用於多晶鑄錠爐的氣體冷卻裝置及方法
2023-04-25 07:08:31 1
專利名稱：用於多晶鑄錠爐的氣體冷卻裝置及方法
技術領域：
本發明涉及鑄造法生長矽晶體的裝置，特別是用於多晶鑄錠爐的氣體冷卻裝置及 方法。
背景技術：
鑄造法生長矽晶體是將多晶矽在坩堝內熔化，通過碳氈或其他種類保溫材料保證 熱場內的溫度以及適於晶體定向凝固的溫度梯度。而在鑄錠矽晶體生長過程中的溫度控 制，則普遍是通過降低加熱器功率以及提升保溫層位置的方法降低熱場底部溫度。該方法 在鑄錠多晶的生產中取得了廣泛應用，但這是一種被動散熱的方式，在晶體生長後期往往 由於散熱效率較低，導致晶體生長速率大幅度降低。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種用於多晶鑄錠爐 的氣體冷卻裝置及方法。為解決技術問題，本發明的方案是
提供一種用於多晶鑄錠爐的氣體冷卻裝置，設於鑄錠爐內熱場下方，該氣體冷卻裝置 是內部帶有氣流通道的石墨體。作為一種改進，所述氣體冷卻裝置是內部帶有氬氣氣流通道的石墨體。作為一種改進，所述氣體冷卻裝置的氣流通道呈「之」字往復形狀布置。作為一種改進，所述氣體冷卻裝置的氣流通道呈「回」字形交錯盤繞布置。作為一種改進，所述氣流通道的轉折處拐角呈直角圓弧形狀。進一步地，本發明還提供了一種用於多晶鑄錠爐的氣體冷卻方法，是在鑄錠爐內 熱場下方設置內部帶有氣流通道的石墨體；使惰性氣體從氣流通道的進氣口進入，氣體流 經石墨體內部並帶走熱量，然後從氣流通道的出氣口排出。作為一種改進，所述通入石墨體氣流通道的惰性氣體的溫度為 ^°C。作為一種改進，所述通入石墨體氣流通道的惰性氣體的流量為10 200slpm。作為一種改進，所述惰性氣體為氬氣。本發明的有益效果在於
通過在熱場底部增加一個主動散熱的氣體冷卻裝置，並通過調節通入裝置內的氣體流 量控制主動散熱幅度，能夠主動的控制晶體下方散熱速率，有效控制晶體生長速度。本發明可用於鑄造法生長晶體矽設備中，用於控制晶體下方熱量傳輸速率，該裝 置也適用於熱交換法生長藍寶石晶體的設備中。
圖1為氣體冷卻裝置放置在熱場環境內的示意圖； 圖2為氣體冷卻裝置內的氣流通道示意圖；圖3為氣體冷卻裝置內的另一種氣流通道示意圖。圖中附圖標記為1加熱器、2熔體矽、3導熱體、4氣體冷卻裝置、5進氣口、6出氣
具體實施例方式本發明採用石墨材料製成氣體冷卻裝置，並放置在鑄造法生長矽晶體熱場中加熱 器的下方，該裝置上有進出氣孔以及用於惰性氣體通過的氣流通道。本實施例中，使用過程 中以恆定溫度、設定流量的氬氣通過氣流通道，起到調節散熱的作用。實施例1
當多晶矽完全融化後，逐漸降低加熱器功率使矽熔體從坩堝底部開始結晶，隨著晶體 高度增加，結晶過程由生長界面處豎直向下的導熱效率逐漸降低，晶體生長速率下降。由進 氣口充入氬氣，氬氣溫度為M°C，起始流量為IOslpm，逐漸升高氣體流量，增加氣冷裝置的 散熱能力，使晶體生長速率維持在恆定水平。氬氣溫度一般可控制為 ^°C，流量為 10 200slpm。氣體冷卻裝置內部的氣流通道可根據需要呈「之」字往復形狀布置或者是 呈「回」字形交錯盤繞布置。為減少氣體流動阻力，氣流通道的轉折處拐角設計為直角圓弧 形狀。實施例2
多晶矽完全融化後，開始向氣冷裝置內通入氬氣，氬氣溫度為M°c，起始流量為 lOslpm，隨著氬氣流量增大，坩堝底部散熱能力增強，熔體開始自坩堝底部結晶，進一步增 大氬氣流量並逐漸降低加熱器功率，使晶體生長速率維持在恆定水平。最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干具體實施例子。顯然，本發 明不限於以上實施例子，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內 容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
1.用於多晶鑄錠爐的氣體冷卻裝置，設於鑄錠爐內熱場下方，其特徵在於，該氣體冷卻 裝置是內部帶有氣流通道的石墨體。
2.根據權利要求1所述的氣體冷卻裝置，其特徵在於，所述氣體冷卻裝置是內部帶有 氬氣氣流通道的石墨體。
3.根據權利要求1或2中任意一項所述的氣體冷卻裝置，其特徵在於，所述氣體冷卻裝 置的氣流通道呈「之」字往復形狀布置。
4.根據權利要求3所述的氣體冷卻裝置，其特徵在於，所述氣流通道的轉折處拐角呈 直角圓弧形狀。
5.根據權利要求1或2中任意一項所述的氣體冷卻裝置，其特徵在於，所述氣體冷卻裝 置的氣流通道呈「回，，字形交錯盤繞布置。
6.根據權利要求5所述的氣體冷卻裝置，其特徵在於，所述氣流通道的轉折處拐角呈 直角圓弧形狀。
7.用於多晶鑄錠爐的氣體冷卻方法，其特徵在於，是在鑄錠爐內熱場下方設置內部帶 有氣流通道的石墨體；使惰性氣體從氣流通道的進氣口進入，氣體流經石墨體內部並帶走 熱量，然後從氣流通道的出氣口排出。
8.根據權利要求8所述的氣體冷卻方法，其特徵在於，所述通入石墨體氣流通道的惰 性氣體的溫度為 ^°C。
9.根據權利要求8所述的氣體冷卻方法，其特徵在於，所述通入石墨體氣流通道的惰 性氣體的流量為10 200slpm。
10.根據權利要求8所述的氣體冷卻方法，其特徵在於，所述惰性氣體為氬氣。
全文摘要
本發明涉及鑄造法生長矽晶體的裝置，旨在提供一種用於多晶鑄錠爐的氣體冷卻裝置及方法。該氣體冷卻裝置設於鑄錠爐內熱場下方，是內部帶有氣流通道的石墨體。本發明的冷卻方法是在鑄錠爐內熱場下方設置內部帶有氣流通道的石墨體；使惰性氣體從氣流通道的進氣口進入，氣體流經石墨體內部並帶走熱量，然後從氣流通道的出氣口排出。本發明通過在熱場底部增加一個主動散熱的氣體冷卻裝置，並通過調節通入裝置內的氣體流量控制主動散熱幅度，能夠主動的控制晶體下方散熱速率，有效控制晶體生長速度。
文檔編號C30B11/00GK102071454SQ20111004003
公開日2011年5月25日 申請日期2011年2月17日 優先權日2011年2月17日
發明者傅林堅, 葉欣, 石剛, 高宇 申請人:浙江晶盛機電股份有限公司