[发明专利]直拉式单晶硅棒的生产设备

说明书

本发明提供一种直拉式单晶硅棒的生产设备，本发明包括：炉腔、炉底座，炉底座上开设供坩埚托杆升降的通孔，还包括：设置在炉腔和炉底座内侧的保温结构、设置在炉腔和炉底座外壁的多个微波发射器、设置在坩埚托杆上或是设置在石英坩埚与坩埚托杆之间的微波热源坩埚，炉腔金属外壁和炉底座金属外壁上与各微波发射器相对应位置开设供微波通过的微波馈孔，所述微波发射器用于向炉腔发射微波，所述微波热源坩埚用于将微波转化为热能。本发明采用微波能作为能量源加热熔融硅料，减少了热能层层传递而引起的热量损失，可以提高效率，同时降低能耗。精简了炉腔结构，去除了传统的石墨电极和石墨加热器，使腔内空间增大，可以增大坩埚尺寸，提高硅料装填率，提高生产效率。

技术领域

本发明涉及半导体和光伏产品生产领域，尤其涉及一种直拉式单晶硅棒的生产设备。

背景技术

在半导体硅单晶的制备中，大都是利用切克劳斯基(Czochralski)法来制备(简称CZ法)，特别是目前太阳能级硅单晶的生产中，几乎全都采用这种方法来制备硅单晶，以满足太阳能电池的需要。在目前全球常规能源短缺的情况下，太阳能光伏发电成为绿色再生能源的重要组成部分，得到各国政府的大力扶持和发展；与此同时，我国针对目前国内的高污染、高能耗工业现状，开展了大规模的节能降耗行动，硅材料领域也不例外。

在采用CZ法制备硅单晶的过程中，如何提高拉晶效率及降低能耗一直是节能降耗研究的重点，通常都是采用优化单晶炉的热场构件结构、材质等方式来减少热损失，提高效率。

在目前通用的单晶炉中，热场全部采用石墨电极和石墨加热器做为加热单元，采用直流电加热。石墨加热器通过热辐射方式向支撑石英坩埚的碳碳坩埚传热来加热碳碳坩埚，再通过温度差以热传导的方式向石英坩埚内的传热来加热熔融硅料。由于经过一次电热转换和两次热传递过程，能量利用率低。

另外，石墨电极和石墨加热器都装置在炉腔内部，造成内部结构复杂，每次炉体拆解、清理、安装繁琐、复杂。再有，石墨电极和石墨加热器寿命短，更换频繁，维护成本很高。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种直拉式单晶硅棒的生产设备。本发明采用的技术手段如下：

一种直拉式单晶硅棒的生产设备，包括：炉腔、炉底座，所述炉底座上开设供坩埚托杆升降的通孔，还包括：设置在炉腔和炉底座内侧的保温结构、设置在炉腔和炉底座外壁的多个微波发射器、设置在坩埚托杆上或是设置在石英坩埚与坩埚托杆之间的微波热源坩埚，所述炉腔的金属外壁和炉底座金属外壁上与各微波发射器相对应位置开设供微波通过的微波馈孔，所述微波发射器用于透过保温结构向炉腔发射微波，所述微波热源坩埚用于将微波转化为热能。

进一步地，所述微波发射器由上至下分层环绕腔体，在腔体外侧，安装在金属腔壁的微波馈孔上，层数为3～5层。

进一步地，所述保温结构包括设置在炉腔和炉底座内侧的保温桶和炉底保温层，所述保温桶包括设置在所述炉腔内侧的上保温桶和中保温桶，两个保温桶的高度为根据石英坩埚规格确定的预设值，厚度为根据热场温度梯度需求确定的预设值，所述炉底座腔体内侧设置下保温桶，所述炉底保温层设置在炉底座底部上表面。

进一步地，所述保温桶和炉底保温层，均由无机非金属且不吸收微波的保温材料构成。无机非金属材料包括以不同晶型二氧化硅、氧化铝、硅酸铝或其混合物构成的不同物理形态的保温材料。

进一步地，所述上保温桶和/或下保温桶，开有透过保温桶壁的用于抽真空的通风孔，并且在腔壁真空口上设置金属网眼式装微波隔离罩。

进一步地，所述微波馈孔为多个且其设置在保温桶内，在腔体内，每层微波馈孔之间均设有用于调整微波发射方向的环状金属微波导向板，固定在金属腔壁上，并沿径向方向炉体内延伸，嵌在保温桶壁内，到保温桶内壁位置为止。