一种硅单晶炉的热场系统[发明专利]

*CN102212875A*

(10)申请公布号 CN 102212875 A(43)申请公布日 2011.10.12

(12)发明专利申请

(21)申请号 201110149281.3(22)申请日 2011.06.03

(71)申请人无锡中能晶科光电科技股份有限公

司

地址214265 江苏省无锡市宜兴市芳桥工业

集中区(72)发明人许大维 徐伟

(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所 32237

代理人贺翔(51)Int.Cl.

C30B 15/14(2006.01)C30B 29/06(2006.01)

权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 3 页

(54)发明名称

一种硅单晶炉的热场系统(57)摘要

本发明公开了一种硅单晶炉的热场系统，包括设置在保温筒中的加热器，加热器中装有坩埚，坩埚底部有埚托支撑，埚托底部装有托杆轴，该托杆轴经保温筒底部伸出；在坩埚顶部设有导流筒，导流筒上开口与保温筒顶部开口对应；在筒形保温层顶部还设有保温盖，其特征在于，所述保温筒分为相互匹配并连接在一起的上保温筒、中保温筒和下保温筒，对应上、中、下保温筒的外侧分别包裹有上保温层、中保温层和下保温层；所述保温盖分为两层，分别为上保温盖和下保温盖。本发明通过保温筒和保温层的多级设置，改善了热场系统的保温性能和保护气体的流动性，有利于提高单晶棒的成晶质量。CN 102212875 ACN 102212875 ACN 102212882 A

权 利 要 求 书

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1.一种硅单晶炉的热场系统，包括设置在保温筒中的加热器（1），石墨坩埚（2），坩埚（2）底部有埚托（14）支撑，埚托（14）底部装有托杆轴（15），该托杆轴（16）经保温筒底部伸出；在坩埚（2）顶部设有导流筒（4），导流筒（4）上开口与保温筒顶部开口对应；在筒形保温层顶部还设有保温盖，其特征在于，所述保温筒分为相互匹配并连接在一起的上保温筒（5）、中保温筒（6）和下保温筒（7），对应上、中、下保温筒的外侧分别包裹有上保温层（11）、中保温层（12）和下保温层（13）；所述保温盖分为两层，分别为上保温盖（9）和下保温盖（10）。

2.根据专利要求1所述的硅单晶炉的热场系统，其特征在于导流筒为两层，分别为内导流筒（3）和外导流筒（4）。

3.根据权利要求1所述的硅单晶炉的热场系统，其特征在于，在上保温盖外侧与单晶炉炉腔内壁之间的空隙设有保温挡圈（8）。

4.根据权利要求1或2所述的硅单晶炉的热场系统，其特征在于，在保温筒底部对应托杆轴（16）伸出部位设有托杆护套（17）。

5.根据权利要求1或2所述的硅单晶炉的热场系统，其特征在于，在保温筒底部设有石墨电极（20）及其电极护套（21），并由电极螺丝（22）经石墨电极（20）中间穿过并拧紧在保温筒底部，在电极螺丝（22）顶部装有电极螺丝盖（23）。

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说 明 书

一种硅单晶炉的热场系统

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[0001]

技术领域

本发明涉及半导体及太阳能技术领域，尤其涉及一种用于采用直拉法（CZ法）形成的单晶硅的单晶炉热场结构。

[0002]

背景技术

随着太阳能光伏行业的飞速发展，对光伏组件的质量及成本提出新的要求，光伏

组件50%以上的成本消耗于铸锭和晶片的生产中。直拉单晶制造法（CZ）是用于半导体和太阳能电池单晶硅的主要生长方法，该方法通常采用两种方式来降低成本：降低加热器的功耗和提高拉速。这两种方式中无疑提高拉速更加有效，较高的拉晶速度，不仅能够缩短晶体生长时间，提高生产效率，还能减少消耗。但是，简单地提高拉速，会带来晶体质量的下降。拉速过快甚至会产生多晶缺陷。因此在提高拉速的同时，必须对晶体生长系统的热场进行优化，以保证生长出质量合格的晶体。单晶炉是一种在惰性气体环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料融化，用CZ法生长无位错单晶的设备。对于太阳能光伏产业广泛使用的单晶炉，目前通常采用改变热屏的形状及尺寸来降低能耗，从而降低生产成本。然而，该技术存在以下缺陷：对单晶炉的热屏进行改造和实验的工艺难度大，而且成本过高，因此不利于大规模的推广应用。

[0003]

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硅单晶炉的热场系统，该热场系统的保温

性能和保护气体（Ar气）流动性能得到了改善，有利于提高单晶棒的成晶质量。 [0005] 本发明的硅单晶炉的热场系统，包括设置在保温筒中的加热器，加热器中装有坩埚，坩埚底部有埚托支撑，埚托底部装有托杆轴，该托杆轴经保温筒底部伸出；在坩埚顶部设有导流筒，导流筒上开口与保温筒顶部开口对应；在筒形保温层顶部还设有保温盖，其特征在于，所述保温筒分为相互匹配并连接在一起的上保温筒、中保温筒和下保温筒，对应上、中、下保温筒的外侧分别包裹有上保温层、中保温层和下保温层；所述保温盖分为两层，分别为上保温盖和下保温盖。[0006] 导流筒为两层，分别为内导流筒和外导流筒。

[0007] 可以在上保温盖外侧与单晶炉炉腔内壁之间的空隙设有挡圈，以阻挡且减少保护气体（Ar）向保温筒外侧与炉腔内壁间的空间流动。

[0008] 在保温筒底部对应托杆轴伸出部位设有托杆护套。[0009] 在保温筒底部设有石墨电极及其电极护套，并由电极螺丝经石墨电极中间穿过并拧紧在保温筒底部，在电极螺丝顶部装有电极螺丝盖。[0010] 本发明通过保温筒和保温层的多级设置，改善了热场系统的保温性能和保护气体的流动性，有利于提高单晶棒的成晶质量。

[0004]

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说 明 书

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附图说明

图1为本发明的结构组装图；

图2为导流筒悬置状态下，本发明对炉体各部件的热辐射量及需要的冷却水量的分布图。

[0012] 图3为导流筒落位状态下，本发明对炉体各部件的热辐射量及需要的冷却水量的分布图。

[0011]

具体实施方式

[0013] 如图1所示，本发明的硅单晶炉的热场系统，其外部为保温筒，该保温筒分为相互匹配并连接在一起的上保温筒5、中保温筒6和下保温筒7，对应上、中、下保温筒的外侧分别包裹有上保温层11、中保温层12和下保温层13；加热器1设置在保温筒中，加热器1中装有石墨坩埚2，石墨坩埚2底部有埚托14支撑，埚托14底部装有托杆轴15，该托杆轴16经保温筒底部伸出；在保温筒底部对应托杆轴16伸出部位设有托杆护套17。上压片18和下压片19套在托杆护套17外缘上。在坩埚2顶部有导流筒，该导流筒为两层，分别为内导流筒3和外导流筒4。导流筒上开口与保温筒顶部开口对应；下开口的设置在20”热场是215~220mm,在22“热场是260mm。 在筒形保温层顶部还设有保温盖，所述保温盖也分为两层，分别为上保温盖9和下保温盖10。在上保温盖外侧与单晶炉炉腔内壁之间的空隙设有保温挡圈8。在保温筒底部设有石墨电极20及其电极护套21，并由电极螺丝22经石墨电极20中间穿过并拧紧在保温筒底部，在电极螺丝22顶部装有电极螺丝盖23。[0014] 通过对已有的热场的热解析，可以得到热场的相关参数和热场对炉体各部分的热辐射热量。图2和图3分别为导流筒悬置状态和落位状态下，改进热场对炉体各部件的热辐射量及需要的冷却水量的分布图。该图的结果来自热场的热解析。热解析还为解决单晶炉炉体发热和隔离阀密封圈烧坏的问题提供了解决方案，并计算了坩埚提升机构在炉体内部的零部件的温度。由图可见，本发明改善了热场系统的保温性能和保护气体(Ar气体)的流动性，有利于提高单晶棒的成晶质量。 [0015] 本发明具体应用途径还有很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

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说 明 书 附 图

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图1

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说 明 书 附 图

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图2

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说 明 书 附 图

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图3

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