專利名稱：金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涉及晶體生長，特別是一種全新的金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著光通訊、激光工業(yè)、太陽能和LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要各種功能晶體材料以及硅單多晶材料，且材料的質(zhì)量和尺寸要求也越來越高。傳統(tǒng)的溫度梯度法(TGT)、熱交換法 (HEM)和硅多晶定向凝固系統(tǒng)發(fā)熱體采用的都是高純石墨材料，電加熱高純石墨材料只能采用國外進口材料，同時在生長高溫晶體材料的時候壽命不長，同時引入碳污染，影響材料的性能和質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種全新的發(fā)熱體結(jié)構(gòu)，利用我國豐富的高溫金屬資源，以及金屬的易加工性和延展性，設(shè)計出溫度梯度更為合理的發(fā)熱體，配合設(shè)計合理的保溫系統(tǒng)，以及配套生長設(shè)備，從而提高了研發(fā)和生產(chǎn)的效率，使晶體材料尺寸和質(zhì)量得到提高，提高設(shè)備利用率的一種全新的金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)，涉及晶體生長，其特征在于包括模塊化設(shè)計組合式水冷爐壁、水冷爐底、水冷發(fā)熱體法蘭座、水冷托桿下拉旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和真空裝置，坩堝通過坩堝托座安裝在水冷的上端底端通過下水冷桿和下拉機構(gòu)相連，純金屬發(fā)熱體安裝在水冷發(fā)熱體法蘭座上，另有上下保溫層、絕緣保溫層、保溫筒來實現(xiàn)溫場。在生長過程中通過頂部帶四周發(fā)熱體和水冷托桿的組合來實現(xiàn)溫度梯度法(TGT)、熱交換法 (HEM)和坩堝下降法生產(chǎn)晶體。有益效果是通過調(diào)節(jié)梯度來調(diào)節(jié)溫場，可以方便的得到不同晶體生長所需要的高溫和溫度分布，從而提高了研發(fā)和生產(chǎn)的效率，使晶體尺寸和質(zhì)量得到提高，提高設(shè)備的利用率；由于不使用石墨類發(fā)熱體，有效的避免了碳污染。金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)，其特征在于所述的生長機構(gòu)由上保溫罩、 坩堝、坩堝托、法蘭座以及外部的爐膛和爐蓋構(gòu)成，法蘭座設(shè)置在底部水冷托桿的兩側(cè)，在法蘭座上安裝金屬發(fā)熱體，下部安裝環(huán)狀保溫層，在保溫筒底部有陶瓷絕緣體保溫層。金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)，其特征在于所述坩堝托的底端設(shè)置坩堝托桿用于支撐坩堝，坩堝托桿伸入在下保溫層內(nèi)，在所述坩堝的上端開口處放置坩堝蓋，所述坩堝蓋的內(nèi)表面制有不同臺階面，具有 可調(diào)梯度。金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)，其特征在于所述全金屬發(fā)熱體采用了六面加熱技術(shù)或頂部帶四周加熱或四周加熱技術(shù)，發(fā)熱體不帶任何石墨或碳成分。在本發(fā)明中下拉機構(gòu)用于調(diào)節(jié)坩堝位置和熱交換同時用于坩堝旋轉(zhuǎn)和籽晶位置調(diào)節(jié)；爐膛和爐蓋用于實現(xiàn)爐膛冷卻和調(diào)節(jié)梯度；法蘭座和金屬發(fā)熱體用于加熱和調(diào)節(jié)梯度；環(huán)狀保溫層和保溫罩為帶孔的多層片狀或筒狀保溫材料，實現(xiàn)的是保溫和調(diào)節(jié)梯度；坩堝和坩堝蓋用于原料放置和調(diào)節(jié)梯度；坩堝托和坩堝托桿用于實現(xiàn)的是支撐坩堝和熱交換。通過 使用頂部加四周發(fā)熱體和調(diào)整水冷下托桿，可以模擬出坩堝下降、TGT和 HEM0本發(fā)明的另一種方案是通過改變坩堝和熱交換機構(gòu)，可以模擬實現(xiàn)硅的多晶定向凝固生長。本發(fā)明的有益效果是通過更換發(fā)熱體和坩堝托座調(diào)節(jié)溫場，可以方便的得到不同晶體生長所需要的高溫和溫度分布，從而提高了研發(fā)和生產(chǎn)的效率，使晶體尺寸和質(zhì)量得到提高，提高設(shè)備的利用率。


圖1為本發(fā)明的金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明用于定向凝固多晶的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。如圖1所示，水冷爐壁1和水冷爐底3組成了晶體生長用所需的爐腔，可以使用真空環(huán)境或保護氣氛環(huán)境。下拉機構(gòu)5帶有水冷托桿4，進入爐體；坩堝托座10在水冷托桿的頂部，坩堝9放置在坩堝托座10上；下拉機構(gòu)5、水冷托桿4和坩堝托座10不僅僅是起到支撐作用，同時又熱交換的功能，同時能調(diào)節(jié)坩堝9位置和選裝的作用。金屬發(fā)熱體8放置在水冷發(fā)熱體法蘭座2上，水冷發(fā)熱體法蘭座2也起到調(diào)節(jié)梯度和熱交換的作用，坩堝9 放置在金屬發(fā)熱體8的正中央內(nèi)部；發(fā)熱體外部四周是保溫筒7，頂部是上保溫層6，下部是下保溫層12 ；在保溫筒7和水冷法蘭座2之間有絕緣保溫層11。金屬發(fā)熱體8使用的是頂部帶四周加熱的結(jié)構(gòu)，很好的實現(xiàn)的在垂直方向上的梯度分布，通過調(diào)節(jié)加熱體8的功率以及水冷坩堝托桿4和水冷發(fā)熱體法蘭座2的水流量，就可以進行TGT法或HEM法晶體生長；如果在利用下拉機構(gòu)5的下拉功能，就可以實現(xiàn)坩堝下降法晶體生長。如圖2所示，與圖1相比僅僅改變了坩堝8的結(jié)構(gòu)，就可以用于硅的多晶定向凝固生長。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)，涉及晶體生長，其特征在于包括模塊化設(shè)計組合式水冷爐壁、水冷爐底、水冷發(fā)熱體法蘭座、水冷托桿下拉旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和真空裝置，坩堝通過坩堝托座安裝在水冷的上端，底端通過下水冷桿和下拉機構(gòu)相連，純金屬發(fā)熱體安裝在水冷發(fā)熱體法蘭座上，另有上下保溫層、絕緣保溫層、保溫筒來實現(xiàn)溫場。在生長過程中通過頂部帶四周發(fā)熱體和水冷托桿的組合來實現(xiàn)溫度梯度法(TGT)、熱交換法 (HEM)和坩堝下降法生產(chǎn)晶體。有益效果是通過調(diào)節(jié)梯度來調(diào)節(jié)溫場，可以方便的得到不同晶體生長所需要的高溫和溫度分布，從而提高了研發(fā)和生產(chǎn)的效率，使晶體尺寸和質(zhì)量得到提高，提高設(shè)備的利用率；由于不使用石墨類發(fā)熱體，有效的避免了碳污染。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)，其特征在于所述的生長機構(gòu)由上保溫罩、坩堝、坩堝托、法蘭座以及外部的爐膛和爐蓋構(gòu)成，法蘭座設(shè)置在底部水冷托桿的兩側(cè)，在法蘭座上安裝金屬發(fā)熱體，下部安裝環(huán)狀保溫層，在保溫筒底部有陶瓷絕緣體保溫層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)，其特征在于所述坩堝托的底端設(shè)置坩堝托桿用于支撐坩堝，坩堝托桿伸入下保溫層內(nèi)，在所述坩堝的上端開口處放置坩堝蓋，所述坩堝蓋的內(nèi)表面制有不同臺階面，具有可調(diào)梯度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)，其特征在于所述全金屬發(fā)熱體采用了六面加熱技術(shù)或頂部帶四周加熱或四周加熱技術(shù)，發(fā)熱體不含任何石墨或碳成分。
全文摘要
一種金屬發(fā)熱體結(jié)構(gòu)單多晶定向凝固系統(tǒng)，涉及晶體生長，其特征在于包括模塊化設(shè)計組合式水冷爐壁、水冷爐底、水冷發(fā)熱體法蘭座、水冷托桿下拉旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和真空裝置，坩堝通過坩堝托座安裝在水冷的上端，底端通過下水冷桿和下拉機構(gòu)相連，純金屬發(fā)熱體安裝在水冷發(fā)熱體法蘭座上，另有上下保溫層、絕緣保溫層、保溫筒來實現(xiàn)溫場。在生長過程中通過頂部帶四周發(fā)熱體和水冷托桿的組合來實現(xiàn)溫度梯度法(TGT)、熱交換法(HEM)和坩堝下降法生產(chǎn)晶體。有益效果是通過調(diào)節(jié)梯度來調(diào)節(jié)溫場，可以方便的得到不同晶體生長所需要的高溫和溫度分布，從而提高了研發(fā)和生產(chǎn)的效率，使晶體尺寸和質(zhì)量得到提高，提高設(shè)備的利用率；由于不使用石墨類發(fā)熱體，有效的避免了碳污染。
文檔編號C30B28/06GK102154683SQ201110055738
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者柳祝平, 黃小衛(wèi) 申請人:元亮科技有限公司