[发明专利]回旋式连续供料的晶体生长方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种回旋式连续供料的晶体生长方法及其装置，属于结晶工艺技术领域。

背景技术

随着信息、光伏、半导体照明等产业的迅猛发展，市场对晶体材料(尤其是单晶硅、多晶硅、氧化铝晶体等)的需求与日剧增。目前，工业化生长晶体的方法主要有：提拉法、下降法、热交换法、导模法等。为适应大规模生产的需要，这些方法被进行过多次的改进。在提拉法中，通过美国专利No.4032389、4258003、4565598、5138179、6126745，可了解到对自动控制系统进行的不断地改良，通过美国专利No.4454096、5085728、6896732可了解到通过设计加料系统来增加每炉生长晶体的长度；在下降法中，通过中国专利ZL94114075.X、200610052784.8可了解到发展多坩埚生长技术来提高每炉次的产能；在热交换法中，通过Proceeding of SPIE 2003，5078：47-53可了解到不断增加系统和坩埚的容积来增加晶体的尺寸；在导模法中，通过美国专利No.4334948、No.5551977，5102494，4544528可了解到采用多模具或将模具截面设计成多边形来增加每炉可生长晶体的片数。虽然进行了前述的诸多改进，上述不同的工业化生长晶体的方法每次生长都需要重复同样一个基本方法，即装炉→抽真空→充保护气→升温→生长→降温→出炉等。反复地大辐度地升降温、抽放气和装出炉，不仅浪费大量的能源、人力和时间，还会对炉体和真空系统造成损害。

发明内容

本发明的目的是提供一种回旋式连续供料的晶体生长方法及其装置，针对现有晶体生长系统存在的上述反复地大辐度地升降温、抽放气和装出炉带来浪费大量的能源、人力和时间，还会对炉体和真空系统造成损害的不足，实现可以有效地缩短晶体生长周期、降低能耗和成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种回旋式连续供料的晶体生长方法，其特征是所述的方法是装料的坩埚在旋转机构的带动下依次经过具有预熔区、生长区和退火区完成晶体生长。

坩埚在旋转机构的带动下依次通过预熔区、生长区和退火区来完成第一埚料的生长过程；当第一埚料通过预熔区时，装料机构将第二埚料装于坩埚支架上；同样，当第二埚料通过预熔区时，装料机构将第三埚料装于坩埚支架上，此时第一埚料正通过退火区；同样，当第三埚料通过预熔区时，装料机构将第四埚料装于坩埚支架上，同时将完成生长过程的第一埚料取下；如此周而复始，可以进行连续供料生长晶体。对于要求在真空或保护气氛下生长的晶体，每次开炉只在第一埚料装炉时需要对整个炉膛抽真空，此后每埚料装炉只要对下装料室抽真空/充气即可。

一种回旋式连续供料的晶体生长的装置，其特征是所述装置由环形布置的上/下装料区、预熔区、生长区、退火区和旋转机构构成的炉体，炉体下方的炉体支架以及炉体中央下方的抽真空机构构成；炉体的炉盖上设置监测窗，炉体对应生长区部位设置测温窗，炉体对应上/下装料区设置观察窗、观察窗下方设置料室阀门，料室阀门经阀门电机驱动，上/下装料区的炉体底部内设置拖架导轨，拖架导轨上置坩埚拖架；所述装置还设置控制器和指令执行器，装置中的热偶、电机、气压表、阀门、监测设备的信号输出连接控制器，控制器的输出接执行器，执行器控制泵阀门、炉膛阀门、升降电机、阀门电机和旋转电机。

所述装置中的炉体由双层水冷炉盖，内外炉壁和炉底板相互连接形成一个环形腔，环形腔为方形或为圆形，炉体沿圆周方向分成装料区、预熔区、生长区和退火区，装料区分为上装料室和下装料室；环形腔内的支架上设置保温层，保温层间设置供坩埚通过的通道，预熔区、生长区、退火区的保温层中设置加热机构，加热机构外接电源，炉体里中央部位设置旋转机构，旋转机构中的旋转臂两端固有坩埚杆，坩埚杆下端的坩埚支架上置于有坩埚托盘和托盘上的坩埚。

所述加热机构由发热体，对称的内接电极、电极板、外接电极组成，发热体通过对称的内接电极、电极板、外接电极与炉体外的电源连接，发热体由一组具有不同宽度的发热片组成。

所述炉体内保温层采用石墨毡保温，发热体采用高纯致密石墨；保温层亦可采用钨钼保温，发热体采用高纯致密石墨；保温层亦可采用钨钼保温，发热体采用钨发热体；保温层亦可采用氧化锆保温，发热体采用钨发热体。

所述旋转机构由旋转电机，旋转电机轴杆端连接的旋转臂，旋转臂下方连固的滚轮与炉体上对应滚轮的导轨及旋转臂两端固有的坩埚杆构成。