能夠測量熔矽液面與導流筒之間距離的單晶爐熱場裝置的製作方法

2023-08-05 12:30:31

專利名稱：能夠測量熔矽液面與導流筒之間距離的單晶爐熱場裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及直拉式矽單晶爐中的熱場結構技術，特別是一種能夠測量熔矽液面與導流筒之間距離的單晶爐熱場裝置。
背景技術：
在直拉式單晶矽生產過程中，整個生長流程都在單晶爐熱場內完成。要求熱場保持一個穩定可控的熱交換環境，用以平衡矽單晶生長過程中放出的結晶熱以及向系統以外的熱量散失，並且提供符合矽單晶生長所需的溫度梯度，以保證矽原子不斷的在單晶生長的固液界面上規則排列，而不產生新的晶核。熱場中各個點的溫度梯度都不相同，只有矽熔液與單晶生長界面處於熱場內具有滿足矽單晶生長的溫度梯度的區域內時，單晶矽才能正常生長。此外，矽單晶生長過程中由於熔矽與石英坩堝、熔矽與爐內少量氧氣等氣體的化學反應將不斷產生主要為一氧化矽的雜質，這些雜質如果進入單晶生長界面會破壞矽原子的規則排列過程，中斷單晶體的生長。因此，雜質必須迅速的從熔矽液面蒸發並排出熱場之外。在直拉式矽單晶的生長工藝中，通常不斷從熱場的導流筒處充入氬氣，並讓氬氣流過熔矽液面與導流筒之間的間隙，最後在真空泵的作用下從熱場的排氣口排出。因此熔矽液面與導流筒之間的間距大小對於氬氣的流動、雜質的蒸發、矽棒旋轉穩定性和矽棒氧含量等關係到單晶生長和品質的因素都有很大的影響。並且由於導流筒位置在熱場內是固定的， 如果確定了熔矽液面與導流筒的間距，就確定了矽熔液和生長界面在熱場內的位置，也即確定了矽熔液和生長界面所處位置的溫度梯度。傳統的熱場結構無法直接判斷熔矽液面與導流筒的間距，只能通過目測的方式， 其誤差大，重複性差，人為因素佔主導。對於現代化的大規模自動化生產，採用傳統的目測方式，限制了矽單晶生長的工藝一致性和生產效率。綜上所述，實用新型一種可方便的測量熔矽液面與導流筒的間距的熱場裝置對於穩定矽單晶生長環境，提高直拉式矽單晶生長的成晶率，提高規模化矽單晶生產的效率具有非常重要的意義。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，提供一種可方便的測量熔矽液面與導流筒的間距的熱場裝置。通過該實用新型所指的熱場裝置對於熔矽液面與導流筒的間距的測量，有助於在矽單晶生長過程中實時控制該間距。可保證通暢的氣流，穩定的溫度梯度，提高矽單晶生長的成晶率和生產效率。為解決技術問題，本實用新型提供的解決方案是提供一種能夠測量熔矽液面與導流筒間距的單晶爐熱場裝置，在矽單晶爐熱場的下保溫蓋中間的孔內設置用於引導保護氣體的內導流筒和外導流筒，內導流筒與外導流筒的上沿、內導流筒與外導流筒的下沿分別相接形成閉合的接觸緣；在內導流筒或外導流筒的下沿處設置通孔，通孔中活動安裝一根石英棒，該石英棒相對於通孔的位置變化使其能具備下述兩種狀態(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出內導流筒或外導流筒的下沿以作為測量距離的標尺；或，( 石英棒的下部末端收回至內導流筒或外導流筒的最下緣之上以便於單晶爐熱場裝置的移動。作為一種改進，所述石英棒為直線型，其上部端頭呈T形；所述通孔開設於外導流筒下沿的下表面，石英棒以T形端頭作為向下移動的限位器；內導流筒與外導流筒之間具有足夠距離以使石英棒能夠向上位移進入兩者之間的空腔。作為一種改進，所述石英棒呈L形，組成L形的一段為固定段，另一段為測量段；所述通孔開設於內導流筒下沿的側壁上；石英棒的固定段活動安裝於該通孔中，而測量段能夠以該固定段為水平迴轉軸在豎直平面上旋轉。作為一種改進，所述通孔為「一」字形長通孔，活動安裝於通孔中的石英棒固定段的端頭具有上下相對設置的凸出部；該凸出部的存在，使得固定段的端頭在測量段呈豎直狀態時不能滑出通孔，而只能在測量段呈水平狀態時才能從通孔中進出。作為一種改進，所述石英棒的測量段能夠以固定段為水平迴轉軸在豎直平面上作 360°旋轉。作為一種改進，所述下保溫蓋中間的孔是圓孔，所述內導流筒與外導流筒的上沿、 內導流筒與外導流筒的下沿分別相接所形成閉合的接觸緣是環形的。作為一種改進，所述外導流筒與下保溫蓋之間呈環形緊密連接。本實用新型與背景技術相比，具有的有益的效果是(1)可以直觀的測量矽熔液面與導流筒的間距，不需要操作者憑經驗判斷；(2)通過透明石英棒，可實時監測熔液面位置，為操作者提供控制液面位置依據；(3)可伸縮或旋轉的設計使石英棒在操作過程中不易損壞。

圖1為L形石英棒的裝配示意圖；圖2為圖1中通孔結構示意圖；圖3為圖2中A向的通孔示意圖；圖4為L形石英棒的結構示意圖；圖5為圖4中L形石英棒的左視圖；圖6為L形石英棒的安裝狀態示意圖；圖7為L形石英棒的使用狀態示意圖；圖8為L形石英棒的旋轉狀態示意圖；圖9為T形石英棒的裝配示意圖；圖10為T形石英棒的結構示意圖；圖11為T形石英棒的使用狀態示意圖；圖12為T形石英棒的收回狀態示意圖。附圖標記外導流筒1、內導流筒2、石英棒3。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明[0032]本實用新型是在內導流筒或外導流筒的下沿處設置通孔，通孔中活動安裝一根石英棒3，該石英棒3相對於通孔的位置變化使其能具備下述兩種狀態(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出內導流筒2或外導流筒1的下沿以作為測量距離的標尺；或，(2)石英棒3 的下部末端收回至內導流筒2或外導流筒1的最下緣之上以便於單晶爐熱場裝置的移動。作為具體實施例，本實用新型提供了兩種實例結構。第一種結構的裝配圖如圖1所示該結構包括外導流筒1，內導流筒2和石英棒3 ；1)在內導流筒2下沿的側壁上開一個「一」字形長通孔，如圖2、3所示；2)如圖4、5所示，石英棒3為「L」形，其較短一端(固定段)端頭具有上下相對設置的凸出部；3)安裝時，將石英棒3旋轉為水平方向，將石英棒3較短一端(固定段)插入內導流筒2 (如圖6所示)，放手後在重力作用下，石英棒3的較長端(測量段)將自然下垂，下端伸出外導流筒1的下沿(如圖7所示)，該狀態下石英棒3不會從內導流筒2的通孔中滑出；4)需要拆卸或清掃導流筒時，將石英棒3旋轉一個角度，使石英棒3下端與外導流筒1下沿齊平(如圖8所示)。此時外導流筒1下沿可放置在清掃車的平面上，該狀態下石英棒3也不會從內導流筒2的通孔中滑出；第二種結構裝配圖如圖9所示該結構包括外導流筒1，內導流筒2和石英棒3 ；1)在外導流筒1下沿的下表面開一個圓形通孔；2)如圖10所示，石英棒3為直線型，其上部端頭呈T形，由兩個圓柱體組成，石英棒3直徑略小於通孔直徑，T形的端頭直徑略大於通孔直徑以作為石英棒向下移動的限位器；3)安裝時，將石英棒3由上往下插入外導流筒1的通孔中，放手後在重力作用下， 石英棒3將自然下滑，下端伸出外導流筒1的下沿(如圖11所示)；由於石英棒3的T形端頭直徑略大於通孔直徑，石英棒3不會在重力作用下從通孔中滑出；4)需要拆卸或清掃導流筒時，將外導流筒1下沿直接放置在清掃車的平面上，石英棒3將被自然推入外導流筒1和內導流筒2形成的空腔中，石英棒3的下端與外導流筒 1下沿齊平(如圖12所示)。本實用新型實現測量距離的原理如下在單晶生長時，石英棒3伸出導流筒下沿一個固定長度1，可通過操作坩堝上升， 將矽熔液面逐漸提升至剛好接觸石英棒3，此時即可確定矽熔液與導流筒下沿的間距為石英棒3伸出的長度1，然後在此基礎上，操作坩堝下降一個固定高度h，此時，矽熔液面與導流筒下沿的間距S為S= Ι+h ；由於透明石英是與坩堝相同的材料，所以即使石英棒3與矽熔液有短暫接觸，也不會汙染熔矽；透明石英的軟化點為1700°C左右，矽的熔點為1420°C，所以在熔矽液面裡也不會軟化。透明石英的線膨脹係數極小，在1420°C的線膨脹係數為5. 42E-7左右，石英棒3伸出導流筒的長度為15-20mm之間，該長度在1420°C時由於熱膨脹產生了 0. 012-0. 016mm的伸長，可以忽略不計。所以認為在高溫時透明石英棒3伸出導流筒的長度與常溫時相同。 在矽單晶生長時石英棒3伸出導流筒下沿，而在拆卸、搬運和清掃導流筒時可以縮回導流筒內，或者旋轉一個角度使石英棒3不伸出導流筒下沿，防止損壞石英棒3和導流筒。
權利要求1.能夠測量熔矽液面與導流筒之間距離的單晶爐熱場裝置，在矽單晶爐熱場的下保溫蓋中間的孔內設置用於引導保護氣體的內導流筒和外導流筒，內導流筒與外導流筒的上沿、內導流筒與外導流筒的下沿分別相接形成閉合的接觸緣；其特徵在於，在內導流筒或外導流筒的下沿處設置通孔，通孔中活動安裝一根石英棒，該石英棒相對於通孔的位置變化使其能具備下述兩種狀態(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出內導流筒或外導流筒的下沿以作為測量距離的標尺；或，(2)石英棒的下部末端收回至內導流筒或外導流筒的最下緣之上以便於單晶爐熱場裝置的移動。
2.根據權利要求1所述的單晶爐熱場裝置，其特徵在於，所述石英棒為直線型，其上部端頭呈T形；所述通孔開設於外導流筒下沿的下表面，石英棒以T形端頭作為向下移動的限位器；內導流筒與外導流筒之間具有足夠距離以使石英棒能夠向上位移進入兩者之間的空腔。
3.根據權利要求1所述的單晶爐熱場裝置，其特徵在於，所述石英棒呈L形，組成L形的一段為固定段，另一段為測量段；所述通孔開設於內導流筒下沿的側壁上；石英棒的固定段活動安裝於該通孔中，而測量段能夠以該固定段為水平迴轉軸在豎直平面上旋轉。
4.根據權利要求3所述的單晶爐熱場裝置，其特徵在於，所述通孔為「一」字形長通孔， 活動安裝於通孔中的石英棒固定段的端頭具有上下相對設置的凸出部；該凸出部的存在， 使得固定段的端頭在測量段呈豎直狀態時不能滑出通孔，而只能在測量段呈水平狀態時才能從通孔中進出。
5.根據權利要求3所述的單晶爐熱場裝置，其特徵在於，所述石英棒的測量段能夠以固定段為水平迴轉軸在豎直平面上作360°旋轉。
6.根據權利要求1至5任意一項中所述的單晶爐熱場裝置，其特徵在於，所述下保溫蓋中間的孔是圓孔，所述內導流筒與外導流筒的上沿、內導流筒與外導流筒的下沿分別相接所形成閉合的接觸緣是環形的。
7.根據權利要求1至5任意一項中所述的單晶爐熱場裝置，其特徵在於，所述外導流筒與下保溫蓋之間呈環形緊密連接。
專利摘要本實用新型涉及直拉式矽單晶爐中的熱場結構技術，旨在提供一種能夠測量熔矽液面與導流筒之間距離的單晶爐熱場裝置。該裝置在內導流筒或外導流筒的下沿處設置通孔，通孔中活動安裝一根石英棒，該石英棒相對於通孔的位置變化使其能具備下述兩種狀態(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出內導流筒或外導流筒的下沿以作為測量距離的標尺；或(2)石英棒的下部末端收回至內導流筒或外導流筒的最下緣之上以便於單晶爐熱場裝置的移動。本實用新型可以直觀的測量矽熔液面與導流筒的間距，不需要操作者憑經驗判斷；可實時監測熔液面位置，為操作者提供控制液面位置依據；可伸縮或旋轉的設計使石英棒在操作過程中不易損壞。
文檔編號C30B15/14GK202202016SQ20112023988
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月7日 優先權日2011年7月7日
發明者嚴紹軍, 張俊, 曹建偉, 邱敏秀 申請人:杭州慧翔電液技術開發有限公司, 浙江晶盛機電股份有限公司