硅錠塊生長裝置制造方法及圖紙

一種硅錠塊生長裝置，其包含：石墨坩堝，其中裝有石英坩堝；傳動軸，它與石墨坩堝的下部相連接，可使石墨坩堝實現旋轉和上下移動，并為石墨坩堝提供支承，該傳動軸包含內部中空的空心軸部分、與空心軸部分底部相連接的用于抑制熱傳遞的絕熱軸部分以及與絕熱軸部分底部相連接的圓柱形軸部分；用于石墨坩堝加熱的加熱裝置；以及用于石墨坩堝、加熱裝置和部分傳動軸的保護和與外界環境實現溫度隔離的絕熱墻。本發明專利技術有助于降低高溫帶熔融硅和石英坩堝的溫度梯度，改善熱量分布的均勻性，進而達到提高單晶錠塊質量的目的。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本項專利技術所涉及的是一種硅錠塊生長裝置，更具體地說，涉及一種對石墨坩堝的傳動軸進行了技術改進的裝置。一般采用相關工藝的生長裝置，如圖3所示，常常包括一套石墨坩堝33，其中放置一套裝有熔融硅34的石英坩堝32。傳動軸36與石墨坩堝33的下部相連接，用于石墨坩堝的轉動以及上下移動，并為石墨坩堝33提供支承。加熱裝置35用于坩堝33的加熱，具有絕熱墻37的外室38用于石墨坩堝33、加熱裝置35和部分傳動軸36的保護并實現與外部環境的隔離。圖中的虛線為等溫線，表示溫度的分布情況。這種采用其它相關工藝的單晶硅錠塊生長裝置一般采用如圖1所示的傳動軸。該傳動軸的上半部分10是采用石墨柱加工而成的，在傳動軸的上半部分10中形成一個凹孔11，支座12用于與石墨坩堝33的連接。傳動軸的下半部分13為圓柱形，以便實現與旋轉裝置和提升裝置(如液壓缸)的連接，使坩堝能夠上下移動。單晶生長裝置的傳動軸的功能是支承、轉動和上下移動裝有熔融硅的坩堝。采用單轉設計傳動軸的晶體生長裝置取決于傳動軸和冷卻系統相鄰處所發生的快速熱傳導，因此，環境條件的變化不可避免地帶來系統的不穩定性。此外，由于傳動軸所造成的熱量損失，傳動軸所支承的熔融硅的溫度梯度會變得更大，進而降低晶體的質量。采用其它相關工藝的生長裝置使用的這種傳動軸，如圖3所示，在單晶硅生成過程中，造成大量的熱量損失，進而加大硅熔化鍋內的溫度梯度。溫度梯度對單晶硅的生成質量造成直接影響，因此，它代表著提高工藝管理水平的主要方面。另外，傳動軸的熱通量還會降低熱效率本專利技術的目的是提供一種新型硅錠塊生長裝置，通過改進傳統硅生長裝置傳動軸，降低熔融硅的溫度梯度的方法改善單晶硅錠塊的質量。本專利技術的其他優點、目標和特點將在接下來的描述中加以部分說明，同時，對于本領域中的普通技術人員來說，在仔細研究以下內容后，他們亦可對此形成部分認識。另外，他們還可從專利技術過程中部分地了解這些情況。本項專利技術的目標和其他優點還可從具體的文字描述的結構及其權利要求和附圖中獲知。為實現這些目標和其他一些優點，并達到本項技術專利技術的目的，正如本文件所說明和廣泛描述的一樣，本專利技術中的硅錠塊生長裝置包括一套石墨坩堝以及其中所包括的一套石英坩堝、一只與石墨坩堝下部相連接的、用于石墨坩堝旋轉、上下移動和支承的傳動軸、一套用于石墨坩堝加熱的加熱裝置以及一套用于石墨坩堝、加熱裝置和部分傳動軸的保護和與外界環境實現溫度隔離的絕熱墻。該傳動軸由三個部分組成內部中空的空心軸部分、與空心軸部分底部相連接的用于抑制熱傳遞的絕熱軸部分以及與絕熱軸部分底部相連接的圓柱形軸部分。絕熱軸部分的最理想的設計安裝位置應在傳動軸上下移動過程中與絕熱墻相對應，并采用非均質絕熱材料制成。最理想的狀態是，該絕熱軸部分采用多個非均質絕熱盤重疊的方法制成。需要說明的是，此前的關于本技術專利技術的總體說明以及接下來的詳細說明都是示范性和解釋性的，其目的在于對本專利技術作進一步的解釋說明。附圖說明本專利技術附圖目的在于對本專利技術提供更進一步的理解，它們構成本專利技術的一部分，其與本專利技術的實施例一起對本專利技術進行解釋和說明。具體如下圖1所示為傳統硅錠塊生長裝置的一種傳動軸；圖3所示為采用傳統工藝的硅錠塊生長裝置；圖2所示為本專利技術的硅錠塊生長裝置傳動軸；圖4所示為根據本專利技術的硅錠塊生長裝置。圖2和圖4所示分別為根據本專利技術的硅錠塊生長裝置傳動軸和硅錠塊生長裝置。如圖2和圖4所示，根據本專利技術的生長裝置包括一套石英坩堝42，熔融硅44將裝入石英坩堝中，而石英坩堝位于石墨43坩堝內。一根傳動軸46與石墨坩堝43的下部連接，用于石墨坩堝的旋轉和上下移動，并形成對石墨坩堝的支承。此外，該裝置還包括一套用于石墨坩堝43加熱的加熱裝置45、裝有絕熱墻47的外室48。隔熱墻的作用是對石墨坩堝43、加熱裝置45和部分傳動軸形成保護和實現與外部環境的隔熱。圖中的虛線為等溫線，用來表示溫度的分布情況。根據本專利技術技術的傳動軸46由三個部分組成帶有凹孔21的空心軸部分26、與空心軸部分26底部相連接的、用于抑制熱傳遞的絕熱軸部分25以及與絕熱軸部分25底部相連接的圓柱形軸部分27。絕熱軸部分25采用非均質絕熱材料制成，空心軸部分26和圓柱形軸部分27均采用基于石墨的材料制成。根據本專利技術的最佳實施例，絕熱軸部分25采用多個非均質絕熱盤重疊的方法制成，以實現最高的隔熱特性。在疊置絕熱盤的過程中，材料的方向應相互交錯，以抑制熱傳遞并實現最大效率。如果非均質絕熱材料以此種方式疊置，其熱傳導率將降低到均質性絕熱材料傳導率的十分之一。絕熱軸部分25的設計安裝位置應傳動軸上下移動過程中與絕熱墻47相對應。空心軸部分26在圓柱形石墨柱中形成一個凹孔或空心21。該空心的直徑應等于或大于空心軸部分26整個直徑的30％，具體以其直徑為空心軸部分26整個直徑的50～70％為宜。空心越大，熱傳導部分就越小。這樣，經由其下部損失掉的熱量就得到最大程度的抑制，進而降低空心軸部分的溫度梯度。因此，熔融硅在整個空心軸部分的溫度梯度也隨之降低。在這種情形下，在不犧牲機械穩定性的前提下，盡量加大空心的孔徑是最好的辦法。在根據本專利技術的上述結構的裝置中，在單晶錠塊生長工藝完成的同時，加熱裝置45所產生的熱量亦被傳導到石墨坩堝43以及傳動軸46。傳動軸的安裝貫穿絕熱墻47的外部和內部，且與絕熱墻47外部的傳動裝置相連接。絕熱墻內部和外部之間的溫差很大(超過1000℃)。如果該傳動軸所采用的絕熱材料不是本技術專利技術所選的材質，則有可能出現大量的熱量通過傳動軸損失的現象。根據本專利技術的傳動軸采用非均質性絕熱材料制成，它將空心軸部分26與圓柱形軸部分27連接起來，使絕熱軸部分25能夠將空心軸部分與圓柱形軸部分隔離開來，進而降低熱量的流失。因此，本技術專利技術有助于降低高溫帶熔融硅和石英坩堝的溫度梯度，改善熱量分布的均勻性，進而達到提高單晶錠塊質量的目的。本技術專利技術可降低熱量損失，提高熱量效率，降低石英坩堝中熔融硅的溫度梯度，改善溫度分布，達到明顯減少硅錠塊缺陷的目的。上述實例只是典型舉例，并不能說明本專利技術的全部功能。本原理可很容易地應用于其他工藝或設備。本技術專利技術的敘述只是說明性的，它并不可限制權利要求的范圍。對于懂得相關技術的人來說，根據此項技術可演繹出許多替代、變更和變異工藝。權利要求1.一種硅錠塊生長裝置，其包含石墨坩堝，其中裝有石英坩堝；傳動軸，它與石墨坩堝的下部相連接，可使石墨坩堝實現旋轉和上下移動，并為石墨坩堝提供支承，該傳動軸包含內部中空的空心軸部分、與空心軸部分底部相連接的用于抑制熱傳遞的絕熱軸部分以及與絕熱軸部分底部相連接的圓柱形軸部分；用于石墨坩堝加熱的加熱裝置；以及用于石墨坩堝、加熱裝置和部分傳動軸的保護和與外界環境實現溫度隔離的絕熱墻。2.根據權利要求1述的裝置，其特征在于其絕熱軸采用非均質性絕熱材料制成。3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于其空心和圓柱形軸部分都采用基于石墨的材料制成，而且其空心的孔徑最小應為空心軸部分整個直徑的30％。4.根據權利要求第3所述的裝置，其特征在于其空心孔徑為整個直徑的50％-70％之間。5.根據權利要求第1所述的裝置，其特征在于其絕熱軸部分的安裝位置在傳動軸上下移動過程中與絕熱墻相對應。6.根據權利要本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硅錠塊生長裝置，其包含：石墨坩堝，其中裝有石英坩堝； 傳動軸，它與石墨坩堝的下部相連接，可使石墨坩堝實現旋轉和上下移動，并為石墨坩堝提供支承，該傳動軸包含內部中空的空心軸部分、與空心軸部分底部相連接的用于抑制熱傳遞的絕熱軸部分以及與絕熱軸部分底部相連接的圓柱形軸部分； 用于石墨坩堝加熱的加熱裝置；以及 用于石墨坩堝、加熱裝置和部分傳動軸的保護和與外界環境實現溫度隔離的絕熱墻。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李洪雨，崔埈榮，趙鉉鼎，
申請(專利權)人：希特隆股份有限公司，
類型：發明
國別省市：KR[韓國]