[实用新型]一种单晶硅生长炉加热器节能支撑脚结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及坩埚法生长晶体炉子装置的改进机构，更具体地说是直拉硅单晶棒生长炉子中加热器的一种支撑脚改良结构。

背景技术

半导体硅单晶及太阳能硅单晶大部份均用切克劳斯基(Czochralski)法制造。这种方法制取的设备是单晶炉。单晶炉中按装一个加热器，在加热器的中间按装石墨坩埚托及内装一个石英坩埚，将多晶硅放入石英坩埚内，关闭炉体抽空、升温化料，硅料全部熔化，坩埚在加热器中间转动，保持熔硅温度均匀，将硅料降温使熔体中心达到一定的固冷度，从上轴插入一根与坩埚反方向旋转籽晶(有特定晶向的小单晶体)，通过调节熔体温度和籽晶提升速度，完成细颈、放肩，转肩，等径，收尾，拉出一根完整的晶棒。

单晶生长工艺炉的结构为自下而上依次是炉体支架、坩埚轴传动升降部分、炉底板、下炉筒、中炉筒和炉盖，炉盖上方设置可容纳生长出晶体的副室，副室上方是晶体提拉和旋转机构，籽晶轴、重锤、籽晶夹头和籽晶从副室上方中心可一直下降到与石英坩埚内硅熔体接触，通过温度和各种控制，使硅熔体定向在籽晶下结晶并不断长大，达到晶体生长的目的。

加热系统是晶体生长炉中核心部件，它主要包括三大部份，安装在炉底两电极柱上的石墨电阻加热器为硅料熔化和晶体生长提供热量，其二是安装在加热器中间的石墨坩埚托及连接炉底坩埚轴的连杆和坩埚托盘，其三是在热系统的四周及上下进行保温，形成晶体生长所需的径向和纵向温度梯度。

在大单晶炉中，制备8英寸-12英寸硅单晶需要22英寸、24英寸、28英寸坩埚热系统才能有较佳的生产效率和质量保证，通常加热器做成多瓣开糟的并联电路，由石墨材质制成，仅22英寸热场加热器重量就达50kg左右，24、28英寸热场加热器重量更重，为了保持加热器高温时不变形，有一个均称的热场，适合于单晶稳定生产，一般大单晶炉底部圆周正交部位设置四个金属电极，其中在一条直径上的两个金属导电电极通过石墨导电脚与加热器脚紧密联接并通电加热，另两个电极通常也通过石墨导电脚与加热器另两个脚连接口，但没有电流通过仅起支撑、平衡作用，加热器是很沉重，又较脆、代价十分昂贵，如果支撑平衡不好，热场就变成随园形，造成热场温度均匀性差，影响单晶生长，并且会缩短加热器使用寿命。

石墨材质的导电脚电阻很小，连接金属电极和加热器脚让大电流通过加热器进行加热，但是石墨材质的导电脚导热性能也很好(热导率＞100W/mk)，很容易通过另两只起支撑作用的导电脚将热量带走(金属电极都是通水冷却的)，结果使拉晶功率明显升高。

经调查和检索，国内外此类设备的导电脚结构均与此类似。

如前所述，每一台单晶炉是一件耗电很大的用电器，一般拉一根单晶需耗电达数千千瓦，一个企业一般拥有数十台到几百台，每月用电量达到几百万到上千万千瓦，如此规模巨大的耗电器。目前全球能源紧缺，而气候由于大量的二氧化碳排放而受到很大的影响，所以节能减排已成为全世界都在关心的大事，太阳能是一种取之不尽的清洁能源，倡导推广使用太阳能，因此硅电池的加工、单晶炉的需求量、使用量是非常巨大的，对其作任何有利的改进都会带来巨大的经济效益和社会效益，相反，一点一滴的损失浪费集聚后影响也是十分严重的。

发明内容

本实用新型的目的是提供大单晶硅生长炉加热器支撑脚的一种改进结构，在保持热场温度的均匀性的同时又能对加热器进行支撑，并能尽量减少和避免无谓、无益、无利的额外能源消耗。

本实用新型的目的由以下技术方案予以实现：

一种单晶硅生长炉加热器节能支撑脚结构，其特征在于：所述支撑脚为上、下两段圆柱段组成，上段为石墨段，且上表面开设轴向的定位销孔，下段为绝热段，且下表面轴向开设金属电极孔。

进一步，所述上、下两段之间以台阶结构连接。

再进一步，所述绝热段的垂直中心剖面呈U字状，外侧近似L的为硬质支撑裹圈，中央为一圆柱形固化毡垫圈。

进一步，所述绝热段采用氧化锆、氧化铝、氮化铝、石英。

进一步，所述绝热段采用热导率＜10W/mk的梯度密度碳碳复合材料。

进一步，所述石墨段和绝热段(9b)两段的长度比为0.3-0.7之间。

采用本实用新型的结构，支撑脚为圆柱形上、下两段组成，上段为石墨段，下段为绝热段，上、下表面分别开设轴向的定位销孔和金属电极孔，在原先位置、与原先相对应的定位销和金属电极进行连接安装，非常方便。然而绝热段隔绝了加热器向下传导的热量，阻断了加热器长时间、高温度对外界的热量传递，既减少了加热器的热量损失、浪费，而且传递到外界并不需要的场合，也是对工作环境的负面影响。