[实用新型]一种用于生长真空区熔硅单晶的加热线圈

说明书

技术领域

本实用新型涉及真空区熔技术领域，特别是涉及一种用于生长真空区熔硅单晶的加热线圈。

背景技术

区熔是指根据液体混合物在冷凝结晶过程中组分重新分布(称为偏析)的原理，通过多次熔融和凝固，制备高纯度的金属、半导体材料和有机化合物的一种提纯方法。区熔技术可应用于半导体材料的提纯和单晶生长，悬浮区熔技法适用于硅材料的提纯或单晶生长，此时熔区悬浮于加热线圈上方的多晶硅和加热线圈下方生长出的单晶之间。悬浮区熔时，熔区呈悬浮状态，不与任何物质相接触，因而不会被沾污。此外，由于硅中杂质的分凝效果和蒸发效果，可获得高纯硅单晶。区熔可在保护气氛氩气中进行，也可在真空中进行，用区熔法制备的硅单晶特别适用于制备高阻硅单晶和探测器级高纯硅单晶。

在氩气气氛中制备区熔硅单晶相对比较容易，目前硅单晶的直径已经可以达到6英寸。在真空环境下，由于散热机制的变化，生长区熔硅单晶要比在氩气气氛中生长区熔硅单晶要困难许多，硅单晶在生长过程中极易断棱，直径也很难做大。而真空区熔硅单晶可以最大限度地保持材料的纯度，是研制一些特种探测器的主要材料，增大真空区熔硅单晶生长直径的技术一直在处在不断研究之中。

与在气氛中生长区熔硅单晶相比，在真空环境中，硅单晶生长缺少了保护气氛的附加压力，重力与晶体旋转离心力作用的效果增大，同时也缺少了向保护气氛中散热的效果，使硅单晶内温度梯度减小，硅单晶的生长驱动力减弱，晶体成晶的不稳定因素增加，最终导致生长真空区熔硅单晶的成晶率降低。

区熔硅单晶在生长过程中的稳定性尤为重要，在制备期间如出现多晶硅边缘长刺、熔区凝固、熔区出现腰带、塌炉等情况都将中断整个制备过程。因此，一个稳定的用于生长大直径真空区熔硅单晶的热场是十分重要的，特别是在真空中这样特殊的散热环境下热场的分布更先得尤为重要，热场的核心部分是加热线圈。随着多晶硅原料和所生长硅单晶直径的加大，线圈上方多晶硅熔化界面熔硅流动性变差，多晶熔化边缘因过冷易产生毛刺，同时熔区中径向温度梯度同时也有所加大，硅单晶选装过程中生长界面所处的热场强弱变化也较明显，已造成局部过冷产生断棱，造成了一定的不稳定因素，加大了区熔硅单晶生长的难度。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是提供一种用于生长真空区熔硅单晶的加热线圈，以克服现有技术中硅单晶成晶稳定性低、区熔硅单晶生长难度大的缺陷。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案提供一种用于生长真空区熔硅单晶的加热线圈，所述线圈为平板单匝结构，包括线圈骨架和线圈冷却水管，所述线圈冷却水管焊接嵌入所述线圈骨架内，在所述线圈骨架的上表面设有三级台阶，从第一级台阶至第三级台阶的所在圆的直径逐级减小，第三级台阶的底部一端和所述线圈骨架内圆上边沿连接成的斜面与水平面呈第一倾斜角度，所述线圈骨架内圆下边沿和线圈下表面连接成的斜面与水平面呈第二倾斜角度。

进一步，所述线圈还包括电极上法兰和电极下法兰，所述电极上法兰和电极下法兰上有电极连接孔和冷却水管孔，所述线圈冷却水管穿过所述冷却水管孔并分别与所述电极上法和电极下法兰相焊接，循环冷却水由所述线圈冷却水管进出线圈骨架，在所述线圈骨架上靠近电极上法兰和电极下法兰的一侧开设有一个切口。

进一步，所述线圈骨架内圆为正圆心结构，内圆的直径为27mm，厚度为1.5mm。

进一步，在所述线圈内圆处有四个对称的切缝，切缝宽度为3mm，切缝长度为7～8mm，其中一条切缝与线圈电极切口重合。

进一步，所述线圈电极切口为一个切面互相平行的垂直切口，切口的宽度为2mm。

进一步，所述第一级台阶所在圆的直径为55～56mm，第二级台阶所在圆的直径为50～51mm，第三级台阶所在圆的直径为45～46mm，所述第一级台阶、第二级台阶和第三级台阶的高度均为0.9mm。

进一步，所述第一倾斜角度为7～8度。

进一步，所述第二倾斜角度为7～9度。

进一步，所述单匝结构的外圆直径为73～75mm，厚度为7～10mm。

进一步，所述线圈骨架和线圈冷却水管均采用紫铜材料制成。

与现有技术相比，本实用新型有益效果如下：