[实用新型]一种连续加料硅单晶炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种连续加料硅单晶炉。

背景技术

硅单晶被广泛用于半导体和光伏行业。硅单晶棒的生产流程如下：将盛有硅原料的石英坩埚放置在硅单晶提拉生长炉中；生长炉抽真空，并加热至硅原料融化；在合适的温度下，将籽晶从上面慢慢靠近熔体液面，并与其接触；籽晶按工艺要求逐渐上拉。通过控制籽晶拉速和温度，晶棒从液面上逐渐拉出。

在硅单晶生产过程中，一般会在硅原料中加入一定量的其它元素，称为掺杂，这些元素可以是硼，磷或锑等。不同的掺杂元素有自己的特定分凝系数。所谓的分凝系数就是，掺杂元素可以在熔体中全部均匀溶解，形成一定的浓度。但是在晶体结晶过程中掺杂元素并不是按这个浓度进入晶体，而是部分浓度进入。掺杂元素在固体中的浓度ρS与在熔体中的浓度ρL比值既为分凝系数K：

K=ρS/ρL

一般情况下，这个系数是恒定值。表明如果熔体中掺杂浓度高，晶体中的掺杂浓度按比例相对就高。反之，就低。

如果某个元素的分凝系数很低，那么在晶体生长开始时，当一部分体积的熔体凝固时，这部分体积中的掺杂元素只有很小部分（浓度很低），而大部分留在剩余熔体中。随着晶体不断凝固，剩余熔体中的浓度将不断提高。同时晶体中掺杂浓度也会相应提高（分凝系数K起作用）。这样后凝固的晶体比先前凝固的晶体中的掺杂浓度要高。

一般硅单晶棒是一个长棒型。这样晶棒前部和尾部的浓度会有很大差别。对于分凝系数比较低的掺杂元素，如磷或锑，晶棒前后的浓度差将大大超过允许的浓度误差，因此在实际生产中不得不将晶棒切成几段，按不同浓度要求销售。而单一的客户往往只需要一种浓度的晶棒，这样为了生产特定浓度的晶棒，还必须生产其它浓度的晶棒，导致生产成本大大很高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种连续加料硅单晶炉，解决了硅单晶炉生长的晶棒整体浓度不一致的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种连续加料硅单晶炉，包括提拉装置、加料装置、石英坩埚、石墨坩埚、石墨加热器，所述石英坩埚分为内坩埚和外坩埚，内、外坩埚底部相连并有一个相通的孔洞，所述内、外坩埚之间留有加料空隙。

优选的，所述提拉装置上设置有称重传感器和监测晶棒生长的摄像头。

优选的，所述加料装置通过加料斗进行加料，所述加料口置于内、外坩埚之间。

本实用新型通过将石英坩埚设置成内外两层，加料装置在内外坩埚之间进行加料，能够有效的防止原料加入时对晶棒生长的影响，同时内外坩埚底部具有联通的孔洞，新加入的原料在外坩埚内融化均匀后慢慢流入内坩埚，避免了对晶体生长的影响；在提拉装置上设置有称重传感器，监测晶棒生长重量，设置有摄像头，监测晶棒长度变化，获得重量和长度变化参数后，计算出剩余熔体浓度增加值，实时计算出稀释浓度所需添加的硅原料重量，然后通过连续加料的方式加入一定重量的纯硅原料，来稀释剩余熔体中的掺杂浓度，使剩余熔体中的浓度值始终不变，保证了生产晶体的整体浓度，降低了特定浓度晶棒的生产成本。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

图中：

1、晶棒；2、内坩埚；3、外坩埚；4、加料装置；5、石墨坩埚；6、石墨加热器；7、保温材料；8、加料斗；9、提拉装置。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，是本实用新型具体实施结构示意图，图中：

晶棒1置于单晶炉内，晶棒1上端连接有提拉装置9，炉体内设置有石英坩埚和石墨坩埚5，石英坩埚采用双坩埚设置，包括内坩埚2和其外部的外坩埚3，内外坩埚之间留有加料空隙，内外坩埚底部连接在一起，并在底部设置有联通的孔洞，石墨坩埚5外部设置有石墨加热器6，加热器外部包裹有保温材料7，单晶炉外设置有加料装置4，加料装置通过加料斗8进行加料，加料斗8的加料口置于内外坩埚之间。

所述提拉装置9上设置有称重传感器和监测晶棒生长的摄像头。

本实用新型通过将石英坩埚设置成内外两层，加料装置在内外坩埚之间进行加料，能够有效的防止原料加入时对晶棒生长的影响，同时内外坩埚底部具有联通的孔洞，新加入的原料在外坩埚内融化均匀后慢慢流入内坩埚，避免了对晶体生长的影响；在提拉装置上设置有称重传感器，监测晶棒生长重量，设置有摄像头，监测晶棒长度变化，获得重量和长度变化参数后，计算出剩余熔体浓度增加值，实时计算出稀释浓度所需添加的硅原料重量，然后通过连续加料的方式加入一定重量的纯硅原料，来稀释剩余熔体中的掺杂浓度，使剩余熔体中的浓度值始终不变，保证了生产晶体的整体浓度。