專利名稱：能夠測(cè)量熔硅液面與導(dǎo)流筒之間距離的單晶爐熱場(chǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直拉式硅單晶爐中的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)，特別是一種能夠測(cè)量熔硅液面與導(dǎo)流筒之間距離的單晶爐熱場(chǎng)裝置。
背景技術(shù)：
在直拉式單晶硅生產(chǎn)過程中，整個(gè)生長(zhǎng)流程都在單晶爐熱場(chǎng)內(nèi)完成。要求熱場(chǎng)保持一個(gè)穩(wěn)定可控的熱交換環(huán)境，用以平衡硅單晶生長(zhǎng)過程中放出的結(jié)晶熱以及向系統(tǒng)以外的熱量散失，并且提供符合硅單晶生長(zhǎng)所需的溫度梯度，以保證硅原子不斷的在單晶生長(zhǎng)的固液界面上規(guī)則排列，而不產(chǎn)生新的晶核。熱場(chǎng)中各個(gè)點(diǎn)的溫度梯度都不相同，只有硅熔液與單晶生長(zhǎng)界面處于熱場(chǎng)內(nèi)具有滿足硅單晶生長(zhǎng)的溫度梯度的區(qū)域內(nèi)時(shí)，單晶硅才能正常生長(zhǎng)。此外，硅單晶生長(zhǎng)過程中由于熔硅與石英坩堝、熔硅與爐內(nèi)少量氧氣等氣體的化學(xué)反應(yīng)將不斷產(chǎn)生主要為一氧化硅的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)如果進(jìn)入單晶生長(zhǎng)界面會(huì)破壞硅原子的規(guī)則排列過程，中斷單晶體的生長(zhǎng)。因此，雜質(zhì)必須迅速的從熔硅液面蒸發(fā)并排出熱場(chǎng)之外。在直拉式硅單晶的生長(zhǎng)工藝中，通常不斷從熱場(chǎng)的導(dǎo)流筒處充入氬氣，并讓氬氣流過熔硅液面與導(dǎo)流筒之間的間隙，最后在真空泵的作用下從熱場(chǎng)的排氣口排出。因此熔硅液面與導(dǎo)流筒之間的間距大小對(duì)于氬氣的流動(dòng)、雜質(zhì)的蒸發(fā)、硅棒旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和硅棒氧含量等關(guān)系到單晶生長(zhǎng)和品質(zhì)的因素都有很大的影響。并且由于導(dǎo)流筒位置在熱場(chǎng)內(nèi)是固定的， 如果確定了熔硅液面與導(dǎo)流筒的間距，就確定了硅熔液和生長(zhǎng)界面在熱場(chǎng)內(nèi)的位置，也即確定了硅熔液和生長(zhǎng)界面所處位置的溫度梯度。傳統(tǒng)的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)無法直接判斷熔硅液面與導(dǎo)流筒的間距，只能通過目測(cè)的方式， 其誤差大，重復(fù)性差，人為因素占主導(dǎo)。對(duì)于現(xiàn)代化的大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)，采用傳統(tǒng)的目測(cè)方式，限制了硅單晶生長(zhǎng)的工藝一致性和生產(chǎn)效率。綜上所述，發(fā)明一種可方便的測(cè)量熔硅液面與導(dǎo)流筒的間距的熱場(chǎng)裝置對(duì)于穩(wěn)定硅單晶生長(zhǎng)環(huán)境，提高直拉式硅單晶生長(zhǎng)的成晶率，提高規(guī)?；鑶尉a(chǎn)的效率具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種可方便的測(cè)量熔硅液面與導(dǎo)流筒的間距的熱場(chǎng)裝置。通過該發(fā)明所指的熱場(chǎng)裝置對(duì)于熔硅液面與導(dǎo)流筒的間距的測(cè)量，有助于在硅單晶生長(zhǎng)過程中實(shí)時(shí)控制該間距?？杀ＷC通暢的氣流，穩(wěn)定的溫度梯度，提高硅單晶生長(zhǎng)的成晶率和生產(chǎn)效率。為解決技術(shù)問題，本發(fā)明提供的解決方案是提供一種能夠測(cè)量熔硅液面與導(dǎo)流筒間距的單晶爐熱場(chǎng)裝置，在硅單晶爐熱場(chǎng)的下保溫蓋中間的孔內(nèi)設(shè)置用于引導(dǎo)保護(hù)氣體的內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒，內(nèi)導(dǎo)流筒與外導(dǎo)流筒的上沿、內(nèi)導(dǎo)流筒與外導(dǎo)流筒的下沿分別相接形成閉合的接觸緣；在內(nèi)導(dǎo)流筒或外導(dǎo)流筒的下沿處設(shè)置通孔，通孔中活動(dòng)安裝一根石英棒，該石英棒相對(duì)于通孔的位置變化使其能具備下述兩種狀態(tài)(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出內(nèi)導(dǎo)流筒或外導(dǎo)流筒的下沿以作為測(cè)量距離的標(biāo)尺；或，( 石英棒的下部末端收回至內(nèi)導(dǎo)流筒或外導(dǎo)流筒的最下緣之上以便于單晶爐熱場(chǎng)裝置的移動(dòng)。作為一種改進(jìn)，所述石英棒為直線型，其上部端頭呈T形；所述通孔開設(shè)于外導(dǎo)流筒下沿的下表面，石英棒以T形端頭作為向下移動(dòng)的限位器；內(nèi)導(dǎo)流筒與外導(dǎo)流筒之間具有足夠距離以使石英棒能夠向上位移進(jìn)入兩者之間的空腔。作為一種改進(jìn)，所述石英棒呈L形，組成L形的一段為固定段，另一段為測(cè)量段；所述通孔開設(shè)于內(nèi)導(dǎo)流筒下沿的側(cè)壁上；石英棒的固定段活動(dòng)安裝于該通孔中，而測(cè)量段能夠以該固定段為水平回轉(zhuǎn)軸在豎直平面上旋轉(zhuǎn)。作為一種改進(jìn)，所述通孔為“一”字形長(zhǎng)通孔，活動(dòng)安裝于通孔中的石英棒固定段的端頭具有上下相對(duì)設(shè)置的凸出部；該凸出部的存在，使得固定段的端頭在測(cè)量段呈豎直狀態(tài)時(shí)不能滑出通孔，而只能在測(cè)量段呈水平狀態(tài)時(shí)才能從通孔中進(jìn)出。作為一種改進(jìn)，所述石英棒的測(cè)量段能夠以固定段為水平回轉(zhuǎn)軸在豎直平面上作 360°旋轉(zhuǎn)。作為一種改進(jìn)，所述下保溫蓋中間的孔是圓孔，所述內(nèi)導(dǎo)流筒與外導(dǎo)流筒的上沿、 內(nèi)導(dǎo)流筒與外導(dǎo)流筒的下沿分別相接所形成閉合的接觸緣是環(huán)形的。作為一種改進(jìn)，所述外導(dǎo)流筒與下保溫蓋之間呈環(huán)形緊密連接。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是(1)可以直觀的測(cè)量硅熔液面與導(dǎo)流筒的間距，不需要操作者憑經(jīng)驗(yàn)判斷；(2)通過透明石英棒，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熔液面位置，為操作者提供控制液面位置依據(jù)；(3)可伸縮或旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)使石英棒在操作過程中不易損壞。


圖1為L(zhǎng)形石英棒的裝配示意圖；圖2為圖1中通孔結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為L(zhǎng)形石英棒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為L(zhǎng)形石英棒的安裝狀態(tài)、使用狀態(tài)和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)示意圖；圖5為T形石英棒的裝配示意圖；圖6為T形石英棒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為T形石英棒的使用狀態(tài)和收回狀態(tài)示意圖。附圖標(biāo)記外導(dǎo)流筒1、內(nèi)導(dǎo)流筒2、石英棒3。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明本發(fā)明是在內(nèi)導(dǎo)流筒或外導(dǎo)流筒的下沿處設(shè)置通孔，通孔中活動(dòng)安裝一根石英棒 3，該石英棒3相對(duì)于通孔的位置變化使其能具備下述兩種狀態(tài)(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出內(nèi)導(dǎo)流筒2或外導(dǎo)流筒1的下沿以作為測(cè)量距離的標(biāo)尺；或，(2)石英棒3的下部末端收回至內(nèi)導(dǎo)流筒2或外導(dǎo)流筒1的最下緣之上以便于單晶爐熱場(chǎng)裝置的移動(dòng)。作為具體實(shí)施例，本發(fā)明提供了兩種實(shí)例結(jié)構(gòu)。
第一種結(jié)構(gòu)的裝配圖如圖1所示圖1所示該結(jié)構(gòu)包括外導(dǎo)流筒1，內(nèi)導(dǎo)流筒2和石英棒3 ；1)在內(nèi)導(dǎo)流筒2下沿的側(cè)壁上開一個(gè)“一”字形長(zhǎng)通孔，如圖2所示；2)石英棒3為“L”形，如圖3所示，其較短一端(固定段)端頭具有上下相對(duì)設(shè)置的凸出部；3)安裝時(shí)，將石英棒3旋轉(zhuǎn)為水平方向，將石英棒3較短一端(固定段)插入內(nèi)導(dǎo)流筒2 (如圖4的左圖所示)，放手后在重力作用下，石英棒3的較長(zhǎng)端(測(cè)量段)將自然下垂，下端伸出外導(dǎo)流筒1的下沿(如圖4的中圖所示)，該狀態(tài)下石英棒3不會(huì)從內(nèi)導(dǎo)流筒 2的通孔中滑出；4)需要拆卸或清掃導(dǎo)流筒時(shí)，將石英棒3旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使石英棒3下端與外導(dǎo)流筒1下沿齊平，如圖4所示(如圖4的右圖所示)。此時(shí)外導(dǎo)流筒1下沿可放置在清掃車的平面上，該狀態(tài)下石英棒3也不會(huì)從內(nèi)導(dǎo)流筒2的通孔中滑出；第二種結(jié)構(gòu)裝配圖如圖5所示圖5所示該結(jié)構(gòu)包括外導(dǎo)流筒1，內(nèi)導(dǎo)流筒2和石英棒3 ；1)在外導(dǎo)流筒1下沿的下表面開一個(gè)圓形通孔；2)石英棒3為為直線型，其上部端頭呈T形，由兩個(gè)圓柱體組成，石英棒3直徑略小于通孔直徑，T形的端頭直徑略大于通孔直徑以作為石英棒向下移動(dòng)的限位器；3)安裝時(shí)，將石英棒3由上往下插入外導(dǎo)流筒1的通孔中，放手后在重力作用下， 石英棒3將自然下滑，下端伸出外導(dǎo)流筒1的下沿(如圖7的左圖所示)；由于石英棒3的 T形端頭直徑略大于通孔直徑，石英棒3不會(huì)在重力作用下從通孔中滑出；4)需要拆卸或清掃導(dǎo)流筒時(shí)，將外導(dǎo)流筒1下沿直接放置在清掃車的平面上，石英棒3將被自然推入外導(dǎo)流筒1和內(nèi)導(dǎo)流筒2形成的空腔中，石英棒3的下端與外導(dǎo)流筒 1下沿齊平(如圖7的右圖所示)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)測(cè)量距離的原理如下在單晶生長(zhǎng)時(shí)，石英棒3伸出導(dǎo)流筒下沿一個(gè)固定長(zhǎng)度1，可通過操作坩堝上升， 將硅熔液面逐漸提升至剛好接觸石英棒3，此時(shí)即可確定硅熔液與導(dǎo)流筒下沿的間距為石英棒3伸出的長(zhǎng)度1，然后在此基礎(chǔ)上，操作坩堝下降一個(gè)固定高度h，此時(shí)，硅熔液面與導(dǎo)流筒下沿的間距S為S= Ι+h ；由于透明石英是與坩堝相同的材料，所以即使石英棒3與硅熔液有短暫接觸，也不會(huì)污染熔硅；透明石英的軟化點(diǎn)為1700°C左右，硅的熔點(diǎn)為1420°C，所以在熔硅液面里也不會(huì)軟化。透明石英的線膨脹系數(shù)極小，在1420°C的線膨脹系數(shù)為5. 42E-7左右，石英棒3伸出導(dǎo)流筒的長(zhǎng)度為15-20mm之間，該長(zhǎng)度在1420°C時(shí)由于熱膨脹產(chǎn)生了 0. 012-0. 016mm的伸長(zhǎng)，可以忽略不計(jì)。所以認(rèn)為在高溫時(shí)透明石英棒3伸出導(dǎo)流筒的長(zhǎng)度與常溫時(shí)相同。在硅單晶生長(zhǎng)時(shí)石英棒3伸出導(dǎo)流筒下沿，而在拆卸、搬運(yùn)和清掃導(dǎo)流筒時(shí)可以縮回導(dǎo)流筒內(nèi)，或者旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度使石英棒3不伸出導(dǎo)流筒下沿，防止損壞石英棒3和導(dǎo)流筒。
權(quán)利要求
1.能夠測(cè)量熔硅液面與導(dǎo)流筒之間距離的單晶爐熱場(chǎng)裝置，在硅單晶爐熱場(chǎng)的下保溫蓋中間的孔內(nèi)設(shè)置用于引導(dǎo)保護(hù)氣體的內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒，內(nèi)導(dǎo)流筒與外導(dǎo)流筒的上沿、內(nèi)導(dǎo)流筒與外導(dǎo)流筒的下沿分別相接形成閉合的接觸緣；其特征在于，在內(nèi)導(dǎo)流筒或外導(dǎo)流筒的下沿處設(shè)置通孔，通孔中活動(dòng)安裝一根石英棒，該石英棒相對(duì)于通孔的位置變化使其能具備下述兩種狀態(tài)(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出內(nèi)導(dǎo)流筒或外導(dǎo)流筒的下沿以作為測(cè)量距離的標(biāo)尺；或，(2)石英棒的下部末端收回至內(nèi)導(dǎo)流筒或外導(dǎo)流筒的最下緣之上以便于單晶爐熱場(chǎng)裝置的移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶爐熱場(chǎng)裝置，其特征在于，所述石英棒為直線型，其上部端頭呈T形；所述通孔開設(shè)于外導(dǎo)流筒下沿的下表面，石英棒以T形端頭作為向下移動(dòng)的限位器；內(nèi)導(dǎo)流筒與外導(dǎo)流筒之間具有足夠距離以使石英棒能夠向上位移進(jìn)入兩者之間的空腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶爐熱場(chǎng)裝置，其特征在于，所述石英棒呈L形，組成L形的一段為固定段，另一段為測(cè)量段；所述通孔開設(shè)于內(nèi)導(dǎo)流筒下沿的側(cè)壁上；石英棒的固定段活動(dòng)安裝于該通孔中，而測(cè)量段能夠以該固定段為水平回轉(zhuǎn)軸在豎直平面上旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單晶爐熱場(chǎng)裝置，其特征在于，所述通孔為“一”字形長(zhǎng)通孔， 活動(dòng)安裝于通孔中的石英棒固定段的端頭具有上下相對(duì)設(shè)置的凸出部；該凸出部的存在， 使得固定段的端頭在測(cè)量段呈豎直狀態(tài)時(shí)不能滑出通孔，而只能在測(cè)量段呈水平狀態(tài)時(shí)才能從通孔中進(jìn)出。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單晶爐熱場(chǎng)裝置，其特征在于，所述石英棒的測(cè)量段能夠以固定段為水平回轉(zhuǎn)軸在豎直平面上作360°旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)中所述的單晶爐熱場(chǎng)裝置，其特征在于，所述下保溫蓋中間的孔是圓孔，所述內(nèi)導(dǎo)流筒與外導(dǎo)流筒的上沿、內(nèi)導(dǎo)流筒與外導(dǎo)流筒的下沿分別相接所形成閉合的接觸緣是環(huán)形的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)中所述的單晶爐熱場(chǎng)裝置，其特征在于，所述外導(dǎo)流筒與下保溫蓋之間呈環(huán)形緊密連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及直拉式硅單晶爐中的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)，旨在提供一種能夠測(cè)量熔硅液面與導(dǎo)流筒之間距離的單晶爐熱場(chǎng)裝置。該裝置在內(nèi)導(dǎo)流筒或外導(dǎo)流筒的下沿處設(shè)置通孔，通孔中活動(dòng)安裝一根石英棒，該石英棒相對(duì)于通孔的位置變化使其能具備下述兩種狀態(tài)(1)石英棒的下部末端垂直向下伸出內(nèi)導(dǎo)流筒或外導(dǎo)流筒的下沿以作為測(cè)量距離的標(biāo)尺；或(2)石英棒的下部末端收回至內(nèi)導(dǎo)流筒或外導(dǎo)流筒的最下緣之上以便于單晶爐熱場(chǎng)裝置的移動(dòng)。本發(fā)明可以直觀的測(cè)量硅熔液面與導(dǎo)流筒的間距，不需要操作者憑經(jīng)驗(yàn)判斷；可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熔液面位置，為操作者提供控制液面位置依據(jù)；可伸縮或旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)使石英棒在操作過程中不易損壞。
文檔編號(hào)C30B15/14GK102251275SQ20111019058
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者嚴(yán)紹軍, 張俊, 曹建偉, 邱敏秀 申請(qǐng)人:杭州慧翔電液技術(shù)開發(fā)有限公司, 浙江晶盛機(jī)電股份有限公司