一种单晶炉用底部加热器的制作方法

本实用新型涉及热场系统技术领域，具体是一种单晶炉用底部加热器。

背景技术：

直拉(czochralski)法(简称cz法)晶体生长技术是太阳能级和半导体级硅单晶生长的最主要方法。cz法的工艺流程是：先将一定量的多晶硅原料放入坩埚中，加热至熔化(温度高达1600℃)，在拉杆下端装夹籽晶(即晶种)，沉浸到熔化的晶体原料中，提拉杆缓缓向上提拉，同时缓慢旋转，最终生长出圆柱体形状的单晶硅棒。整个单晶生长过程大致分为六个阶段：1、装料和熔料；2、籽晶与熔硅的熔接；3、引细颈；4、放肩和转肩；5、等径生长；6、收尾；其中等径生长约占整个生长时间的80％。

众所周知，单晶硅棒越大，产品品质就越好，单位成本也随之降低。但是，增加硅棒尺寸，热场系统的尺寸也相应增加。目前，单晶硅棒生产企业均在将小容量的热场改大，投料量从原来的90kg左右(20inch)增加到150kg(22或23inch)以上，有的厂家甚至将原来的150kg左右(24inch)增加到200kg(26inch)以上，显著增加了热场控制的难度。传统的加热方法是采用单一的侧部加热器，但是已经难以满足热场的均匀性要求。为此，目前运行的大尺寸单晶炉(26inch以上)都在尝试采用双加热结构，也就是在原来环形加热的基础上增加一个底部加热器，这样可以提高热场的均匀性，缩短化料时间，有效解决热场控制难及熔硅再结晶的问题。

中国专利cn201501940u中公开了直拉单晶炉加热器，为一个石墨材质的圆周均匀分布的底部加热器，该底部加热器采用单层平面扇形结构，离圆心越近，单位空间的发热面积越大，在使用时会导致离圆心不同距离的点上发热不均匀；同时，由于该加热器采用石墨材料制备，且设计为条状的扇形结构，加工困难，容易折断，维修也不方便。

中国专利cn203625526u公开了单晶炉用底部加热器，其蛇形发热部分采用并联方式，且长度较短，为了提高电阻，有时只能减小横截面积或减薄厚度，由于石墨性脆，强度低，横截面积较小容易折断；炭-炭复合材料的加热器因比较薄，造成变形较大，生产加工比较困难，且材料利用率偏低。此外，该底部加热器为单层平面结构，坩埚距离底部加热器较远，温度相对较低，热场的径向温度均匀性较差。

技术实现要素：

本实用新型针对所要解决的技术问题，提供一种单晶炉用底部加热器，实现坩埚底部的受热均匀，热场的径向温度场均匀。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种单晶炉用底部加热器，包括相互连接的加热器主体和加热器脚，所述加热器主体的截面呈等厚度碗状结构，所述加热器主体上沿碗状弧面均匀开设有多条长槽，所述长槽包括相互交错布置的第一长槽和第二长槽；

设所述加热器主体靠近所述加热器脚的一端为底部、远离所述加热器脚的一端为顶部；所述第一长槽由所述加热器主体的底部向上延伸形成，所述第二长槽由所述加热器主体的顶部向下延伸形成。

进一步的，所述加热器主体和加热器脚为一体成型结构。

在另一个优选方案中，所述加热器主体和加热器脚可拆卸地连接。

进一步的，所述加热器脚至少包括两条支腿，每条所述支腿上至少开设有一个固定孔。

进一步的，所述加热器主体的热态电阻为0.040～0.047ω。

进一步的，所述加热器主体的厚度为20～30mm。

进一步的，所述长槽的数量为24～36道。

进一步的，所述长槽的宽度为5～10mm。

进一步的，所述加热器主体呈中心对称结构。

进一步的，所述加热器主体和加热器脚均采用等静压石墨材料制作而成，所述等静压石墨的密度≥1.78g/cm³，所述等静压石墨的抗弯强度≥35mpa。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处是：

本实用新型提供的单晶炉用底部加热器将加热器主体设计为等厚度碗状结构，该碗状结构与坩埚底部形状一致或接近使得本实用新型的各处距离坩埚底部等距或接近等距，从而确保坩埚底部受热均匀，热场的径向温度场均匀，提高本实用新型的发热效率，较现有技术中采用单层平面结构的底部发热器熔料阶段时间减少了5％-10％。在加热器主体上沿碗状弧面开设相互交错的多条长槽，且以碗状结构的中心向外呈辐射状，便于在本实用新型在高温状态时以辐射传递的方式传递热量，进而提高坩埚的受热均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

下面结合附图对本实用新型进一步说明：

图1是本实用新型所述单晶炉用底部加热器的全剖视图；

图2是本实用新型所述单晶炉用底部加热器的俯视图；

1、加热器主体；2、加热器脚；11、第一长槽；12、第二长槽；21、支腿；22、固定孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

实施例一

如附图1至图2所示的一种单晶炉用底部加热器，主要用于在太阳能级和半导体级硅单晶制造过程中对装有多晶硅原料的坩埚的底部进行加热，具体包括相互连接的加热器主体1和加热器脚2，所述加热器主体1的截面呈等厚度碗状结构，该碗状结构与坩埚底部形状一致或接近使得本实施例的各处距离坩埚底部等距或接近等距，从而确保坩埚底部受热均匀，热场的径向温度场均匀，提高本实用新型的发热效率，较现有技术中采用单层平面结构的底部发热器在熔料阶段时间减少了5％-10％。

所述加热器主体1上沿碗状弧面均匀开设有多条长槽，所述长槽包括相互交错布置的第一长槽11和第二长槽12；设所述加热器主体1靠近所述加热器脚2的一端为底部、远离所述加热器脚2的一端为顶部；所述第一长槽11由所述加热器主体1的底部向上延伸形成，所述第二长槽12由所述加热器主体1的顶部向下延伸形成。在加热器主体1上沿碗状弧面开设相互交错的多条长槽，且以碗状结构的中心向外呈辐射状，便于在本实用新型在高温状态时以辐射传递的方式传递热量，进而提高坩埚的受热均匀性。

在本实施例中，所述加热器主体1和加热器脚2为一体成型结构，采用这种方式方便本实施例的加工。

在本实用新型的另一个实施例中，所述加热器主体1和加热器脚2可拆卸地连接，采用这种方式方便本实施例的更换和维护。

在本实施例中，所述加热器主体1呈中心对称结构。

在本实用新型的另一个实施例中，所述加热器主体1呈旋转对称结构。

在本实施例中，所述加热器脚2包括两条支腿21，每条所述支腿21上开设有一个固定孔22，支腿21和固定孔22用于将本实施例固定安装在单晶炉内，可根据具体的单晶炉型号设计或选择。

在本实用新型的另一些实施例中，所述加热器脚2包括多条支腿21，每条所述支腿21上开设有一个或多个固定孔22。

在本实施例中，所述加热器主体1的热态电阻为0.040ω；所述加热器主体1的厚度为20mm；所述长槽的数量为24道；所述长槽的宽度为10mm。

作为优选，所述加热器主体1和加热器脚2均采用等静压石墨材料制作而成，所述等静压石墨的密度≥1.78g/cm³，所述等静压石墨的抗弯强度≥35mpa。

本实用新型的具体使用过程是：

首先，通过支腿21和固定孔22将本实施例固定安装在单晶炉内，在制造太阳能级和半导体级硅单晶时，将一定量的多晶硅原料放入坩埚中，将坩埚置于本实施例的加热器主体1内，此时，加热器主体1的内壁面与坩埚的外壁面的距离相等或接近相等，从而确保坩埚底部受热均匀，热场的径向温度场均匀，提高本实施例的发热效率；加热器升温至1600℃，在在拉杆下端装夹籽晶沉浸到熔化的晶体原料中，提拉杆缓缓向上提拉，同时缓慢旋转，最终生长出圆柱体形状的单晶硅棒。

实施例二

如附图1至图2所示的一种单晶炉用底部加热器，具体包括相互连接的加热器主体1和加热器脚2，所述加热器主体1的截面呈等厚度碗状结构，该碗状结构与坩埚底部形状一致或接近使得本实施例的各处距离坩埚底部等距或接近等距。

与实施例一的区别在于：在本实施例中，所述加热器主体1的热态电阻为0.047ω；所述加热器主体1的厚度为30mm；所述长槽的数量为36道；所述长槽的宽度为5mm，其余部分与实施例一相同。

实施例三

如附图1至图2所示的一种单晶炉用底部加热器，具体包括相互连接的加热器主体1和加热器脚2，所述加热器主体1的截面呈等厚度碗状结构，该碗状结构与坩埚底部形状一致或接近使得本实施例的各处距离坩埚底部等距或接近等距。

与实施例一的区别在于：在本实施例中，所述加热器主体1的热态电阻为0.044ω；所述加热器主体1的厚度为25mm；所述长槽的数量为30道；所述长槽的宽度为8mm，其余部分与实施例一相同。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。