[实用新型]单晶炉热场结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及单晶生产设备领域，尤其是一种单晶炉热场结构。

背景技术

21世纪，世界能源危机促进了光伏市场的发展，晶体硅太阳能电池是光伏行业的主导产品。随着世界各国对太阳能光伏产业的进一步重视，特别是发达国家制定了一系列的扶持政策，鼓励开发利用太阳能，另外，随着硅太阳能电池应用面的不断扩大，太阳能电池的需求量越来越大，硅单晶材料的需求量也就越来越大。

单晶硅为一种半导体材料，一般用于制造集成电路和其他电子元件，单晶硅生长技术有两种：一种是区熔法，另一种是直拉法，其中直拉法使目前普遍采用的方法。

直拉法生长单晶硅的方法如下：将高纯度的多晶硅原料放入单晶炉的石英坩埚内，然后在低真空有流动惰性气体的保护下加热熔化，把一支有着特定生长方向的单晶硅(也叫做籽晶)装入籽晶夹持装置中，并使籽晶与硅溶液接触，调整熔融硅溶液的温度，使其接近熔点温度，然后驱动籽晶自上而下伸入熔融的硅溶液中并旋转，然后缓缓上提籽晶，此时，单晶硅进入锥体部分的生长，当锥体的直径接近目标直径时，提高籽晶的提升速度，使单晶硅体直径不再增大而进入晶体的中部生长阶段，在单晶硅体生长接近结束时，再提高籽晶的提升速度，单晶硅体逐渐脱离熔融硅，形成下锥体而结束生长。用这种方法生长出来的单晶硅，其形状为两段呈锥形的圆柱体，将该圆柱体切片，即得到单晶硅半导体原料，这种圆形单晶硅片就可以作为集成电路或太阳能的材料。

单晶硅拉制一般在单晶炉中进行，目前，所使用的单晶炉包括上炉膛、下炉膛，上炉膛设置在下炉膛上方且上炉膛通过隔离阀固定在下炉膛顶部，所述上炉膛顶部设置有籽晶旋转提升机构，所述下炉膛内设置有保温筒，所述保温筒内设置有石墨坩埚，所述石墨坩埚内设有石英坩埚，石墨坩埚外侧设置有加热器，加热器位于保温筒内，所述加热器通过加热电极固定在下炉膛底部，下炉膛的顶部连接有氩气管，所述氩气管穿过下炉膛伸入到下炉膛内，所述下炉膛的下部设置有真空抽口，所述真空抽口上连接有排放管，排放管末端连接有真空泵，真空泵的进口与排放管的出口相连，所述石英坩埚上方设置有籽晶夹持装置，所述籽晶夹持装置通过传动杆与籽晶旋转提升机构相连，所述石墨坩埚底部设置有坩埚旋转顶升机构，所述石墨坩埚与坩埚旋转顶升机构设置有圆形的石墨托板，这种单晶炉热场结构在实际使用过程中存在以下问题：首先，在单晶炉热场结构工作的过程中，下炉膛内的温度需保持在一个稳定的范围内，由于现有的单晶炉热场结构都是直接将室温的氩气通入下炉膛内，由于下炉膛内的温度较高，通常都是几百度的高度，常温的氩气进入下炉膛内势必会对下炉膛内的温度造成较大的影响，如果下炉膛内温度波动变化较大会对晶棒的生长造成较大的影响，最后长成的晶棒质量也会层次不齐；其次，在拉晶过程中，坩埚需旋转并保持一定的速度上升，现有的单晶炉热场结构的坩埚旋转顶升装置都是靠一根坩埚轴实现，坩埚轴在转动的过程中可以同时使坩埚上升和旋转，但是这种坩埚旋转顶升装置存在一个问题，即坩埚的旋转速度受限于坩埚的上升速度，如果坩埚的旋转速度加快必然要导致坩埚的上升速度加快，二者不能分开单独控制，有时，需要加快坩埚的旋转速度但是不增加坩埚的上升速度，现有的单晶炉热场结构就无法实现上述功能，这对于拉晶工艺的参数控制极为不便。

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能够保证下炉膛内的温度保持在一个稳定的范围内的单晶炉热场结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该单晶炉热场结构，包括上炉膛、下炉膛，上炉膛设置在下炉膛上方且上炉膛通过隔离阀固定在下炉膛顶部，所述上炉膛顶部设置有籽晶旋转提升机构，所述下炉膛内设置有保温筒，所述保温筒内设置有石墨坩埚，所述石墨坩埚内设有石英坩埚，石墨坩埚外侧设置有加热器，加热器位于保温筒内，所述加热器通过加热电极固定在下炉膛底部，下炉膛的顶部连接有氩气管，所述氩气管穿过下炉膛伸入到下炉膛内，所述下炉膛的下部设置有真空抽口，所述真空抽口上连接有排放管，排放管末端连接有真空泵，真空泵的进口与排放管的出口相连，所述石英坩埚上方设置有籽晶夹持装置，所述籽晶夹持装置通过传动杆与籽晶旋转提升机构相连，所述石墨坩埚底部设置有坩埚旋转顶升机构，所述石墨坩埚与坩埚旋转顶升机构设置有圆形的石墨托板，所述氩气管上设置有气体加热装置，所述气体加热装置包括柱状基体，所述柱状基体内设置有圆柱形的气体加热空腔，所述柱状基体上设置有与气体加热空腔连通的进气口与出气口，所述进气口通过气管与氩气源连通，所述出气口与氩气管连通，所述柱状基体的表面缠绕有加热丝，所述加热丝连接在电源上。