用于直拉單晶爐熱場的加熱器及使用方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于直拉單晶爐熱場的加熱器，包括加熱器主體(5)；所述加熱器主體(5)可翻轉(zhuǎn)；所述加熱器主體(5)的葉片端面上設(shè)置有加熱器腳(6)；所述加熱器主體(5)的葉片兩端均設(shè)置有螺紋孔(7)；所述加熱器腳(6)上相對于螺紋孔(7)設(shè)置有通孔(10)；所述加熱器腳(6)通過螺釘經(jīng)通孔(10)和螺紋孔(7)進行固定。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及直拉單晶爐熱場
，特別是涉及一種用于直拉單晶爐熱場的加熱器及使用方法。
技術(shù)介紹
直拉單晶爐是在惰性氣體(氬氣為主)環(huán)境中，使用加熱器將多晶硅等多晶材料熔化，并采用直拉法生長無位錯單晶的設(shè)備。加熱器是單晶爐熱場的核心部件，提供多晶熔化長晶的熱能，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計不僅直接影響著是否能順利長晶以及單晶的質(zhì)量，而且作為主要耗材之一，直接影響到單晶的制造成本。硅單晶生長過程中以惰性氣體氬氣作為保護氣體，減壓狀態(tài)下流動的氬氣會帶走熔硅與石英坩堝反應(yīng)(見式1)產(chǎn)生的一氧化硅蒸氣。加熱器的形狀通常為圓筒鳥籠狀，側(cè)面進行開槽，形成多個葉片。當被帶走的一氧化硅蒸氣流經(jīng)加熱器時，會與加熱器表面(碳)發(fā)生反應(yīng)(見式2和式3)，在不同溫度下會形成碳化硅和硅，因此從上至下不同溫區(qū)的加熱器葉片表面呈現(xiàn)出不同的形貌，見圖1。部位1從加熱器頂端往下，葉片表面黃色碳化硅逐漸增多，部位2葉片表面黃色碳化硅均勻分布，而部位3從加熱器葉片中間往下，葉片表面主要是硅和碳化硅的混合粘結(jié)，部位4則主要是硅的沉積粘結(jié)。這種情況下形成的碳化硅的粘結(jié)強度和硬度都不是很高，冷卻后很小的摩擦就能掉落，因此每一爐停爐后都要對其進行清潔，避免下一爐揚塵污染原料。這樣多次清潔后，加熱器葉片就會逐漸損耗減薄，尤其以固液界面附近的部位2損耗最大。而硅的粘結(jié)強度是比較高的，因此部位3由于混合粘結(jié)硅對表面的保護，葉片損耗是比較小的，部位4葉片的損耗更是非常小。>由于部位2葉片損耗變得越薄，局部電阻值會變得越大，局部發(fā)熱就越厲害，損耗也在不斷加劇，最終導(dǎo)致部位2葉片太薄甚至斷裂而無法繼續(xù)使用加熱器。這種葉片損耗不均勻的情況，不僅大大縮短了加熱器的壽命，而且嚴重影響了加熱器的發(fā)熱情況，使得固液界面的溫度梯度逐漸發(fā)生變化，影響了單晶的生長和品質(zhì)。目前直拉單晶爐熱場使用最多的加熱器是圓筒鳥籠狀加熱器，底部一般有二個或四個連接電極的腳。專利201220313158.0(授權(quán)公告日2013.01.02)公布了一種單晶爐熱場加熱器，其加熱器主體和加熱器腳可拆卸地連接，當加熱器腳損壞時，只需要將加熱器腳從加熱器主體上拆除，并更換新的加熱器腳即可，無需更換整個加熱器主體，降低了維修成本。專利201320531088.0(授權(quán)公告日2014.03.05)公布了一種用于直拉單晶爐的分體加熱器，即加熱筒和電極腳為分體結(jié)構(gòu)，在發(fā)生因粘硅或者電極腳拉弧不能繼續(xù)使用的情況下，可通過直接更換電極腳完成設(shè)備的維修更換，從而大大增強了加熱器主體部分的抗風險能力，進而降低了生產(chǎn)成本。然而，在加熱器的正常使用中，只要使用得當，不發(fā)生拉弧打火的情況，加熱器的腳一般不會發(fā)生損壞，而葉片損耗卻是每一爐都在發(fā)生，因此加熱器的使用壽命長短通常是由葉片損耗減薄的快慢決定的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種葉片損耗慢，使用壽命長的直拉單晶爐熱場的加熱器及其使用方法。為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是一種用于直拉單晶爐熱場的加熱器，包括加熱器主體；所述加熱器主體可翻轉(zhuǎn)。作為本專利技術(shù)所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器的改進：所述加熱器主體的葉片端面上設(shè)置有加熱器腳。作為本專利技術(shù)所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器的進一步改進：所述加熱器主體的葉片兩端均設(shè)置有螺紋孔；所述加熱器腳上相對于螺紋孔設(shè)置有通孔；所述加熱器腳通過螺釘經(jīng)通孔和螺紋孔進行固定。作為本專利技術(shù)所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器的進一步改進：所述葉片的端面的螺紋孔的數(shù)量為2的整數(shù)倍；所述葉片兩端的螺紋孔數(shù)量相同。作為本專利技術(shù)所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器的進一步改進：所述加熱器主體中設(shè)有螺紋孔的葉片的轉(zhuǎn)角部位相對其他葉片的相應(yīng)轉(zhuǎn)角部位縮進一定距離；該一定距離為加熱器腳與加熱器主體相互連接部位的長度。作為本專利技術(shù)所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器的進一步改進：所述螺紋孔繞加熱器主體環(huán)形排列；所述加熱器主體兩端的螺紋孔的數(shù)量均為8個。一種用于直拉單晶爐熱場的加熱器使用方法：將加熱器主體使用一定爐數(shù)后，加熱器主體的部位3和部位4形成一層硅和碳化硅的混合沉積層；將此加熱器主體進行翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換原先帶有沉積層的部位處于原部位2和部位1的溫區(qū)范圍；再次進行相同數(shù)量爐數(shù)后，再次翻轉(zhuǎn)加熱器主體，以此循環(huán)翻轉(zhuǎn)加熱器主體。作為本專利技術(shù)所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器使用方法的改進：所述加熱器主體一端的帶螺紋孔的葉片通過螺釘連接加熱器腳后使用；在加熱器主體使用一定爐數(shù)后，其翻轉(zhuǎn)步驟為：將加熱器腳與加熱器主體另外一端的相應(yīng)位置進行連接后使用；重復(fù)以上步驟對加熱器主體進行倒置或者翻轉(zhuǎn)。作為本專利技術(shù)所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器使用方法的進一步改進：所述的加熱器主體進行倒置或翻轉(zhuǎn)時的使用爐數(shù)為1～50。作為本專利技術(shù)所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器使用方法的進一步改進：所述的加熱器主體進行倒置或翻轉(zhuǎn)時的使用爐數(shù)為10。本專利技術(shù)具有的優(yōu)點和有益效果是：采用上述技術(shù)方案的單晶爐熱場加熱器，在使用一定爐數(shù)后，部位3和部位4會形成一層硅和碳化硅的混合沉積層，此時將加熱器主體倒置，帶有沉積層的部位會處于原部位2和部位1的溫區(qū)范圍，由于沉積層的高溫抗氧化性非常好，有效地隔絕了一氧化硅蒸氣對加熱器葉片的腐蝕和損耗，不僅大大延長了加熱器的使用壽命，而且大大提升了熱場溫度梯度的穩(wěn)定性。附圖說明圖1為直拉單晶爐熱場使用最多的常規(guī)加熱器的主視圖；圖2為本專利技術(shù)的用于直拉單晶爐熱場的加熱器主體的主視圖；圖3為本專利技術(shù)的用于直拉單晶爐熱場的加熱器腳的主視圖及右視圖；圖4為本專利技術(shù)的用于直拉單晶爐熱場的加熱器主體與加熱器腳相聯(lián)接的主視圖；圖5為直拉單晶爐熱場的常規(guī)加熱器的使用爐數(shù)與長晶功率的變化關(guān)系圖；圖6為本專利技術(shù)的用于直拉單晶爐熱場的加熱器使用爐數(shù)與長晶率的變化關(guān)系圖。具體實施方式實施例1、如圖2～圖4所示，本專利技術(shù)給出一種用于直拉單晶爐熱場的加熱器，包括加熱器主體5和加熱器腳6；加熱器主體5的葉片兩端均設(shè)置了4對(即8個)呈圓周對稱分布的螺紋孔7，加熱器主體5中設(shè)有螺紋孔7的葉片的轉(zhuǎn)角部位8往葉片中間移動，移動距離為L形臺階9的壁面高度，從而保證葉片轉(zhuǎn)角部位8的電阻值正常，而加熱器腳6的底部設(shè)置有L形臺階9，通過L形臺階9與加熱器主體5固定連接，而L形臺階9上相對于螺紋孔7設(shè)置有相應(yīng)的通孔10，需要連接的時候，通過將通孔10與相應(yīng)的螺紋孔7一一對應(yīng)，之后用螺釘進行固定即可。上述加熱器主體5結(jié)合加熱器腳6的組合在使用了10爐，高溫時間約600個小時之...

【技術(shù)保護點】
一種用于直拉單晶爐熱場的加熱器，包括加熱器主體(5)；其特征是：所述加熱器主體(5)可翻轉(zhuǎn)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于直拉單晶爐熱場的加熱器，包括加熱器主體(5)；其特征是：所述加熱
器主體(5)可翻轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器，其特征是：所述加熱器主
體(5)的葉片端面上設(shè)置有加熱器腳(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器，其特征是：所述加熱器主
體(5)的葉片兩端均設(shè)置有螺紋孔(7)；所述加熱器腳(6)上相對于螺紋孔(7)設(shè)置
有通孔(10)；
所述加熱器腳(6)通過螺釘經(jīng)通孔(10)和螺紋孔(7)進行固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器，其特征是：所述葉片的端
面的螺紋孔(7)的數(shù)量為2的整數(shù)倍；
所述葉片兩端的螺紋孔(7)數(shù)量相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器，其特征是：所述加熱器主
體(5)中設(shè)有螺紋孔(7)的葉片的轉(zhuǎn)角部位(8)相對其他葉片的相應(yīng)轉(zhuǎn)角部位縮進一
定距離；
該一定距離為加熱器腳(6)與加熱器主體(5)相互連接部位的長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于直拉單晶爐熱場的加熱器，其特征是：所述螺紋孔(7)
繞加熱器主體(5)環(huán)形排列；
...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘金平，王偉棱，王飛堯，鄭歡欣，
申請(專利權(quán))人：杭州海納半導(dǎo)體有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33