單晶爐的結構的製作方法
2023-11-06 00:59:27
專利名稱：單晶爐的結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用多晶矽提拉出單晶矽的一種裝置，具體是一種單晶爐的結構。
背景技術：
目前，直拉單晶爐是晶體生長設備中最重要的產品系列，用它來製作人工晶體，單晶生長速度最高，最容易實現人工控制，因此也獲得了最廣泛的應用。為了生長出大尺寸和高質量的單晶，人類幾乎動用了一切先進的手段。可以說，在單晶爐上集成了材料、機械、電氣、計算機、磁、光、儀等多方面的高端知
識和技術，是一個國家機電一體化設備製造水平的反映。矽單晶體作為一種半導體材料， 一般用於製造集成電路和其它電子元件。大部分的半導體矽單晶體採用直拉法製造， 一般採用如下製造方法多晶矽被裝進石英坩堝內，加熱熔化，然後，將熔矽略做降溫，給予一定的過冷度，把一交特定晶向的矽單晶體(稱作籽晶)裝入矽籽晶夾持器中，將籽晶夾持器的上端通過連接件與籽晶軸連接，籽晶固定於夾持器的下端，並且使籽晶與矽熔體接觸，通過調整熔體的溫度和籽晶向上的提升速度，使籽晶體長大，上述方法採用的普通爐子不具有保溫效果，在使用過程中浪費很多熱能電能，因爐內溫度較高，普通爐子採用不鏽鋼爐壁，該爐壁的使用壽命短，生產成本高。發明目的
本發明針對上述技術中保溫效果差使用壽命短的不足之處，提供一種節省能源使用壽命長生產成本低的單晶爐的結構。實現本發明的技術方案如下-
4單晶爐的結構，其從下至上的主部件依次具有爐底板、爐體、爐蓋、翻板 箱、副爐，爐體、爐蓋、翻板箱、副爐內均設置有流通冷卻液的夾層，爐底板 上設置有加熱裝置和支撐裝置，加熱裝置和支撐裝置穿入爐體，該加熱裝置具 有一腔體，支撐裝置端部設置在該腔體內，爐體內設置有保溫層和盛放多晶矽 材料的容器，該保溫層設置在爐體與加熱裝置之間，容器設置在支撐裝置端部， 爐體頂端設置有氬氣的導流裝置，翻板箱內設置有翻板閘門裝置，副爐頂部設 置有提拉機構，該提拉機構伸入副爐內，爐底板底部與翻板箱側壁均設置有真 空抽口，爐體、爐蓋、翻板箱、副爐上均設置有鎂棒接口。
所述的加熱裝置由電極裝置和加熱器組成，加熱器設置在電極裝置一端， 電極裝置另一端設置在爐底板上的電極孔座上，所述的腔體是加熱器沿縱軸向 環繞而成中空部分，加熱器為蛇形石墨加熱器。
所述的支撐裝置由容器承託部、支撐軸裝置、支撐驅動裝置和旋轉驅動裝 置組成，容器承託部設置在支撐軸裝置的上端部，所述的容器設置在容器承託 部內，支撐驅動裝置設置在支撐軸裝置下端部側面與支撐軸裝置臺階設置，旋 轉驅動裝置設置在支撐軸裝置下端部另一側面與支撐軸裝置傳動帶連接。
所述的翻板閘門裝置由翻板閘門、搖臂裝置和可轉動的翻板軸組成，搖臂 裝置設置在翻板箱側壁，翻板軸設置在翻板箱內，翻板閘門設置在翻板軸上。
所述的提拉機構由提拉頭、控制提拉頭軸向升降的升降驅動裝置和控制提 拉頭周向轉動的第二旋轉驅動裝置構成，提拉頭和升降驅動裝置之間通過鋼絲 連接，第二旋轉驅動裝置與鋼絲之間帶傳動設置。
所述的支撐軸裝置由支撐軸套、傳動軸套以及支撐軸組成，支撐軸套固定 設置在爐底板上，傳動軸套設置在支撐軸的端部，支撐軸與支撐軸套間隙配合，傳動軸套與支撐軸間隙配合併軸向臺階設置，支撐軸套與傳動軸套之間設置有 若干復位彈簧，所述的支撐驅動裝置與傳動軸套之間臺階設置，所述的旋轉驅 動裝置與支撐軸端部之間設置有傳動帶。
所述的導流裝置由設置在爐體壁上的支架和設置在支架上的漏鬥狀導流環 組成，導流環設置在容器正上方。
所述的容器為坩堝，所述的爐底板與爐體之間、爐體與爐蓋之間、爐蓋與 翻板箱之間、翻板箱與副爐之間均通過法蘭連接。
所述的爐蓋上設置有氬氣的充氣口、測徑儀窗和觀察窗。
採用了上述技術，單晶爐的結構，其從下至上的主部件依次具有爐底板、 爐體、爐蓋、翻板箱、副爐，爐體、爐蓋、翻板箱、副爐內均設置有流通冷卻 液的夾層，夾層上均設置有冷卻液的進口和出口，冷卻液為水，這樣保護了不 鏽鋼爐體，使爐體的使用壽命增加，爐底板上設置有加熱裝置和支撐裝置，加 熱裝置和支撐裝置穿入爐體，該加熱裝置具有一腔體，支撐裝置端部設置在該 腔體內，爐體內設置有保溫層和盛放多晶矽材料的容器，該保溫層設置在爐體
與加熱裝置之間，容器設置在支撐裝置端部，爐體頂端設置有氬氣的導流裝置， 該裝置能把氬氣直接到流到容器內，翻板箱內設置有翻板閘門裝置，翻板箱閘 門能開啟閉合，實現換料加料的的過程，副爐頂部設置有提拉機構，該提拉機 構伸入副爐內，該提拉機構端部設置有提拉頭，提拉頭用來夾持籽晶，爐底板 底部與翻板箱側壁均設置有真空抽口 ，真空抽口用來抽掉的爐體和翻板箱內的 雜質氣體，提高生產效率，爐體、爐蓋、翻板箱、副爐上均設置有鎂棒接口， 鎂棒接口裡設置鎂棒，讓鎂棒與夾層裡水的氯離子等離子反應，防止這些離子 去侵蝕不鏽鋼的壁體，延長爐子的使用壽命，爐底板與爐體之間、爐體與爐蓋
6之間、爐蓋與翻板箱之間、翻板箱與副爐之間均通過法蘭連接，法蘭之間沒有 連接螺栓或者焊接，直接利用自身重力和外部大氣壓力密封，本實用新型的有 益效果是提高生產效率，降低生產成本，延長了單晶爐的使用壽命。
圖l為本發明的結構剖視圖2為本發明的主視圖3為石墨加熱器展開示意圖中，1、爐底板，11、電極裝置，12、加熱器，13、腔體，14、電極孔座， 15、容器承託部，16、支撐軸，17、支撐軸套，18、復位彈簧，19、傳動軸套， 110、支撐驅動裝置，111、旋轉驅動裝置，112、傳動帶，2、爐體，21、保溫 層，22、容器，23、導流環，24、支架，3、爐蓋，31、充氣口， 32、測徑儀窗， 33、觀察窗，4、翻板箱，41、翻板閘門，42、搖臂裝置，43、翻板軸，5、副 爐，51、升降驅動裝置，52、第二旋轉驅動裝置，53、鋼絲，54、提拉頭，6、 夾層，8、真空抽口， 9、鎂棒接口， 10、法蘭，11、籽晶
具體實施例方式
如圖l、圖2、圖3所示，單晶爐的結構，其從下至上的主部件依次具有爐底 板l、爐體2、爐蓋3、翻板箱4、副爐5，爐底板1與爐體2之間、爐體2與爐蓋3之 間、爐蓋3與翻板箱4之間、翻板箱4與副爐5之間均通過法蘭10連接，爐體2、爐 蓋3、翻板箱4、副爐5內均設置有流通冷卻液的夾層6，爐底板l上設置有加熱裝 置和支撐裝置，加熱裝置和支撐裝置穿入爐體2，該加熱裝置具有一腔體13，支 撐裝置端部設置在該腔體13內，加熱裝置由電極裝置11和加熱器12組成，加熱 器12設置在電極裝置11一端，電極裝置11另一端設置在爐底板1上的電極孔座14
7上，腔體13是加熱器12沿縱軸向環繞而成中空部分，加熱器12為蛇形石墨加熱 器，支撐裝置由容器承託部15、支撐軸裝置、支撐驅動裝置110和旋轉驅動裝置 lll組成，容器承託部15設置在支撐軸裝置的上端部，爐體2內設置有保溫層21 和盛放多晶矽材料的容器22，容器22設置在容器承託部15內，支撐驅動裝置110 設置在支撐軸裝置下端部側面與支撐軸裝置臺階設置，旋轉驅動裝置lll設置在 支撐軸裝置下端部另一側面與支撐軸裝置傳動帶連接，支撐軸裝置由支撐軸套 17、傳動軸套19以及支撐軸16組成，支撐軸套17固定設置在爐底板1上，傳動軸 套19設置在支撐軸16的端部，支撐軸16與支撐軸套17間隙配合，傳動軸套19與 支撐軸16間隙配合併軸向臺階設置，支撐軸套17與傳動軸套19之間設置有若干 復位彈簧18，支撐驅動裝置110與傳動軸套19之間臺階設置，傳動帶112設置在 旋轉驅動裝置111與支撐軸16端部之間，保溫層21設置在爐體2與加熱裝置之間， 容器22設置在支撐裝置端部，爐體2頂端設置有氬氣的導流裝置，導流裝置由設 置在爐體壁上的支架24和設置在支架上24的漏鬥狀導流環23組成，導流環23設 置在容器22正上方，容器22為坩堝，翻板箱4內設置有翻板閘門裝置，翻板閘門 裝置由翻板閘門41、搖臂裝置42和可轉動的翻板軸43組成，搖臂裝置42設置在 翻板箱4側壁，翻板軸43設置在翻板箱4內，翻板閘門41設置在翻板軸43上，副 爐5頂部設置有提拉機構，該提拉機構伸入副爐5內，提拉機構由提拉頭54、控 制提拉頭軸向升降的升降驅動裝置51和控制提拉頭周向轉動的第二旋轉驅動裝 置52構成，提拉頭54和升降驅動裝置51之間通過鋼絲53連接，第二旋轉驅動裝 置52與鋼絲53之間帶傳動設置，爐底板1底部與翻板箱4側壁均設置有真空抽口 8，爐體2、爐蓋3、翻板箱4、副爐5上均設置有鎂棒接口9，爐蓋3上設置有氬氣 的充氣口31、測徑儀窗32和觀察窗33。該單晶爐的工作原理是，首先將爐體2內清理乾淨，按工藝要求把保溫層21、 加熱器12、坩堝22安裝好，將多晶矽放入坩堝22內，並把籽晶ll夾在提拉機構 的提拉頭54上，合爐後，從真空抽口8開始抽真空，當真空度至5Pa時，開始利 用加熱裝置加熱，並從充氣口31處衝氬氣，加熱的同時，夾層6內開始通循環水 給爐壁降溫，待多晶矽熔化後，紫晶ll與液面開始接觸並拉晶，此時支撐驅動 裝置l 10開始上升帶動支撐軸16上升，同時旋轉驅動裝置111驅動支撐軸16周向 轉動，第二旋轉驅動裝置52驅動鋼絲53帶動提拉頭54上的籽晶11座周向轉動， 直至拉完，爐冷後取出單晶。如拉制過程中出現問題，升降驅動裝置51驅動鋼 絲53帶動提拉頭54上的籽晶11上升至副爐5，通過搖臂裝置42關閉翻板箱4內的 翻板閘門41，然後打開副爐5取出晶體，重新安裝籽晶，將副爐5復位後，開始 抽副爐5至真空，待副爐5與爐體2真空平衡後，打開翻板閘門41，籽晶ll進入爐 體2內繼續拉晶。
權利要求
1、單晶爐的結構，其從下至上的主部件依次具有爐底板、爐體、爐蓋、翻板箱、副爐，其特徵在於爐體、爐蓋、翻板箱、副爐內均設置有流通冷卻液的夾層，爐底板上設置有加熱裝置和支撐裝置，加熱裝置和支撐裝置穿入爐體，該加熱裝置具有一腔體，支撐裝置端部設置在該腔體內，爐體內設置有保溫層和盛放多晶矽材料的容器，該保溫層設置在爐體與加熱裝置之間，容器設置在支撐裝置端部，爐體頂端設置有氬氣的導流裝置，翻板箱內設置有翻板閘門裝置，副爐頂部設置有提拉機構，該提拉機構伸入副爐內，爐底板底部與翻板箱側壁均設置有真空抽口，爐體、爐蓋、翻板箱、副爐上均設置有鎂棒接口。
2、 根據權利要求1所述的單晶爐的結構，其特徵在於所述的加熱裝置由 電極裝置和加熱器組成，加熱器設置在電極裝置一端，電極裝置另一端設置在 爐底板上的電極孔座上，所述的腔體是加熱器沿縱軸向環繞而成中空部分，加 熱器為蛇形石墨加熱器。
3、 根據權利要求1所述的單晶爐的結構，其特徵在於所述的支撐裝置由 容器承託部、支撐軸裝置、支撐驅動裝置和旋轉驅動裝置組成，容器承託部設 置在支撐軸裝置的上端部，所述的容器設置在容器承託部內，支撐驅動裝置設 置在支撐軸裝置下端部側面與支撐軸裝置臺階設置，旋轉驅動裝置設置在支撐 軸裝置下端部另一側面與支撐軸裝置帶傳動設置。
4、 根據權利要求l所述的單晶爐的結構，其特徵在於所述的翻板閘門裝 置由翻板閘門、搖臂裝置和可轉動的翻板軸組成，搖臂裝置設置在翻板箱側壁， 翻板軸設置在翻板箱內，翻板閘門設置在翻板軸上。
5、 根據權利要求l所述的單晶爐的結構，其特徵在於所述的提拉機構由 提拉頭、控制提拉頭軸向升降的升降驅動裝置和控制提拉頭周向轉動的第二旋 轉驅動裝置構成，提拉頭和升降驅動裝置之間通過鋼絲連接，第二旋轉驅動裝置與鋼絲之間帶傳動設置。
6、 根據權利要求3所述的單晶爐的結構，其特徵在於所述的支撐軸裝置 由支撐軸套、傳動軸套以及支撐軸組成，支撐軸套固定設置在爐底板上，傳動 軸套設置在支撐軸的端部，支撐軸與支撐軸套間隙配合，傳動軸套與支撐軸間 隙配合併軸向臺階設置，支撐軸套與傳動軸套之間設置有若干復位彈簧，所述 的支撐驅動裝置與傳動軸套之間臺階設置，所述的旋轉驅動裝置與支撐軸端部 之間設置有傳動帶。
7、 根據權利要求l所述的單晶爐的結構，其特徵在於所述的導流裝置由 設置在爐體壁上的支架和設置在支架上的漏鬥狀導流環組成，導流環設置在容 器正上方。
8、 根據權利要求1所述的單晶爐的結構，其特徵在於所述的容器為鉗堝， 所述的爐底板與爐體之間、爐體與爐蓋之間、爐蓋與翻板箱之間、翻板箱與副 爐之間均通過法蘭連接。
9、 根據權利要求l所述的單晶爐的結構，其特徵在於所述的爐蓋上設置 有氬氣的充氣口、測徑儀窗和觀察窗。
全文摘要
本發明涉及利用多晶矽提拉出單晶矽的一種裝置，具體是一種單晶爐的結構。該結構上爐體、爐蓋、翻板箱、副爐內均設置有流通冷卻液的夾層，爐底板上設置有加熱裝置和支撐裝置，加熱裝置和支撐裝置穿入爐體，爐體內設置有保溫層和盛放多晶矽材料的容器，該保溫層設置在爐體與加熱裝置之間，容器設置在支撐裝置端部，爐體頂端設置有氬氣的導流裝置，翻板箱內設置有翻板閘門裝置，副爐頂部設置有提拉機構，爐底板底部與翻板箱側壁均設置有真空抽口，爐體、爐蓋、翻板箱、副爐上均設置有鎂棒接口。本發明的有益效果是提高生產效率，降低生產成本，延長了單晶爐的使用壽命。
文檔編號C30B15/00GK101550588SQ20091003089
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月20日 優先權日2009年4月20日
發明者潘國強, 潘燕萍 申請人:潘燕萍;潘國強