專利名稱:用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種直拉硅單晶爐的配套裝置,特別涉及一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置。
背景技術(shù):
目前,采用直拉法每生產(chǎn)一顆長度2米左右的8寸硅單晶等徑用時35_40h,開爐時間長、功耗高,生產(chǎn)效率低。因此,要解決上述問題,主要是提高晶體生長速度,縮短拉晶時間;從根本上講,就是要加大晶體與熔硅之間固液界面的溫度梯度,加快結(jié)晶潛熱的釋放, 即提高晶體的冷卻速率。高溫爐體以及熔硅的熱輻射是阻礙晶體有效、快速冷卻的主要原因。通常情況下,直拉硅單晶爐配有等靜壓高純石墨制的熱屏,其具有上下貫通的筒形結(jié)構(gòu),并且上口大于下口,下口略大于晶棒直徑。拉晶過程中,熱屏沿與坩堝同一軸線安置于坩堝上方,其下沿與熔硅液面保持一定距離,包圍晶體靠近固液界面的一段。熱屏的主要作用為1.阻隔高溫爐體以及熔硅對晶體的熱輻射,起熱屏蔽作用,利于晶體散熱,形成晶體生長所需的溫度梯度,以提高晶體生長速度;2.起導(dǎo)流作用,引導(dǎo)由單晶爐副室下吹的氬氣較為集中地直接噴吹到固液界面附近,更加有利于晶體散熱,加大晶體生長所需的溫度梯度,提高晶體生長速度;3.對高溫硅熔體起保溫作用,節(jié)約開爐能耗。進一步提高晶體生長速度,要求晶體更加有效、快速地散熱。更重要的是,隨著硅單晶及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的日益發(fā)展,直拉硅單晶的直徑要求不斷增大。晶體直徑越大,晶體生長時所需釋放的結(jié)晶潛熱越多;晶體散熱越困難,越難提高晶體生長速度。傳統(tǒng)的熱屏裝置已不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)要求。 研制開發(fā)結(jié)構(gòu)更加科學(xué)、合理,原理更加先進,更合適于大直徑直拉硅單晶生長的熱屏裝置成為亟待解決的問題。上海漢虹精密機械有限公司的名稱為“單晶爐裝置”的專利(專利號 201010112330. 1,2010年9月22日公開)中,公開了一種用于直拉硅單晶的單晶爐裝置,其包括了一種熱屏裝置。該熱屏裝置由斷熱材、熱屏罩、反射板組成。斷熱材下部直徑小于上部直徑,其內(nèi)側(cè)和外側(cè)分別被內(nèi)熱屏罩和外熱屏罩覆蓋;內(nèi)熱屏罩內(nèi)側(cè)放置有反射板。拉晶時,熱屏置于石英坩堝上方,其下底邊與熔硅保持一定距離;反射板環(huán)繞晶體。斷熱材對熔硅起保溫作用,降低了電力消耗;反射板將晶體表面的熱輻射向上反射,達(dá)到提高晶體冷卻的效果,提高了晶體生長速度。這種熱屏裝置雖然能夠在一定程度上提高晶體生長速度、 降低能耗,但是仍存在以下不足
首先,由反射板向上反射的熱輻射仍有較大部分被晶體吸收,不能最大程度加大晶體散熱。其次,外熱屏罩和內(nèi)熱屏罩是一體連接的熱屏罩,外熱屏罩與內(nèi)熱屏罩之間存在直接熱傳遞,不利于內(nèi)熱屏罩溫度的降低,而內(nèi)熱屏罩溫度降低有利于與高溫晶體形成大的溫度梯度,加大晶體的散熱
發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀,本發(fā)明提供一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置,以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的,所采取的技術(shù)方案是一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置,包括外筒、隔熱層和內(nèi)筒,其特征在于還包括熱反射層、隔熱墊I、隔熱墊II,所述熱反射層置于外筒與隔熱層之間;所述隔熱層置于熱反射層與內(nèi)筒之間;所述隔熱墊I設(shè)置在熱屏裝置上端的外筒和內(nèi)筒之間,隔熱墊I的一端與隔熱層相接緊配合,所述隔熱墊II設(shè)置在熱屏裝置底端的外筒和內(nèi)筒之間,隔熱墊II的一端與隔熱層相接緊配合。本發(fā)明的特點是首先,鉬片熱反射層與碳?xì)指魺釋有纬傻碾p層結(jié)構(gòu)可更徹底地隔斷高溫爐體及熔硅對晶體的熱輻射,同時有效防止鉬片熱反射層反射的熱輻射對晶體的作用,更大程度加大了晶體的散熱,提高了晶體生長速度。其次,石墨外筒與內(nèi)筒之間無直接接觸,由隔熱碳?xì)帧⑻細(xì)指魺釅|隔斷,實現(xiàn)了對熔硅更強的保溫,進一步降低了開爐功耗,節(jié)省了生產(chǎn)成本。再次,本發(fā)明熱屏裝置的石墨外筒、內(nèi)筒由傳統(tǒng)方法制造,其他部分無特殊加工要求,成本低廉、容易實現(xiàn)。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、外筒,2、熱反射層,3、隔熱層,4、隔熱墊1,5、隔熱墊11,6、內(nèi)筒。
具體實施例方式如圖1所示,一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置,包括外筒1、隔熱層3和內(nèi)筒6, 還包括熱反射層2、隔熱墊14、隔熱墊115,熱反射層2置于外筒1與隔熱層3之間;隔熱層 3置于熱反射層2與內(nèi)筒6之間;隔熱墊14設(shè)置在熱屏裝置上端的外筒1和內(nèi)筒6之間, 隔熱墊14的一端與隔熱層3相接緊配合,隔熱墊115設(shè)置在熱屏裝置低端的外筒1和內(nèi)筒 6之間,隔熱墊115的一端與隔熱層3相接緊配合。隔熱墊14、隔熱墊115形狀相同,為中空的環(huán)狀體。由等靜壓高純石墨制成外筒,其上部約四分之一高度略呈錐型敞口,其余下部為空心圓柱外形,頂端有向外水平延伸的邊沿,底端有向內(nèi)水平延伸的邊沿。將0. 5mm厚冷軋鉬片剪裁成矩形,其長等于外筒內(nèi)壁周長,寬略小于外筒高;上部約四分之一高度按外筒錐型敞口煨彎;將此矩形鉬片緊貼外筒內(nèi)壁彎曲鋪設(shè),形成熱反射層。該鉬片熱反射層可以反射高溫爐體以及熔硅對晶體的大部分熱輻射,進一步加大晶體與熔硅之間固液界面的溫度梯度,加快結(jié)晶潛熱的釋放,提高晶體的冷卻速率,加快晶體生長速度。將碳?xì)盅劂f片熱反射層內(nèi)表面(與鉬片和外筒接觸面相對的面)鋪設(shè),厚度一定, 形成隔熱層。該碳?xì)指魺釋拥淖饔脼楦魯嚆f片熱反射層與內(nèi)筒之間的熱傳導(dǎo),利于晶體散熱。有利于形成適于晶體生長的溫度梯度。將碳?xì)旨舨贸上鄳?yīng)圓環(huán)形即隔熱墊I、隔熱墊II,分別放置于外筒頂端、底端邊沿,作為隔熱墊。由等靜壓高純石墨制成內(nèi)筒,其呈倒置空心錐臺,錐角;大端有向外水平延伸的邊沿;小端有“"1 ”形邊沿;整體壁厚均勻;此內(nèi)筒沿與外筒同一軸線放入順序鋪設(shè)了鉬片熱反射層、碳?xì)指魺釋拥耐馔?,形成完整的熱屏裝置。拉晶操作中,熱屏裝置沿與坩堝相同軸線安置于坩堝上方,其下底面與熔硅保持一定距離。外筒頂端邊沿外徑等于內(nèi)筒大端邊沿外徑;外筒底端邊沿內(nèi)徑等于內(nèi)筒小端外徑。外筒頂端邊沿與內(nèi)筒大端邊沿之間,外筒底端邊沿與內(nèi)筒小端底邊之間均由碳?xì)指魺釅|隔開。該隔熱墊隔斷外筒與內(nèi)筒之間的熱交換,利于晶體散熱,進一步加快晶體生長速度。上述熱屏裝置各組成部分之間不設(shè)緊固、連接部,以便于安裝、拆卸、清理及部件更換。上述熱屏裝置的外形尺寸根據(jù)具體爐臺及熱場確定。另外,為更便于鉬片熱反射層制造,也可將0. 5mm厚冷軋鉬片剪裁成若干寬度相等小矩形,其長略小于外筒高,此小矩形鉬片緊貼外筒內(nèi)壁、長邊相鄰、相鄰鉬片之間無間隔均勻放置,同樣可達(dá)到本發(fā)明目的。實施例1
采用22寸熱場,135kg投料量,拉制8寸太陽能級硅單晶。上述熱屏裝置沿與坩堝相同軸線安置于坩堝上方??刂茪鍤饬髁繛?0-80slm,爐內(nèi)壓力維持在15-20 T。坩堝轉(zhuǎn)速為 6-10轉(zhuǎn)/分,晶轉(zhuǎn)速度為8-12轉(zhuǎn)/分。按照常規(guī)直拉法工藝進行引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾。其中,引晶堝位控制導(dǎo)流筒距離熔硅液面15-35mm,頭部拉速設(shè)定為75_80mm/h ;隨著晶體長度增加,拉速逐漸減小,中部生長速度控制在65-70mm/h。使用本方法可將現(xiàn)有22寸熱場硅單晶生長的平均速度從0. 9mm/h提高到1. 23mm/h,提高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本。 說明本發(fā)明直拉硅單晶爐熱屏裝置適于大直徑直拉硅單晶的生產(chǎn)。實施例2
由等靜壓高純石墨制成外筒,其上部約四分之一高度略呈錐型敞口,其余下部為空心圓柱外形,頂端有向外水平延伸的邊沿,底端有向內(nèi)水平延伸的邊沿。將0. 5mm厚冷軋鉬片剪裁成若干寬度相等小矩形,其長略小于外筒高,此小矩形鉬片緊貼外筒內(nèi)壁、長邊相鄰、相鄰鉬片之間無間隔均勻放置,形成熱反射層。將碳?xì)盅劂f片熱反射層內(nèi)表面(與鉬片和外筒接觸面相對的面)鋪設(shè),厚度一定, 形成隔熱層。將碳?xì)旨舨贸上鄳?yīng)圓環(huán)形,放置于外筒頂端、底端邊沿,作為隔熱墊。由等靜壓高純石墨制成內(nèi)筒,其呈倒置空心錐臺,錐角;大端有向外水平延伸的邊沿;小端有“"1 ”形邊沿;整體壁厚均勻;此內(nèi)筒沿與外筒同一軸線放入順序鋪設(shè)了鉬片熱反射層、碳?xì)指魺釋拥耐馔?,形成完整的熱屏裝置。外筒頂端邊沿外徑等于內(nèi)筒大端邊沿外徑;外筒底端邊沿內(nèi)徑等于內(nèi)筒小端內(nèi)徑。外筒頂端邊沿與內(nèi)筒大端邊沿之間,外筒底端邊沿與內(nèi)筒小端底邊之間均由碳?xì)指魺釅|隔開。采用20寸熱場,95-100kg投料量,拉制6. 5太陽能級硅單晶。上述熱屏裝置沿與坩堝相同軸線安置于坩堝上方。按照常規(guī)直拉法工藝進行引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾。其中,引晶堝位控制導(dǎo)流筒距離熔硅液面30-35mm,使用本方法可將現(xiàn)有20寸熱場硅單晶生長的平均速度從1. 22mm/h提高到1. 35mm/h,提高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置,包括外筒(1)、隔熱層(3)和內(nèi)筒(6),其特征在于還包括熱反射層(2)、隔熱墊I (4)、隔熱墊II (5),所述熱反射層(2)置于外筒(1)與隔熱層(3)之間;所述隔熱層(3)置于熱反射層(2)與內(nèi)筒(6)之間;所述隔熱墊I (4)設(shè)置在熱屏裝置上端的外筒(1)和內(nèi)筒(6)之間,隔熱墊I (4)的一端與隔熱層(3)相接緊配合,所述隔熱墊II (5)設(shè)置在熱屏裝置底端的外筒(1)和內(nèi)筒(6)之間,隔熱墊II (5)的一端與隔熱層(3)相接緊配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置,其特征在于所述隔熱墊I (4)、隔熱墊II (5)形狀相同,為中空的環(huán)狀體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于直拉硅單晶爐的熱屏裝置,包括外筒、隔熱層和內(nèi)筒,還包括熱反射層、隔熱墊I、隔熱墊II,熱反射層置于外筒與隔熱層之間;隔熱層置于熱反射層與內(nèi)筒之間;隔熱墊I設(shè)置在熱屏裝置上端的外筒和內(nèi)筒之間,隔熱墊I的一端與隔熱層相接緊配合,隔熱墊II設(shè)置在熱屏裝置底端的外筒和內(nèi)筒之間,隔熱墊II的一端與隔熱層相接緊配合。本發(fā)明的特點是有效防止鉬片熱反射層反射的熱輻射對晶體的作用,更大程度加大了晶體的散熱,提高了晶體生長速度。實現(xiàn)了對熔硅更強的保溫,進一步降低了開爐功耗,節(jié)省了生產(chǎn)成本。成本低廉、容易實現(xiàn)。
文檔編號C30B15/00GK102352530SQ201110351048
公開日2012年2月15日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者尚偉澤, 梁山, 沈浩平, 王軍磊, 谷守偉, 高樹良, 高潤飛 申請人:內(nèi)蒙古中環(huán)光伏材料有限公司