[发明专利]一种晶体生长时下轴对坩埚的柔性降温结构

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种晶体材料的生长设备，具体地说本发明涉及一种晶体生长时下轴对坩埚的柔性降温结构。

【背景技术】

在多晶硅、单晶硅或蓝宝石等晶体材料生长过程中，其中多晶硅碎料在坩埚中生长成为多晶硅锭以及多晶硅转换为单晶硅时，通过对坩埚的加热温度控制，并利用设置在坩埚底部的籽晶，使融化并围绕籽晶新生长的晶体按照籽晶的晶粒排列方式进行排列：其中籽晶为单晶时，新生长晶体的硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，这些晶核长成与籽晶晶面取向相同的晶粒，则新生长的晶体就是单晶硅；若籽晶为多晶时，这些晶核长成与籽晶晶面取向不同的晶粒，则新生长的晶体就是多晶硅；但是这个过程必须是在一个密闭的炉体内完成的。

在新晶体生长的过程中，炉室内的坩埚需要形成下低上高的温度梯度，为了形成温度梯度，传统设备通过改变坩埚的下部保温效果，增加热量的散失以便形成坩埚所需的下低上高的温度梯度。

也有技术是通过在下轴内通入液氦等低温流体，由低温流体实现带走坩埚下部热量的目的，使籽晶的温度略低于碎料熔体温度5～10℃；从而形成坩埚内的上下温度差“温度梯度”的效果；

下轴在使用时，所述下轴与坩埚的底部需要紧密连接，形成下轴与坩埚底部的温度导体；

另一种是在坩埚外围设置套筒，下轴与坩埚不接触，通过套筒的隔热效果，由下轴使得坩埚的下部形成低温区域，实现坩埚内的上下温度差“温度梯度”的效果；

结合附图1的结构“附图1为本发明人在先申请的发明专利，{一种生长晶体材料时的温度梯度控制装置及其方法，申请号、201210020279.0，申请日2012年1月10日)”，坩埚(7)设置在炉室(2)内保温罩(1)中下轴(12)的上端，在坩埚(7)内的底部放入籽晶(8)，在籽晶(8)上放置晶体材料(6)，将坩埚(7)下部处于套筒内“所述套筒可以是多层的或单层的，但是在使用多层套筒时，套筒外筒(9)与套筒内筒(10)上端之间或通过上连接环(4)；或通过盖环(3)封闭，防止套筒外筒(9)失去保低温的作用，套筒内筒(10)下部或不与炉室底板或底部保温层(16)接触，也就是套筒内筒(10)下部设置的中部筒底(14)”通过套筒固定套(15)固定在下轴(12)中部”，套筒的外部设有发热体(5)，所述发热体(5)分别连接电源的正负极，发热体(5)对套筒辐射加热，同步也对坩埚(7)上部的晶体材料(6)加热，这一过程中坩埚(7)上部的所述晶体材料(6)受益最大，加热速度也明显快于坩埚(7)下部的晶体材料(6)和籽晶(8)，套筒将热量传递给坩埚(7)，同时所述下轴(12)内管路(13)通入冷却介质，下轴(12)与坩埚(7)的底部为接触或非接触的，接触时可使用坩埚固定套(11)将下轴(12)与坩埚(7)连接固定，所述下轴(12)四周的内筒(10)中形成低温区，所述套筒发挥作用；一是使下轴(12)四周形成的低温区内低温尽可能少的扩散；二是使坩埚(7)内上部的晶体材料(6)融化，并尽快并逐渐向下融化，当所述坩埚(7)内的晶体材料(6)全部融化时，所述籽晶(8)的上端头部也开始部分融化，由于下轴(12)内冷却介质的作用，籽晶(8)融化明显晚于籽晶(8)上部的晶体材料(6)融化的速度；而后降低发热体(5)的温度，低温区的低温传递给坩埚(7)，使所述坩埚(7)由底部开始至上部缓慢均匀降温，形成温度梯度，坩埚(7)内融化的晶体材料(6)由底部籽晶(8)处开始生长结晶，获取晶体材料块。

结合附图2，也有不使用套筒的，下轴(12)上端与坩埚(7)的底部连接，在下轴(12)内通入的冷却介质管路(13)中通入冷却介质，仅利用下轴(12)上端的低温降低坩埚(7)的底部，形成温度梯度。

上述温度梯度方式虽然说较好的实现了降温目的，但下轴(12)结构外围温度在实现了温度梯度控制的同时，当下轴(12)内直接通入冷却介质时，难免会使下轴(12)与坩埚(7)的温度形成一个温度差，从而导致下轴在冷却过程中往往会带走炉室内较多的热量，最终造成能源的浪费，那么如何减小由于下轴与坩埚的温度差，不使下轴在冷却过程中过多的带走炉室内的温度，减少能源的浪费就成了发明人一直想要克服的技术诉求，而且通过检索现有文献尚未发现相关报道。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种晶体生长时下轴对坩埚的柔性降温结构，本发明通过在下轴的外部或内部添加附加管，由附加管形成对坩埚下部空间的低温影响得到减小，有效地使热能散失问题得到控制，实现了热能温度的最大化利用的目的

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：