单晶炉的石墨坩埚及其制造方法、坩埚组件和单晶炉与流程

1.本发明涉及坩埚技术领域，尤其是涉及一种单晶炉的石墨坩埚及其制造方法、坩埚组件和单晶炉。


背景技术：

2.相关技术中，单晶炉内的坩埚组件包括石英坩埚和石墨坩埚，坩埚组件内盛放有原材料，在单晶炉内加热器的加热作用下，坩埚组件内的原材料熔化为硅熔汤；其中硅熔汤中的氧主要来自于石英坩埚，如果熔汤内氧含量过高，会导致晶体内会出现大量的oisf及氧沉淀，尤其是硅熔汤的边缘部分温度较高，在整个晶体生长过程中硅熔汤边缘部分溶解的氧较多，导致硅熔汤边缘处氧含量过高，特别是在没有外加磁场装置的情况下，会出现偏析现象，影响晶体品质。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种单晶炉的石墨坩埚，所述石墨坩埚可以减少加热器传导、辐射至熔汤高温区的热量，降低熔汤边缘处的温度，从而降低熔汤氧含量，有利于提升晶棒品质。
4.本发明还提出一种具有上述石墨坩埚的坩埚组件。
5.本发明还提出一种具有上述坩埚组件的单晶炉。
6.本发明还提出一种石墨坩埚的制造方法。
7.根据本发明第一方面的单晶炉的石墨坩埚，包括：本体，所述本体为石墨件且限定出盛放腔，所述盛放腔的壁面上具有开凿部，所述开凿部处形成有凹槽，所述凹槽沿所述本体的周向延伸以形成为环形结构，其中，对坩埚半成品、与所述坩埚半成品适配的石英坩埚以及盛装于所述石英坩埚内的熔汤进行热场模拟，得到熔汤的高温区的等温线，在所述本体的纵截面上，所述凹槽的形状适于与所述等温线的部分的形状相一致，所述坩埚半成品构造成在所述坩埚半成品的内壁面上加工出所述凹槽以形成所述本体，所述高温区的温度高于所述熔汤的其余任一区域的温度。
8.根据本发明的单晶炉的石墨坩埚，通过对坩埚半成品、石英坩埚以及熔汤进行热场模拟，以精确得到熔汤的高温区的等温线，并在开凿部处根据等温线的形状形成凹槽，从而在石墨坩埚应用于单晶炉中时，可以在保证石墨坩埚结构强度的前提下，减少加热器传导、辐射至熔汤高温区的热量，以起到减弱热传导的作用，从而可以降低熔汤边缘处的温度，降低熔汤氧含量，进而有效提升晶体的品质。
9.在一些实施例中，所述石墨坩埚用于直拉法拉晶，在拉晶过程中，所述等温线为多条且随所述熔汤的液位的下降由上向下布置，多条所述等温线对应于所述坩埚半成品的壁面上的区域为开凿区域，所述开凿部为多个且均位于所述开凿区域内。
10.在一些实施例中，多个所述开凿部沿所述本体的轴向间隔设置，且适于与多条所述等温线分别对应，每个所述开凿部处形成有一个所述凹槽，所述凹槽的形状适于与对应
所述等温线的部分的形状相一致；优选地，所述开凿部适于与对应所述等温线的上端部齐平。
11.在一些实施例中，所述本体包括侧壁部和底壁部，所述侧壁部形成为筒状结构，所述底壁部连接在所述侧壁部的底部以封闭所述侧壁部的底部，所述凹槽形成在所述侧壁部和/或所述底壁部上。
12.在一些实施例中，所述凹槽内填充有隔热件，所述隔热件的导热率低于所述本体的导热率；任选地，所述隔热件为碳纤维材料件。
13.在一些实施例中，所述凹槽适于与所述等温线的上端部的形状相一致。
14.根据本发明第二方面的坩埚组件，包括石墨坩埚，所述石墨坩埚为根据本发明上述第一方面的单晶炉的石墨坩埚；石英坩埚，所述石英坩埚安装于所述盛放腔。
15.根据本发明的坩埚组件，通过采用上述的石墨坩埚，可以减少加热器传导、辐射至熔汤高温区的热量，降低熔汤边缘处的温度，从而降低熔汤氧含量，有利于提升晶棒品质。
16.根据本发明第三方面的单晶炉，包括：炉体；和坩埚组件，所述坩埚组件为根据本发明上述第二方面的坩埚组件，且所述坩埚组件设在所述炉体内。
17.根据本发明的单晶炉，通过采用上述的坩埚组件，可以降低熔汤边缘处的温度，从而降低熔汤氧含量，有利于提升晶棒品质。
18.根据本发明第四方面的石墨坩埚的制造方法，石墨坩埚为根据本发明上述第一方面的单晶炉的石墨坩埚，所述制造方法包括以下步骤：s1：对坩埚半成品、与所述坩埚半成品适配的石英坩埚以及盛装于所述石英坩埚内的熔汤进行热场模拟；s2：提取所述步骤s1中的模拟结果，得到所述熔汤的高温区的等温线，所述高温区的温度高于所述熔汤的其余任一区域的温度；s3：在所述坩埚半成品的纵截面上，根据所述等温线的形状确定所述凹槽的形状，并在所述开凿部处加工所述凹槽，以形成所述本体。
19.根据本发明的石墨坩埚的制造方法，通过对坩埚半成品、石英坩埚以及熔汤进行热场模拟，以精确得到熔汤的高温区的等温线，并根据等温线确定凹槽的形状，可以有效减少加热器传导、辐射至熔汤高温区的热量，降低熔汤边缘处的温度，从而降低熔汤氧含量，有利于提升晶棒品质。
20.在一些实施例中，在所述步骤s1中，将所述坩埚半成品用于直拉法拉晶进行热场模拟，以在所述步骤s2中得到多条所述等温线，多条所述等温线随所述熔汤的液位的下降由上向下布置，多条所述等温线对应于所述坩埚半成品的壁面上的区域为开凿区域，所述步骤s3还包括：在所述开凿区域内确定所述开凿部的位置。
21.在一些实施例中，在所述开凿区域内确定所述开凿部的位置，包括：将所述等温线导入所述坩埚半成品的图纸中，以确定所述开凿区域；选取多条所述等温线中的一部分，并根据选取的所述等温线的位置确定所述开凿部的位置。
22.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
23.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
24.图1是根据本发明一个实施例的石墨坩埚的示意图；
25.图2是图1中框示的a部的放大图；
26.图3是根据本发明一个实施例的坩埚组件的示意图；
27.图4是图3中所示的坩埚组件的局部放大图；
28.图5是图3中所示的坩埚组件内的熔汤加热时在高温区的等温线示意图；
29.图6是根据本发明一个实施例的石墨坩埚的制作方法流程示意图；
30.图7是图6中所示的在坩埚半成品上加工凹槽的示意图；
31.图8是根据本发明另一个实施例的石墨坩埚的制作方法流程示意图；
32.图9是坩埚半成品(即方案一，未设置凹槽)、本申请设置凹槽且在凹槽内填充隔热件的石墨坩埚(方案二)以及本申请设置凹槽且凹槽内并未填充材料件的石墨坩埚(方案三)三种方案的热场模拟结果示意图；
33.图10是图9中所示的三种方案的高温区的等温线对比图；
34.图11是图9中所示的方案一与方案二的坩埚内壁温度分布对比图；
35.图12是图9中所示的方案一与方案二的熔汤边缘氧含量的对比图。
36.附图标记：
37.坩埚组件1000、石英坩埚200、熔汤300、等温线r、
38.石墨坩埚100、中心轴线l、坩埚半成品101、半成品腔101a、
39.本体1、开凿部10、盛放腔1a、凹槽1b、空腔部1c、
40.侧壁部11、底壁部12。
具体实施方式
41.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
42.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
43.下面，参考附图描述根据本发明实施例的单晶炉的石墨坩埚100。
44.如图1所示，石墨坩埚100包括本体1，本体1为石墨件，且本体1限定出盛放腔1a，盛放腔1a可以用于盛放原材料，加热之后，盛放腔1a内的原材料熔化为熔汤300。盛放腔1a的壁面上具有开凿部10，开凿部10处形成有凹槽1b，则凹槽1b形成在本体1的内壁面上，且凹槽1b由盛放腔1a的部分壁面凹入形成；其中，凹槽1b沿石墨坩埚100的周向延伸以形成为环形结构，有利于保证石墨坩埚100的结构强度。
45.需要说明的是，石墨坩埚100具有中心轴线l，在本申请的描述中，本体1的轴向为沿石墨坩埚100中心轴线l的方向，本体1的周向为绕石墨坩埚100中心轴线l的方向。例如，在图1的示例中，石墨坩埚100可以形成为回转体结构，该回转体结构的旋转中心线为石墨
坩埚100的中心轴线l；当然，石墨坩埚100的形状不限于此。
46.对坩埚半成品101、与坩埚半成品101适配的石英坩埚200以及盛装于石英坩埚200内的熔汤300进行热场模拟，得到熔汤300的高温区的等温线r，在本体1的纵截面上，凹槽1b的形状适于与等温线r的部分的形状相一致；其中，坩埚半成品101构造成在坩埚半成品101的内壁面上加工出凹槽1b以形成本体1，则坩埚半成品101为石墨件，且坩埚半成品101限定出半成品腔101a，在半成品腔101a的壁面上加工出凹槽1b就可以形成本体1，显然，半成品腔101a对应于盛放腔1a，且半成品腔101a与盛放腔1a的区别在于壁面上是否形成有凹槽1b，而高温区的温度高于熔汤300的其余任一区域的温度，则高温区为熔汤300温度最高的区域，高温区位于熔汤300的边缘处。
47.可以理解的是，在坩埚半成品101上加工凹槽1b后，坩埚半成品101的中心轴线可以形成为本体1的中心轴线。本体1的纵截面可以理解为经过石墨坩埚100中心轴线l的平面。
48.当石墨坩埚100应用于单晶炉时，盛放腔1a内适于安装石英坩埚200，原材料适于盛放在石英坩埚200内；单晶炉运行时，单晶炉内的加热器对石墨坩埚100、石英坩埚200以及石英坩埚200内的原材料进行加热，使得原材料熔化为熔汤300；由于加热器设在石墨坩埚100的径向外侧和/或底侧，则熔汤300边缘处(外侧边缘和/或底侧边缘)的高温区的温度最高，易导致熔汤300边缘处氧含量过高，而本申请在盛放腔1a的壁面上设置开凿部10、并在开凿部10处形成凹槽1b，石英坩埚200安装于石墨坩埚100时，石英坩埚200的外壁面无法与凹槽1b的壁面接触、贴合，石英坩埚200与凹槽1b可以限定出空腔部1c(如图4所示)，该空腔部1c的导热率明显低于石墨的导热率，即空腔部1c的导热率明显低于本体1的导热率，可以减少自加热器传导、辐射至熔汤300边缘处的热量，有利于降低熔汤300边缘处的温度，由于在晶体生长过程中，石英坩埚在高温环境下分解成氧原子和硅原子并进入熔汤中，从而有利于削弱熔汤300边缘处的氧溶解速度、降低氧含量，进而提升晶棒的品质。
49.而且，在本体1的纵截面上，凹槽1b的形状适于与高温区的等温线r的部分的形状相一致，则凹槽1b的形状根据高温区的等温线r的形状来设置，从而使得凹槽1b可以与高温区相匹配，以有效减小高温区的区域面积，进一步有效减少自加热器传导、辐射至熔汤300高温区的热量，有利于削弱熔汤300高温区的氧溶解速度、降低氧含量，有效提升晶棒品质，且不会过多削弱石墨坩埚100的结构强度；由于每个热场的等温线都是不同的，本申请通过对坩埚半成品101、石英坩埚200以及熔汤300进行模拟的方式可以很精确地得到熔汤300高温区的等温线r，从而精确得到凹槽1b的形状，避免因经验认为某处属于高温区而实际不在高温区范围内、导致单晶炉热场结构受到影响，继而影响到晶棒的成晶率，进而本申请有利于保证晶棒的成晶率。
50.由此，根据本发明实施例的单晶炉的石墨坩埚100，通过对坩埚半成品101、石英坩埚200以及熔汤300进行热场模拟，以精确得到熔汤300的高温区的等温线r，以精确得到凹槽1b的形状，从而在石墨坩埚100应用于单晶炉中时，可以在保证石墨坩埚100结构强度的前提下，减少加热器传导、辐射至熔汤300高温区的热量，以起到减弱热传导的作用，从而可以降低熔汤300高温区的温度、降低熔汤300边缘处的温度，降低熔汤300氧含量，进而有效提升晶体的品质。
51.在一些实施例中，如图5所示，石墨坩埚100用于直拉法拉晶，在拉晶过程中，熔汤
300液位逐渐下降，在不同阶段或时刻，高温区的等温线r的位置不同，则在整个拉晶过程中具有多条等温线r，且多条等温线r随熔汤300的液位的下降由上向下布置，多条等温线r对应于坩埚半成品101的壁面上的区域为开凿区域，或者说，多条等温线r沿坩埚半成品101的径向覆盖在坩埚半成品101的壁面上的区域为开凿区域，开凿部10为多个且多个开凿部10均位于开凿区域内，从而可以根据等温线r精确得到开凿部10的设置区域，以便于简化开凿部10位置的设计，同时可以使得多个凹槽1b也位于开凿区域内，以有效保证在不同阶段，不同的凹槽1b起到减弱热传导的作用，以实现在整个拉晶过程中，凹槽1b可以减弱热传导。
52.可以理解的是，在整个拉晶过程中，如果晶棒长度连续变化，则等温线r也连续变化，从而具有无数条等温线r。上述的直拉法又称为切克劳斯基法，可以是cz法(czochralski)、ccz法(continuous cz)、mcz法(magnetic cz)等。
53.例如，本体1包括侧壁部11和底壁部12，侧壁部11形成为筒状结构，底壁部12连接在侧壁部11的底部以封闭侧壁部11的底部；当单晶炉的加热器只设在侧壁部11的径向外侧时，高温区位于熔汤300径向外侧边缘处，则多条等温线r均对应于侧壁部11布置，此时多条等温线r可以沿本体1的轴向由上向下依次布置，开凿区域位于侧壁部11上，凹槽1b只形成在侧壁部11上；当单晶炉的加热器只设在底壁部12的下侧时，高温区会位于熔汤300的底部边缘处，则多条等温线r均对应于底壁部12布置，由于底壁部12内壁对应的曲面的中部向下凹陷，则多条等温线r仍可以随熔汤300的液位的下降由上向下依次布置，开凿区域位于底壁部12上，凹槽1b只形成在底壁部12上；当单晶炉的加热器包括设在侧壁部11径向外侧的第一加热器和设在底壁部12底侧的第二加热器时，高温区会位于熔汤300的径向外侧边缘处，而如果第二加热器功率较大，高温区也会位于熔汤300底部边缘处，此时多条等温线r对应于侧壁部11和底壁部12布置，且多条等温线r由上向下依次布置，开凿区域位于侧壁部11和底壁部12上，侧壁部11和底壁部12上分别形成有凹槽1b。
54.可以理解的是，凹槽1b沿本体1的厚度方向凹入形成，或者说，凹槽1b沿本体1的径向凹入形成；例如，凹槽1b形成在侧壁部11上时，凹槽1b沿侧壁部11的厚度方向凹入形成，而凹槽1b形成在底壁部12上时，凹槽1b沿底壁部12的厚度方向凹凸形成。
55.在一些实施例中，如图4和图5所示，多个开凿部10沿本体1的轴向间隔设置，且多个开凿部10适于与多条等温线r分别对应，每个开凿部10处形成有一个凹槽1b，则凹槽1b为多个，且多个凹槽1b沿本体1的轴向间隔设置，便于保证石墨坩埚100的结构强度，减弱凹槽1b对本体1的削弱作用，相邻两个凹槽1b之间具有间隔凸起，间隔凸起的自由端的端面与其余未形成有凹槽1b的盛放腔1a的壁面位于同一光滑曲面上。
56.例如，当开凿部10仅形成在本体1的侧壁部11上时，多个开凿部10沿本体1的轴向间隔设置；当开凿部10仅形成在本体1的底壁部12上时，由于底壁部12内壁对应的曲面的中部向下凹陷，则多个开凿部10也可以沿本体1的轴向间隔设置；当侧壁部11和底壁部12上分别形成有开凿部10时，所有开凿部10可以沿本体1的轴向间隔设置。当然，开凿部10还可以为一个，此时凹槽1b为一个。
57.可以理解的是，在满足石墨坩埚100强度要求的前提下，凹槽1b在本体1径向上的深度尽可能小，凹槽1b在本体1轴向上的宽度尽可能较大，以有效提升凹槽1b减弱热传导的能力；选取的高温区的多条等温线r中任意相邻两条对应的温度差可以根据实际应用具体设置，每条等温线r对应的具体温度值可以根据实际应用具体设置。在本申请的描述中，“多
个”的含义是两个或两个以上。
58.其中，凹槽1b的形状适于与对应等温线r的部分的形状相一致。例如，选取一部分等温线r，多个开凿部10的位置可以与上述一部分等温线r的位置一一对应，则每个凹槽1b的位置可以与对应等温线r的位置相对应，例如在坩埚半成品101的轴向上，开凿部10的位置可以与对应等温线r的上端部齐平设置，从而可以根据等温线r确定凹槽1b的位置，便于简化凹槽1b位置的设计。其中，凹槽的形状适于与对应等温线的部分的形状相一致，由于与多个开凿部10对应的多条等温线r的形状一般不同，则根据等温线的形状确定对应凹槽的形状，便于使得凹槽的形状更加符合实际生产。
59.在一些实施例中，如图1和图5所示，开凿部10适于与对应等温线r的上端部齐平，例如开凿部10的顶端可以与对应等温线r的顶端齐平，以便于根据选取的等温线r的位置快速确定开凿部10的位置，同时单晶炉的加热器包括设在石墨坩埚100径向外侧的部分，熔汤300高温区的等温线r在上端具有凸部，开凿部10可以与该凸部对应设置，以有效降低熔汤300边缘处的温度，从而降低熔汤300氧含量。
60.例如，当本体1的侧壁部11上形成有开凿部10时，相应等温线r对应于侧壁部11布置，等温线r的趋势与侧壁部11的内壁形状有关，每条等温线r的整体趋势由上向下延伸，开凿部10适于与对应等温线r的上端部齐平；当本体1的底壁部12上形成有开凿部10时，相应等温线r对应于底壁部12布置，等温线r的趋势与底壁部12的内壁形状有关，由于底壁部12内壁对应的曲面的中部向下凹陷，每条等温线r的整体趋势由上向下延伸，开凿部10适于与对应等温线r的上端部齐平。当然，开凿部10的设置位置不限于此。
61.在一些实施例中，如图1所示，本体1包括侧壁部11和底壁部12，侧壁部11形成为筒状结构，底壁部12连接在侧壁部11的底部以封闭侧壁部11的底部，凹槽1b形成在侧壁部11和/或底壁部12上。例如，当单晶炉的加热器只设在石墨坩埚100的径向外侧时，凹槽1b可以形成在侧壁部11上；当单晶炉的加热器包括设在石墨坩埚100径向外侧的第一加热器和设在石墨坩埚100底侧的第二加热器时，如果第二加热器功率较大，高温区会位于石墨坩埚100的底部，此时侧壁部11和底壁部12上可以分别形成有凹槽1b。由此，凹槽1b位置设置灵活，便于满足实际差异化需求。
62.需要说明的是，在本申请的描述中，“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案；例如，凹槽1b形成在侧壁部11和/或底壁部12上，包括：1、侧壁部11上形成有凹槽1b，底壁部12上未形成有凹槽1b；2、侧壁部11上未形成有凹槽1b，底壁部12上形成有凹槽1b；3、侧壁部11和底壁部12上分别形成有凹槽1b。
63.其中，“筒状结构”应作广义理解，包括但不限于此圆筒结构、锥筒结构、多边形筒状结构。
64.在一些实施例中，凹槽1b内填充有隔热件，隔热件的导热率低于本体1的导热率，以保证凹槽1b可以减弱加热器与熔汤300之间的热传导。
65.可以理解的是，当凹槽1b为一个时，该凹槽1b内可以填充有隔热件；当凹槽1b为多个时，多个凹槽1b中的至少一个内填充有隔热件。
66.当然，凹槽1b内还可以不填充其他部件，则当石墨坩埚100应用于单晶炉时，石英坩埚200安装于盛放腔1a，此时凹槽1b内为空气，空气的导热率远小于石墨的导热率，同样
可以达到减弱热传导的作用。
67.在一些实施例中，隔热件为碳纤维材料件。碳纤维材料件有明显的各向异性，在垂直于碳纤维长丝的方向，碳纤维材料件的导热和导电性能较差，具有良好的保温、隔热作用，同时碳纤维材料件具有良好的耐高温性，以保证在高温下碳纤维材料件的使用可靠性。
68.当然，隔热件还可以为其他材料件，而不限于碳纤维材料件。
69.在一些实施例中，如图5所示，等温线r的上端部具有弯折部分以形成凸部，凹槽1b的形状适于与等温线r的上端部的形状相一致，以实现凹槽1b的设置。
70.可以理解的是，当本体1的侧壁部11上形成有开凿部10时，相应等温线r的整体趋势由上向下延伸，侧壁部11上的凹槽1b适于与对应等温线r的上端部的形状相一致；当本体1的底壁部12上形成有开凿部10时，相应等温线r的整体趋势由上向下延伸，底壁部12上的凹槽1b适于与对应等温线r的上端部的形状相一致。
71.根据本发明第二方面实施例的坩埚组件1000，如图3所示，坩埚组件1000包括石墨坩埚100和石英坩埚200，石英坩埚200安装于石墨坩埚100的盛放腔1a。其中，石墨坩埚100为根据本发明上述第一方面实施例的单晶炉的石墨坩埚100。
72.根据本发明实施例的坩埚组件1000，通过采用上述的石墨坩埚100，可以在保证坩埚组件1000使用可靠的前提下，降低坩埚组件1000内熔汤300边缘处的温度，从而降低熔汤300氧含量，有效提升晶体的品质。
73.根据本发明第三方面实施例的单晶炉，包括炉体和坩埚组件1000，坩埚组件1000设在炉体内。其中，坩埚组件1000为根据本发明上述第二方面实施例的坩埚组件1000。
74.根据本发明实施例的单晶炉，通过采用上述的坩埚组件1000，可以降低坩埚组件1000内熔汤300边缘处的温度，从而降低熔汤300氧含量，提升单晶炉生产的晶棒的品质。
75.根据本发明实施例的单晶炉的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
76.根据本发明第四方面实施例的石墨坩埚100的制造方法，石墨坩埚100为根据本发明上述第一方面实施例的单晶炉的石墨坩埚100，石墨坩埚100的制造方法包括以下步骤：
77.s1：对坩埚半成品101、与坩埚半成品101适配的石英坩埚200以及盛装于石英坩埚200内的熔汤300进行热场模拟。
78.s2：提取步骤s1中的模拟结果，得到熔汤300的高温区的等温线r，高温区的温度高于熔汤300的其余任一区域的温度，则高温区为熔汤300温度最高的区域。
79.s3：在坩埚半成品101的纵截面上，根据等温线r的形状确定凹槽1b的形状，例如在坩埚半成品101的纵截面上，凹槽1b的形状可以与对应等温线r的上端部的形状一致，并在开凿部10处加工凹槽1b，以形成本体1。显然，坩埚半成品101构造成在坩埚半成品101的内壁面上加工出凹槽1b以形成本体1，石英坩埚200也可以与本申请中的石墨坩埚100相适配。
80.这里，需要说明的是，各步骤之间可以具有先后顺序，而同一步骤中、各动作先后顺序不是固定的。例如，步骤s1、步骤s2和步骤s3先后依次进行，使得步骤s1中的“热场模拟”位于步骤s2中的“得到等温线r”之前。
81.由此，根据本发明实施例的石墨坩埚100的制造方法，通过对坩埚半成品101、石英坩埚200以及熔汤300进行热场模拟，以精确得到熔汤300的高温区的等温线r，并根据等温线r的形状确定凹槽1b的形状，可以有效减少加热器传导、辐射至熔汤300高温区的热量，降
低熔汤300边缘处的温度，从而降低熔汤氧含量，有利于提升晶棒品质。
82.在一些实施例中，步骤s1中的热场模拟可以选取晶棒生长阶段进行热场模拟。其中，热场模拟的参数可以采用晶棒生长阶段中的参数，使得模拟结果更加符合实际应用。
83.在一些实施例中，在步骤s1中，将坩埚半成品101用于直拉法拉晶进行热场模拟，以在步骤s2中得到多条等温线r，多条等温线r随熔汤300的液位的下降由上向下布置，多条等温线r对应于坩埚半成品101的壁面上的区域为开凿区域。步骤s3还包括：在开凿区域内确定开凿部10的位置。
84.在一些实施例中，如图所示，在开凿区域内确定开凿部10的位置，包括：将等温线r导入坩埚半成品101的图纸中，以确定开凿区域；选取多条等温线r中的一部分，并根据选取的等温线r的位置确定开凿部10的位置，例如多个开凿部10可以与选取的多条等温线r的上端部一一对应齐平，以便于精确确定开凿部10和凹槽1b的位置。
85.例如，将等温线r按照1：1的比例导入坩埚半成品的cad图纸中，则等温线r上任意点的坐标即为该点的实际坐标，以便根据多条等温线r的位置快速确定开凿区域，合理选择多条等温线r以确定开凿部10的位置，简单、便捷。可以理解的是，选取的等温线r表示的具体温度值可以根据实际要求选取。
86.如图9和图10所示，示出了坩埚半成品101(即方案一，未设置凹槽1b)、本申请设置凹槽1b且在凹槽1b内填充隔热件的石墨坩埚100(方案二)以及本申请设置凹槽1b且凹槽1b内并未填充材料件的石墨坩埚100(方案三)三种方案的热场模拟结果示意图，图10中“200
‑
origin”对应于方案一，“200
‑
fiber”对应于方案二，“200
‑
none”对应于方案三，且图10中示出了图9中三种方案熔汤高温区的等温线，通过对比可以得出，根据本申请的方案二和方案三，高温区(≥1696.5k)区域相比于方案一显著减小，且方案三更为明显，高温区下移仅有少部分落在开凿部，由此真空槽有效减弱热量向熔汤传入。显然，凹槽1b有效减少了传递至熔汤300的热量。
87.如图11和图12所示，示出了坩埚半成品(即方案一，未设置凹槽1b)和在凹槽1b填充隔热件(方案二)两种方案的坩埚内壁温度分布对比以及熔汤边缘氧含量对比，可以明显看出，方案二高温区温度较方案一降低1
‑
2℃，熔汤300边缘氧含量也相应减少，高温区温度与坩埚氧释放相关性明显。
88.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
89.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
90.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、
“
示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
91.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。