彼此间电绝缘，或者固定上部环和下部环使得连接元件形成环间的高阻抗线。在上部环的末端10的末端侧上的孔和在基底6的末端上的孔用于将上部环I固定到上部环的电线11上，以及将下部环2固定到下部环的电线12上。基底6优选以使环在相同的水平的位置上与电线固定的方式增加下部环2的厚度。在图2所示的环形加热器的情况下，上部环的电线11和下部环的电线12彼此通 过夹具接头19在至少一个位置上连接。夹具接头19确保电线对抗强外磁场的电磁力，所述力压缩所述电线。除了夹具接头19之外或代替夹具接头19，还可以提供一个或多个电线接头，其确保电线对抗强外磁场的电磁力，所述力驱使所述电线分离。依据图3，在每种情况下，连接元件18优选包含环形垫片13、中空圆柱体14、螺丝15和螺母16。中空圆柱体14的直径优选通过轴环(collar) 17在一端扩宽。环形垫片13被安排在环之间。中空圆柱体穿过孔插入，将孔排成行。穿过中空圆柱体14和垫片13的螺丝15在其一端用螺母拧紧。螺母优选通过盲孔封闭。在装配期间，首先将环形垫片推入上部环I和下部环2之间，而后将中空圆柱体14穿过上部环的孔插入垫片中。而后将另一个中空圆柱体穿过下部环2插入垫片中，将该装置用螺丝15和螺母16拧到一起。为了节省结构高度，将中空圆柱体14的轴环17放入上部环I的末端侧和下部环2的末端侧的对本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于为生长的单晶供热的环形电阻加热器，其包含：上部环和下部环，它们通过邻接所述下部环的环间隙的回线而导电连接，以使通过环传导的电流的流动方向在所述环中是相反的；以一定距离将所述上部环与下部环固定在一起的连接元件；和引导电流通过所述上部环和下部环的电线。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D·克耐尔，W·沙兴格，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：