CN106637385A - 便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器及直拉单晶方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，加热器主体具有相对的第一端部和第二端部，沿第一端部向第二端部延伸设置第一狭槽以及沿第二端部向第一端部延伸设置第二狭槽，第一狭槽和第二狭槽交替设置，第二狭槽中部分或全部为调节发热分布的调节槽。本发明的直拉单晶方法，包括步骤：装料；利用前述加热器化料形成熔体；调节加热器的功率，控制熔体的纵向温度梯度，将籽晶插入熔体表面进行熔接，并依次进行引晶、放肩、转肩、等径生长以及收尾后即得单晶硅。本发明的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器及直拉单晶方法利用调节槽调节加热功率，可以获得不同的温度分布，能形成适应高拉速、低杂质含量、低缺陷等各种需求的、优化的温度梯度。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅制造技术领域，具体涉及一种便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，还涉及利用前述便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器的直拉单晶方法。
背景技术
直拉法又称为切克劳斯基法，简称CZ法。CZ法的特点是将装在坩埚中的多晶硅化料以形成熔体，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动并提升籽晶，依次经过引晶、放肩、转肩、等径生长及收尾过程，提拉生长硅单晶。随着光伏产业的发展，直拉单晶的生产成本及成品品质面临着更高的要求。热场与单晶提拉速度、杂质含量及缺陷分布等一系列参数息息相关，直接影响直拉单晶的成本与品质。现有的直拉单晶热场，通常采用对筒形石墨元件开槽加工而成的方波形加热器，其控制方式单一、加热功率相对固定，难以配合热场的其他部件、形成优化的温度分布，已逐渐跟不上产业发展的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，利用其可以方便地调节直拉单晶生长的温度参数。
本发明的目的还在于提供一种利用前述便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器的直拉单晶方法，其可以方便地调节单晶生长工艺，从而提高直拉单晶的品质。
本发明所采用的一种技术方案是：便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，包括加热器主体，加热器主体具有相对的第一端部和第二端部，沿第一端部向第二端部延伸设置有多个第一狭槽以及沿第二端部向第一端部延伸设置有多个第二狭槽，多个第一狭槽和第二狭槽交替设置，多个第二狭槽中，部分或全部为调节发热分布的调节槽。
本发明的特点还在于，
多个调节槽相对于加热器主体的中心轴线对称分布。
相邻两个第一狭槽之间形成一个发热单元，调节槽所处的发热单元沿加热器主体轴向的长度小于或等于加热器主体上第一端部与第二端部之间的距离。
多个第二狭槽中部分为调节发热分布的调节槽，调节槽的长度小于其余第二狭槽的长度。
自第二端部向第一端部方向，调节槽沿垂直于加热器主体中心线方向的截面积逐渐变小。
自第二端部向第一端部方向，调节槽沿垂直于加热器主体中心线方向的截面积逐渐变大。
本发明所采用的另一种技术方案是：直拉单晶方法，包括以下步骤：
装料；
利用前述的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器化料以形成熔体；
调节便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器的功率，控制熔体的纵向温度梯度，将籽晶插入熔体表面进行熔接，并依次进行引晶、放肩、转肩、等径生长以及收尾后即得单晶硅。
本发明的特点还在于，
等径生长过程中，保持晶转为8-14rpm、埚转为4-10rpm，氩气流量为50-90slpm，炉压为10-20Torr。
便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器包括加热器主体，加热器主体具有相对的第一端部和第二端部，沿第一端部向第二端部延伸设置有多个第一狭槽以及沿第二端部向第一端部延伸设置有多个第二狭槽，多个第一狭槽和第二狭槽交替设置，多个第二狭槽中，部分或全部为调节发热分布的调节槽。
相邻两个第一狭槽之间形成一个发热单元，调节槽所处的发热单元沿加热器主体轴向的长度小于或等于加热器主体上第一端部与第二端部之间的距离。
本发明的有益效果是：本发明的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器及直拉单晶方法利用调节槽来调节加热功率，可以获得不同的温度分布，能形成适应高拉速、低杂质含量、低缺陷等各种需求的、优化的温度梯度。
附图说明
图1是本发明的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器的一种结构示意图；
图2是本发明的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器的另一种结构示意图。
图中，10.第一端部，20.第二端部，1.第一狭槽，2.第二狭槽，3.发热单元，21.调节槽。
具体实施方式
本发明提供的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器包括加热器主体，其上具有相对的第一端部10和第二端部20，加热器主体具有多个自第一端部10向第二端部20延伸的第一狭槽1以及多个自第二端部20向第一端部10延伸的第二狭槽2，多个第一狭槽1与多个第二狭槽2交替设置。多个第二狭槽2中，部分或全部为调节发热分布的调节槽21。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器的结构如图1所示，加热器主体上具有相对的第一端部10及第二端部20。加热器主体具有多个自第一端部10向第二端部20延伸的第一狭槽1以及多个自第二端部20向第一端部10延伸的第二狭槽2，多个第一狭槽1与多个第二狭槽2交替设置。多个第二狭槽2中，部分或全部为调节发热分布的调节槽21，多个调节槽21相对于直拉单晶用加热器的中心轴线对称分布。本实施例中，多个第二狭槽2的一部分为调节发热分布的调节槽21，所有的第二狭槽2中，调节槽21在多个第二狭槽2中间隔设置，也即，相邻的两个调节槽21之间有一个第二狭槽2。调节槽21的长度小于其余的第二狭槽2的长度。当然，根据需要，相邻的两个调节槽21之间还可以具有零个、两个、三个或更多个其他第二狭槽2，并可根据温度调节的需要进行变化配置。
相邻的两个第一狭槽1之间形成一个发热单元3，调节槽21所处的发热单元3沿该加热器主体轴向的长度小于或等于该加热器主体的第一端部10与第二端部20之间的距离。本实施例中，调节槽21所处的发热单元3沿该加热器主体轴向的长度等于该加热器主体的第一端部10与第二端部20的距离。其余的不含调节槽21的发热单元3沿该加热器主体轴向的长度等于该加热器主体的第一端部10与第二端部20的距离。本实施例的第一端部10与第二端部20分别位于图中的上端及下端，但并不限于仅有该方式。
当然，还可以改变调节槽21的形状，使得自第二端部20向发热单元3内部，调节槽21垂直于该加热器主体的中心线方向的截面积根据发热调节需要，逐渐变小或变大。
本实施例的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，调节槽21所在的加热单元与其它加热单元存在温度差，从而在该直拉单晶用加热器中形成发热分布可调节的热场。
实施例2
本实施例的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器的结构如图2所示，其与实施例1的技术方案大致相同，其区别在于，本实施例的调节槽21所在的发热单元3的长度小于该加热器主体的第一端部10与第二端部20的距离，调节槽21的长度小于该加热器主体的第一端部10与第二端部20的距离。当然，还可以改变调节槽21的形状，使得自第二端部20向发热单元3内部，调节槽21垂直于该加热器主体的中心线方向的截面积根据发热调节需要，逐渐变小或变大。
本实施例的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，调节槽21所在的加热单元3长度小于该加热器主体的第一端部10与第二端部20的距离，可以提供更大的温度差。
本发明还提供一种使用如上所述的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器的直拉单晶方法，该方法可用于制造各种尺寸的直拉单晶，本处以8吋为例，说明该直拉单晶方法。具体地，该方法包括以下步骤：
第一步，装料，按常规方法将单晶炉清炉处理，安装热场，确认无故障后，开始加入多晶硅，投料量200kg，合炉后进行抽真空、检漏、压力化；
第二步，化料以形成熔体，提升如上所述的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器的功率至85kw左右，保持氩气流量为50-90slpm，炉压为10-20Torr，埚转4-9转/分钟，多晶硅熔融后形成熔体；
第三步，使用常规工艺，依次进行引晶、放肩、转肩与等径生长，最后进行收尾及冷却。引晶长度达到150mm后，进行放肩与转肩；等径时，保持晶转8-14rpm、埚转4-10rpm，氩气流量为50-90slpm，炉压为10-20Torr，可实现晶体生长平均拉速为1.2mm/min；收尾后，冷却完成即可拆炉。
本实施例的直拉单晶方法，借助该便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器形成适应高拉速、低杂质含量、低缺陷等各种需求、优化的温度梯度。
Claims (10)
1.便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，其特征在于，包括加热器主体，所述加热器主体具有相对的第一端部(10)和第二端部(20)，沿第一端部(10)向第二端部(20)延伸设置有多个第一狭槽(1)以及沿第二端部(20)向第一端部(10)延伸设置有多个第二狭槽(2)，所述多个第一狭槽(1)和第二狭槽(2)交替设置，所述多个第二狭槽(2)中，部分或全部为调节发热分布的调节槽(21)。
2.如权利要求1所述的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，其特征在于，所述多个调节槽(21)相对于所述加热器主体的中心轴线对称分布。
3.如权利要求1所述的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，其特征在于，相邻两个所述第一狭槽(1)之间形成一个发热单元(3)，所述调节槽(21)所处的发热单元(3)沿所述加热器主体轴向的长度小于或等于所述加热器主体上第一端部(10)与第二端部(20)之间的距离。
4.如权利要求1-3任一项所述的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，其特征在于，所述多个第二狭槽(2)中部分为调节发热分布的调节槽(21)，所述调节槽(21)的长度小于其余第二狭槽(2)的长度。
5.如权利要求4所述的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，其特征在于，自所述第二端部(20)向第一端部(10)方向，所述调节槽(21)沿垂直于所述加热器主体中心线方向的截面积逐渐变小。
6.如权利要求4所述的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器，其特征在于，自所述第二端部(20)向第一端部(10)方向，所述调节槽(21)沿垂直于所述加热器主体中心线方向的截面积逐渐变大。
7.直拉单晶方法，其特征在于，包括以下步骤：
装料；
利用如权利要求1-6任一项所述的便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器化料以形成熔体；
调节所述便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器的功率，控制所述熔体的纵向温度梯度，将籽晶插入熔体表面进行熔接，并依次进行引晶、放肩、转肩、等径生长以及收尾后即得单晶硅。
8.如权利要求7所述的直拉单晶方法，其特征在于，所述等径生长过程中，保持晶转为8-14rpm、埚转为4-10rpm，氩气流量为50-90slpm，炉压为10-20Torr。
9.如权利要求7所述的直拉单晶方法，其特征在于，所述便于调节温度梯度的直拉单晶用加热器包括加热器主体，所述加热器主体具有相对的第一端部(10)和第二端部(20)，沿第一端部(10)向第二端部(20)延伸设置有多个第一狭槽(1)以及沿第二端部(20)向第一端部(10)延伸设置有多个第二狭槽(2)，所述多个第一狭槽(1)和第二狭槽(2)交替设置，所述多个第二狭槽(2)中，部分或全部为调节发热分布的调节槽(21)。
10.如权利要求9所述的直拉单晶方法，其特征在于，相邻两个所述第一狭槽(1)之间形成一个发热单元(3)，所述调节槽(21)所处的发热单元(3)沿所述加热器主体轴向的长度小于或等于所述加热器主体上第一端部(10)与第二端部(20)之间的距离。
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