[实用新型]一种单晶炉停炉快速冷却热场装置及单晶炉

说明书

本实用新型涉及单晶硅生产设备的技术领域，具体涉及一种单晶炉停炉快速冷却热场装置及单晶炉。一种单晶炉停炉快速冷却热场装置，包括可上下分离的上保温筒和中下保温筒，所述上保温筒与中下保温筒分离后形成中间缝隙，所述中间缝隙的缝距可调节。本实用新型利用上保温筒与中下保温筒之间的间隙大量辐射热场内部的热量，单晶炉内高温区的热量直接辐射到炉壁上，炉壁维持单晶生产低压环境，带走热场余热，形成横向温度梯度，停炉时吸收上保温筒与中下保温筒形成的缝隙间辐射出来的热量，加速热场快速冷却，利用炉壁的大的吸热面积，迅速冷却热场。利用此装置，可有效降低停炉时间，并提升单晶炉和热场使用效率。

技术领域

本实用新型涉及单晶硅生产设备的技术领域，具体涉及一种单晶炉停炉快速冷却热场装置及单晶炉。

背景技术

硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。单晶硅作为制造半导体硅器件的原料，主要用于制造大功率整流器，大功率晶体管，二极管、开关器件等，在新能源开发方面是一种很有前途的材料。单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）单晶硅材料应用最广。

直拉法（CZ）生产硅单晶的工艺在单晶炉中完成，现有的单晶炉在生产完结后，需要将热场冷却后，再进行清理，重新投炉。由于现有单晶炉热场的整个热场结构外部全部被碳基保温材料包覆，以确保在整个生产过程中热量尽可能少的散失，从而保证整个热场环境的温度恒定。在停炉且发热体关闭后，热场部件中的余热，仅能靠保温材料的自然热量传递和辐射至炉底板、炉筒、炉盖等，再通过循环水将炉底板、炉筒、炉盖等表面的热量带走，热量散失缓慢，需要自然冷却9小时，随着单晶热场的加大，热场停炉冷却时间越发延长，达到10~12小时，而冷却等待时间越长，生产效率越低。此外，自然冷却9~12小时后热场温度依然很高，拆炉时，热场部件易因温度高出现局部氧化，造成热场老化速度加快，石墨件损耗加快，进一步带来生产成本高的问题。

需要理解的是，直拉法生产硅单晶的工艺在单晶炉中完成，单晶炉内设置坩埚和支撑坩埚的埚帮，简要过程是先将多晶硅原料装入炉内的坩埚中，将炉体密闭后通入保护气，通过埚帮外侧的加热器将多晶硅原料加热形成熔体后，将籽晶插入熔体依次经过引晶、放肩、转肩、等径和收尾等工序，完成拉晶过程，得到单晶硅棒，最后关闭加热器停炉。由于拉晶过程处在高温状态，在该石英坩埚及加热器的外围，设置有保温组件，以减少热量损失。通常将包括该保温组件及其内侧的各部件，统称为热场。

热场部件如加热器、埚帮、托杆、保温筒、热屏等，一般为等静压石墨制成，而同时为了避免高温对设备的损坏和降低拉晶功耗，一般使用石墨纤维制成的保温毡将石墨保温筒包裹，用来隔绝热量，但是这两种材料在高温下容易跟空气中的氧气反应，对于石墨件氧化产生的碳化硅层与石墨层冷却过程中膨胀程度不同，容易造成破裂，从而造成石墨毡纤维缩短、空隙增大、厚度减薄，保温效果减弱。与此同时，现有的单晶炉在生产完结后，需要将热场冷却后，再进行清理，重新投炉。因此需要单晶炉在密闭状态下维持一个较长的停炉时间，用来将热场进行冷却，一般冷却时间为9h，通过冷却将拆炉温度控制在400℃以下，从而减小上述高温带来的损害并进行单晶硅的下一批次的投炉生产。

实用新型内容

针对单晶炉停炉冷却热场时间长，影响单晶炉和热场使用效率，从而影响单晶硅生产效率的问题，现提出一种单晶炉停炉快速冷却热场装置，包括可上下分离的上保温筒和中下保温筒，所述上保温筒与中下保温筒分离后形成中间缝隙，所述中间缝隙的缝距可调节。

优选的，包括提升结构，所述提升结构连接上保温筒，所述提升结构通过带动上保温筒向上移动，使得所述上保温筒与中下保温筒形成中间缝隙，所述中间缝隙的缝距与上保温筒向上移动的距离正相关。

优选的，包括炉体，设置在炉体内部的可上下分离的上保温筒和中下保温筒，所述提升结构包括驱动部件和可升降的水冷屏立柱，所述驱动部件设置在炉体外，所述水冷屏立柱从炉顶外连通至炉顶内，所述提升结构还包括连接部件，所述连接部件位于炉内上部，所述上保温筒和水冷屏立柱在炉内的一端通过连接部件相连。