一种用于晶体生长炉的水冷式籽晶杆的制作方法

本实用新型涉及晶体生长设备技术领域，特别是一种用于晶体生长炉的水冷式籽晶杆。

背景技术：

晶体生长炉是单晶体生长设备，按照晶体生长方法可分为提拉法浸提生长炉、坩埚下降法晶体生长炉、区熔法晶体生长炉等。提拉法又称乔赫拉斯基法，是半导体领域中应用最广，产量最大的单晶制备方法。基本原理是利用单晶籽晶从坩埚熔体中向上提拉，使晶体按籽晶的晶向垂直向上生长成所需直径的单晶，晶体生长炉的基本结构包括炉室、内置坩埚、保温罩、加热系统和抽真空系统等。

生产适宜尺寸大小、高质量的单晶体需要在一根籽晶杆上安装籽晶，让籽晶与熔体接触，当籽晶与熔体的固液界面存在温度差时（籽晶温度低于熔体温度），固液界面上的熔体过冷，则沿籽晶晶向进行晶体生长。为了使晶体不断长大，就需要逐渐降低熔体的温度，同时旋转晶体，以改善熔体的温度分布，也可以缓慢的上提晶体，以扩大散热面，晶体在生长的过程中始终不与坩埚壁接触。目前普遍使用的籽晶杆为陶瓷籽晶杆，由于陶瓷的导热系数较低，因此陶瓷籽晶杆的温度受炉内高温影响小，连接在陶瓷籽晶杆上的籽晶不会因陶瓷籽晶杆温度升高而熔化变形。但另一方面，具有良好绝热性能的陶瓷籽晶杆无法辅助散热。由于晶体在生长的过程中需要不断旋转并逐渐降低熔体的问题，即形成温度梯度，除了向上提拉晶体以扩大散热面以外，还需要籽晶杆能够不断导热降温以辅助晶体实现温度梯度，提高晶体生长。鉴于陶瓷籽晶杆存在的问题，有必要设计一种具有辅助散热效果的籽晶杆。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对陶瓷籽晶杆无法散热并辅助晶体形成温度梯度的问题，本实用新型提供一种用于晶体生长炉的水冷式籽晶杆，该籽晶杆在杆内形成冷却介质的循环通道，精确控温，稳定性高。

本实用新型采用的技术方案如下：一种用于晶体生长炉的水冷式籽晶杆，包括杆芯和杆套，所述杆套内形成有冷却腔，且杆套底部封闭，所述冷却腔内壁设置有若干辅助冷却槽，所述杆套上端的外壁开设有若干排液口，所述若干排液口与冷却腔连通；所述杆芯设置在冷却腔内，所述杆芯内形成有进液流道，所述进液流道与冷却腔连通，所述杆芯上端延伸出杆套并设置有进液口，所述杆芯上端通过法兰与杆套密封连接。

由于上述结构的设置，形成冷却介质经由进液口依次流经进液流道和冷却腔并从排液口流出的循环通道，低温的冷却介质在该循环通道内不断对外层的杆套进行冷却，通过控制冷却介质的温度可以达到精确控制杆套温度的目的，有效控制连接在籽晶杆底端的籽晶的温度，辅助晶体形成温度梯度，加快晶体的生长；杆套内壁上的辅助冷却槽可以加大冷却介质与杆套内壁的接触面积，提高冷却效率。

进一步地，所述杆套和杆芯呈圆管状，所述辅助冷却槽为螺旋槽，所述若干螺旋槽沿杆套内壁的圆周均匀布置。

由于上述结构的设置，圆管状设置的杆套和杆芯以及设置螺旋槽能够有效降低冷却介质的流动阻力。

进一步地，所述杆套与杆芯同心设置，所述杆芯外壁上设置有与对应辅助冷却槽配合的若干辅助凸起，所述杆芯内径为8-11mm，且杆芯外壁与杆套内壁之间的最小间距为5-6.5mm。

由于上述结构的设置，杆套与杆芯同心设置可以有效避免杆芯外围的冷却介质由于流速不均引起籽晶杆整体振动的问题。由于籽晶杆在晶体生长过程中一直处于旋转和缓慢提升的状态，籽晶杆振动会使得籽晶与熔体的接触界面增大，应力也进一步增大，降低晶体生长的稳定性。螺旋槽和对应的辅助凸起可以帮助冷却介质围绕杆芯外围形成流度稳定的层流而非紊流，进一步提高籽晶杆的稳定性。

进一步地，所述若干排液口在杆套圆周上均匀设置；所述杆芯下端延伸至杆套底部，并与杆套底部之间设置有预定间距，所述预定间距为7.5-10mm。

由于上述结构的设置，杆芯下端延伸至杆套底部可以实现冷却介质与杆套的最大化接触，加大冷却介质的流动范围。

进一步地，所述杆芯和杆套为耐高温不锈钢材质，所述杆芯的内壁、外壁以及杆套内壁均形成有耐锈蚀氧化层。

由于上述结构的设置，在使用水作为冷却介质情况中，由于杆套和杆芯会在水的长期浸泡而产生锈蚀，耐锈蚀氧化层可以有效避免该问题。

进一步地，所述辅助冷却槽横截面呈圆弧状。

由于上述结构的设置，圆弧状的辅助冷却槽可以有效减小冷却介质的流动阻力。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型形成冷却介质经由进液口依次流经进液流道和冷却腔并从排液口流出的循环通道，低温的冷却介质在该循环通道内不断对外层的杆套进行冷却，通过控制冷却介质的温度可以达到精确控制杆套温度的目的，有效控制连接在籽晶杆底端的籽晶的温度，辅助晶体形成温度梯度，加快晶体的生长；杆套内壁上的辅助冷却槽可以加大冷却介质与杆套内壁的接触面积，提高冷却效率；

2、本实用新型的圆管状设置的杆套和杆芯、设置螺旋槽、以及横截面呈圆弧状的辅助冷却槽可以有效减小冷却介质的流动阻力能够有效降低冷却介质的流动阻力;

3、本实用新型的杆套与杆芯同心设置可以有效避免杆芯外围的冷却介质由于流速不均引起籽晶杆整体振动的问题。由于籽晶杆在晶体生长过程中一直处于旋转和缓慢提升的状态，籽晶杆振动会使得籽晶与熔体的接触界面增大，应力也进一步增大，降低晶体生长的效率。螺旋槽和对应的辅助凸起可以帮助冷却介质围绕杆芯外围形成流度稳定的层流而非紊流，进一步提高籽晶杆的稳定性；

4、本实用新型的杆芯下端延伸至杆套底部可以实现冷却介质与杆套的最大化接触，加大冷却介质的流动范围；

5、在使用水作为冷却介质情况中，由于杆套和杆芯会在水的长期浸泡而产生锈蚀，耐锈蚀氧化层可以有效避免该问题。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型图1中A的局部放大示意图；

图3是本实用新型图1中B的局部放大示意图；

图中标记：1-杆芯；2-杆套；3-辅助冷却槽；4-辅助凸起；1.1-进液流道；1.2-进液口；2.1-冷却腔；2.2-排液口。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-3所示的用于晶体生长炉的水冷式籽晶杆，包括杆芯1和杆套2，杆套2内形成有冷却腔2.1，且杆套2底部封闭，冷却腔2.1内壁设置有若干辅助冷却槽3，杆套2上端的外壁开设有若干排液口2.2，若干排液口2.2与冷却腔2.1连通；杆芯1设置在冷却腔2.1内，杆芯1内形成有进液流道1.1，进液流道1.1与冷却腔2.1连通，杆芯1上端延伸出杆套2并设置有进液口1.2，杆芯1上端通过法兰与杆套2密封连接。

本实施例中，形成冷却介质经由进液口1.2依次流经进液流道1.1和冷却腔2.1并从排液口2.2流出的循环通道，低温的冷却介质在该循环通道内不断对外层的杆套2进行冷却，通过控制冷却介质的温度可以达到精确控制杆套2温度的目的，有效控制连接在籽晶杆底端的籽晶的温度，辅助晶体形成温度梯度，加快晶体的生长；杆套2内壁上的辅助冷却槽3可以加大冷却介质与杆套2内壁的接触面积，提高冷却效率。

杆套2和杆芯1呈圆管状，辅助冷却槽3为螺旋槽，若干螺旋槽沿杆套2内壁的圆周均匀布置。

本实施例中，圆管状设置的杆套2和杆芯1以及设置螺旋槽能够有效降低冷却介质的流动阻力。

杆套2与杆芯1同心设置，杆芯1外壁上设置有与对应辅助冷却槽3配合的若干辅助凸起4，杆芯1内径为8-11mm，且杆芯1外壁与杆套2内壁之间的最小间距为5-6.5mm。

本实施例中，杆套2与杆芯1同心设置可以有效避免杆芯1外围的冷却介质由于流速不均引起籽晶杆整体振动的问题。由于籽晶杆在晶体生长过程中一直处于旋转和缓慢提升的状态，籽晶杆振动会使得籽晶与熔体的接触界面增大，应力也进一步增大，降低晶体生长的效率。螺旋槽和对应的辅助凸起4可以帮助冷却介质围绕杆芯1外围形成流度稳定的层流而非紊流，进一步提高籽晶杆的稳定性。

若干排液口2.2在杆套2圆周上均匀设置；杆芯1下端延伸至杆套2底部，并与杆套2底部之间设置有预定间距，预定间距为7.5-10mm。

本实施例中，杆芯1下端延伸至杆套2底部可以实现冷却介质与杆套2的最大化接触，加大冷却介质的流动范围。

杆芯1和杆套2为耐高温不锈钢材质，杆芯1的内壁、外壁以及杆套2内壁均形成有耐锈蚀氧化层。

本实施例中，在使用水作为冷却介质情况中，由于杆套2和杆芯1会在水的长期浸泡而产生锈蚀，耐锈蚀氧化层可以有效避免该问题。

辅助冷却槽3横截面呈圆弧状；杆芯1下方设置有若干支撑条，支撑条上端固定在杆芯1上，支撑条下端与杆套2底部抵接，相邻支撑条之间设置有间隙。

本实施例中，圆弧状的辅助冷却槽3可以有效减小冷却介质的流动阻力；固定在杆芯下端的若干支撑条既可以保证冷却介质的流通，还可以有效支撑杆芯，防止由于压力不稳定或冷却介质中存在空气等问题造成杆芯振动。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。