[实用新型]一种直拉单晶炉用热场

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直拉单晶炉用热场。

背景技术

半导体硅单晶体的80％是用切克劳斯基(Czochralski)法(也称为直拉法)制造。根据直拉法，把原料多晶硅块放入石英坩埚中，在单晶炉中加热溶化，然后，将硅溶液稍微降温，给予一定的过冷度，再将一根直径约有10mm的棒状晶种浸入溶液中，在合适的温度下，溶液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液界面上形成规则的结晶，成为单晶。把晶种微微的旋转向上提升，溶液中的硅原子会在单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。严格的控制结晶环境，就可以周而复始的形成结晶，通过控制提升速度和溶液温度，可以使晶体长大至近目标直径，使单晶体等直径生长。在生长的尾期，此时坩埚内硅熔体尚未完全消失，通过增加晶体的提升速度和调整向埚内的供热量将晶体直径渐渐减小形成一个尾形锥体，当锥体的尖足够小时，晶体就会与熔体脱落，从而完成晶体的生长过程。

其过程大致可分为：装料、抽空、化料、引晶、放肩、转肩、等径生长、收尾、晶体冷却等，其中大部分是吸热过程，需要外部供给热量。由于过程需要一个温度1400摄氏度左右、稳定的高温环境，这样热场的设计就显的非常重要。优良的热场可以减少热损失，降低能耗，并生长出品质优良的硅单晶体。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种直拉单晶炉用热场，解决现有单晶炉耗能高的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直拉单晶炉用热场从上到下，有上保温盖，上保温层，热屏支撑环和保温筒，保温筒分为上保温筒、中保温筒和下保温筒，热场底部具有底部保温层，热场中心设有支承轴，支承轴上具有坩埚托盘，坩埚托盘上依次是碳碳坩埚和石英坩埚，保温筒和碳碳坩埚之间设有加热器，热屏支撑环连接有热屏，热屏为内外两层，中间有碳毡隔热层，上保温层的厚度为20～40mm，上保温筒内径与加热器内径之间的距离5～10mm，有效的减弱了加热器向上热量的辐射，底部保温层厚度为100～140mm，大大增强底部保温效果。

碳碳坩埚外径与加热器内径之间的距离为15～25mm，加热器外径与中保温筒内径之间的距离为10～15mm，热屏的碳毡隔热层上端最小处厚度为5～10mm。

本实用新型的有益效果是：通过优化热屏的结构，增加热屏夹层厚度，优化底部保温层，以及压缩热场有效空间；减少了保温筒内径，增加了保温层厚度，来改善单晶炉的保温效果，改善热场分布，从而降低能量消耗，本方案相比现有热场能耗降低了30％左右。同时相对传统热场有优越的温度梯度分布，长晶速度也提高了20％。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是在晶体中轴线上温度梯度分布对比图；

图3在硅熔体中轴线上温度梯度分布对比图；

图4热场中的固液界面对比图；

图中，1、上保温盖；2、热屏支撑环；3、上保温筒；4、上保温筒支撑环；5、中保温筒；6、加热器；7、中保温筒支撑环；8、炉底盘；9、炉底压板；10、内热屏；11、外热屏；12、上保温层；13、石英坩埚；14、碳碳坩埚；15、坩埚托盘；16、支承轴；17、硅溶液；18、硅单晶体；19、下保温筒。

具体实施方式