[实用新型]一种四节式炭素材料组合坩埚

说明书

技术领域

本实用新型涉及硅单晶炉热场装备技术，尤其涉及一种四节式炭素材料组合坩埚，属于光伏太阳能硅单晶制造技术领域。

技术背景

半导体硅单晶，大约85%是采用直拉（Czochralski）法（简称CZ法）制造。CZ法硅单晶生长过程为：将多晶硅装入石英坩埚内，加热熔化，然后将熔硅稍微降温，给予一定的过冷度，将一支特定晶向的硅单晶体（称做籽晶）与熔体硅接触，通过调整熔体的温度和籽晶向上提升速度，使籽晶放肩长大至目标直径时，调整提升速度，使单晶体以恒定的直径生长，生长过程接近完成时，通过增加晶体的提升速度和调整对埚的供热，使晶体直径渐渐减少形成一个锥体，当锥尖足够小时，晶体就会与熔体脱离，从而完成晶体的生长过程。在单晶硅棒拉制过程中，炉内温度高达1500℃左右，此时，石英坩埚变软，要靠外面的坩埚承托，拉晶后残留的石英坩埚常紧贴外面的承托坩埚内壁。

由于石英坩埚是一次性工装，必须逐炉更换，当坩埚为整体或整圆结构时，虽然拉晶时的整棒率和成晶率较高，但是石英坩埚的去除则较为困难，去除时甚至会损坏坩埚。当坩埚采用多瓣结构时，如石墨坩埚，其力学性能较差，石墨坩埚在高温环境中使用，要承托石英坩埚及原材料的重量，并且处于旋转状态，在外力的作用下容易破裂；多瓣石墨坩埚在使用过程中，其圆度还有可能发生变化，影响拉晶环境的稳定，整棒率和成晶率均受到影响，导致企业生产成本增加；此外，石墨坩埚的壁厚，加热器的热量传导到石英坩埚的少，造成热损失，响应速度较慢，能耗高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种四节式炭素材料组合坩埚，使用该组合坩埚，既便于清除石英坩埚残体，又能够提高电能的利用效率。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种四节式炭素材料组合坩埚，包括炭-炭坩埚、石墨坩埚，其特征在于，所述炭-炭坩埚由炭-炭坩埚上段、炭-炭坩埚中段和炭-炭坩埚下段对接构成。

进一步，所述炭-炭坩埚由炭-炭复合材料制成，炭-炭复合材料的密度=1.2～1.8g/cm³，炭-炭复合材料的的抗弯强度≥80Mpa。

进一步，所述石墨坩埚由等静压石墨制成，等静压石墨的密度≥1.78g/cm³，等静压石墨的抗弯强度≥35Mpa。

进一步，所述炭-炭坩埚上段、炭-炭坩埚中段、炭-炭坩埚下段圆周方向分别均布有2～150个通孔，孔径为3～30mm，加热器辐射光可以通过通孔直接对石英坩埚加热，使石英坩埚内的硅料快速熔化；此外，拉晶完毕，将组合坩埚取出，石墨坩埚与炭-炭坩埚分离，石英坩埚残体因其底部暴露在外，用钳工锤即可很容易地敲除石英坩埚残体；粘在炭-炭坩埚上的石英坩埚残体，可以用锐器通过炭-炭坩埚上的通孔敲碎而去除。

进一步，所述炭-炭坩埚和/或石墨坩埚的表面有抗氧化涂层，能够提高组合坩埚的抗氧化、抗腐蚀能力，从而提高组合坩埚的使用寿命；所述抗氧化涂层为SiC涂层，涂层厚度=4～100μm。

本实用新型与现有技术多瓣石墨坩埚相比，具有以下优点：（1）能量的利用率高，硅料熔化速度快，熔化时间短；（2）能够方便有效地去除石英坩埚残体；（3）如果其中某一节损坏了，只需更换相应的零件而不需更换整个坩埚，有利于降低生产成本；（4）结构简单，安装拆卸方便。

附图说明

图1为本实用新型四节式炭素材料组合坩埚的结构示意图；

图中：1-炭-炭坩埚上段，2-炭-炭坩埚中段，3-炭-炭坩埚下段，4-炭-炭坩埚，5-石墨坩埚。

具体实施方式

以下结合实例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

本实施例包括炭-炭坩埚4，石墨坩埚5，所述炭-炭坩埚4由炭-炭坩埚上段1、炭-炭坩埚中段2和炭-炭坩埚下段3对接构成。

炭-炭坩埚4由炭-炭复合材料制成，炭-炭复合材料的密度=1.2g/cm³，炭-炭复合材料的的抗弯强度为80Mpa。

石墨坩埚5由等静压石墨制成，等静压石墨的密度=1.78g/cm³，等静压石墨的抗弯强度=35Mpa。

炭-炭坩埚上段1、炭-炭坩埚中段2、炭-炭坩埚下段3圆周方向分别均布有150个通孔，孔径为3mm。

炭-炭坩埚4和石墨坩埚5的表面有抗氧化涂层，抗氧化涂层为SiC涂层，涂层厚度=4μm。