[实用新型]一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器

说明书

本实用新型提供一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器，包括设置在总熔体空间内的器壁，所述器壁所围成的空间形成晶体生长区，所述晶体生长区与所述总熔体空间同轴，所述器壁上加工有至少一个通孔，所述通孔用于所述总熔体空间内的熔体进入所述晶体生长区内，所述通孔位于所述晶体生长区内的熔体液面以下，所述通孔的横截面积0.1mm²≤S≤5024mm²。本实用新型通过在器壁上开设通孔实现了晶体生长区的分隔，得其外部未熔化的杂质点不能进入坩埚内，通孔实现了熔体的补充。通孔的尺寸实现更好的提高单晶体的生长良率。

技术领域

本实用新型涉及连续直拉单晶技术领域，具体而言是一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器。

背景技术

连续直拉单晶(CCz)工艺技术的明显特点是一边长晶一边化料，从而可以节约普通直拉单晶所需要的化料时间。但同时，在化料过程中，可能会有一些未能充分融化的杂质点，进入熔体中，并随熔体流动带到晶体的长晶界面，并造成单晶体的晶体结构破坏。

CCz技术中，晶体生长时熔体一般分为3个区域：化料区、缓冲区以及晶体生长区域。为了实现单晶的无位错生长，需要保障杂质颗粒从化料区进入长晶区的时间内能够融化。

已有技术阐明了熔体中杂质点从融化到碰触晶体所需的时间必须要足够长，已使得该颗粒点能够在熔体中融化，如增加一些堰、环形、缓冲区等。如：专利US2018/012320和专利US2011002835A1等。

但现有技术中采用增加一些堰、环形、缓冲区等结构对现有容器的修改较大，生产成本较高。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器及孔的设计方法。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种用于连续单晶硅生长的带有孔的容器，包括设置在总熔体空间内的器壁，所述器壁所围成的空间形成晶体生长区，所述晶体生长区与所述总熔体空间同轴；

所述器壁上加工有至少一个通孔；

所述通孔用于所述总熔体空间内的熔体进入所述晶体生长区内；

本实用新型中的器壁将总熔体空间进行分隔，器壁所围成的空间内成为了晶体生长区，器壁外的空间形成了化料区和缓冲区，通过器壁设置使得其外部未熔化的杂质点不能进入坩埚内，而已经熔化的熔体通过通孔进入晶体生长区内，补充单晶体生长所需的原料。

颗粒在熔体中的运动主要有：熔体流动带来的定向移动以及颗粒受热分子碰撞影响的布朗运动。

由于熔体必须穿过孔洞才能进入长晶区域，在晶体生长速度一定的前提下，从质量守恒定律可知：V＝K/(S*ρ)，熔体流动带来的定向移动速度反比于通孔的截面积。假定生长速度K＝9kg/h，通孔横截面积S＝1cm²，硅熔体密度ρ＝2.5g/cm³，速度V＝1cm/s；如孔的横截面积为0.2cm²，V＝5cm/s熔体流动速度指向晶体生长区域，因此，孔洞越小，杂质颗粒向晶体移动速度越快，达到晶体的时间越短，造成晶体结构破坏的可能性越高。

而依据布朗运动的爱因斯坦公式，时间t内位移：

其中，λ_x是X方向的平均位移，R是气体常数，N是熔体分子密度(原子数/克)，T是绝对温度，t是时间，P是微粒半径，k是微粒在液体中移动的摩擦系数；

布朗运动速度的大小不受孔洞大小的影响。由于布朗运动方向是随机的，因此孔洞面积增加会增加杂质颗粒游离进入长晶区域的概率。