单晶炉的热场结构以及单晶炉的制作方法

本发明属于单晶硅领域，具体而言，本发明属于单晶炉的热场结构以及单晶炉。

背景技术：

随着长晶炉使用二次或多次加料，单炉生长时间加长，石墨材长时间与气化si反应，一部分生成siox，另一部分形成sic，但大部分气化si则随着真空系统被排出，形成siox部分，siox+c→sio+co2，siox会侵蚀石墨材质零件。此外，另一部分形成的sic会沉积下来，造成石墨材质异常堆积面，由于石墨与sic的热膨胀系数不同，影响到正常零件的紧密组合。随着影响缝隙变化加剧，可能造成零件无法组装，更进一部影响到周边相配合零组件。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够有效降低碳碳坩埚受siox侵蚀的单晶炉的热场结构和单晶炉。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种单晶炉的热场结构，根据本发明的实施例，包括：

石墨承盘；

碳碳坩埚，所述碳碳坩埚设置在所述石墨承盘上；

保护部件，所述保护部件设置在所述碳碳坩埚底表面和/或部分侧面上，且适于防止碳碳坩埚受siox侵蚀。

由此，通过在碳碳坩埚底表面和/或一部侧面上设置保护部件，不仅可以对碳碳坩埚的底表面进行保护，减少碳碳坩埚上裸露在外碳碳复合材受到siox的侵蚀破坏，延长碳碳坩埚的使用寿命，减少更换次数。同时在碳碳坩埚底表面和/或部分侧面上设置保护部件，还可以达到填充石墨承盘与碳碳坩埚之间缝隙的效果，进而对石墨承盘也起到的保护作用。

另外，根据本发明上述实施例的单晶炉的热场结构还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述保护部件包括：石墨承盘台阶、石墨纸和涂层中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，所述石墨承盘台阶设置在所述石墨承盘上，且向上延伸包裹所述碳碳坩埚的底端。

在本发明的一些实施例中，所述石墨承盘台阶的外表面形成为斜面。

在本发明的一些实施例中，所述石墨阶梯台阶的高度为1-20mm，宽度为1～10mm

在本发明的一些实施例中，所述石墨纸覆盖在所述碳碳坩埚的底表面且延伸至所述碳碳坩埚的侧面，所述石墨纸的外沿距离所述碳碳坩埚的底表面100～400mm。

在本发明的一些实施例中，所述石墨纸的厚度为0.1mm-10mm。

在本发明的一些实施例中，所述石墨纸的灰度为1-100ppm。

在本发明的一些实施例中，所述涂层形成在所述碳碳坩埚的底表面且延伸至所述碳碳坩埚的侧面，所述涂层的外沿距离所述碳碳坩埚的底表面1-30mm。

在本发明的一些实施例中，所述涂层包括两层，其中，第一层所述涂层形成在所述碳碳坩埚的底表面且延伸至所述碳碳坩埚的侧面，第一层所述涂层的外沿距离所述碳碳坩埚的底表面1-30mm；第二层所述涂层形成在所述石墨承盘的上表面且延伸至所述石墨承盘的侧面，第二层所述涂层的外沿距离所述石墨承盘的上表面1-10mm。

在本发明的一些实施例中，所述涂层的厚度为1-200um。

在本发明的一些实施例中，所述涂层为碳化硅涂层或石墨烯涂层。

在本发明的一些实施例中，所述保护部件包括：所述石墨纸和所述涂层，所述石墨纸设置在所述涂层的外表面上。

在本发明的一些实施例中，所述保护部件包括：所述石墨承盘台阶和所述涂层，所述石墨承盘台阶包裹在所述涂层的外表面上。

在本发明的一些实施例中，所述保护部件包括：所述石墨承盘台阶和所述石墨纸，所述石墨承盘台阶包裹在所述石墨纸的外表面上。

在本发明的一些实施例中，所述保护部件包括：石墨承盘台阶、石墨纸和涂层，所述石墨纸设置在所述涂层的外表面上，所述石墨承盘台阶包裹在所述石墨纸的外表面上。

根据本发明的另一个方面，本发明还提出了一种单晶炉，根据本发明的实施例，该单晶炉具有前面实施例所述的单晶炉的热场结构。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的单晶炉的热场结构的结构示意图。

图2是根据本发明另一个实施例的单晶炉的热场结构的结构示意图。

图3是根据本发明再一个实施例的单晶炉的热场结构的结构示意图。

图4是根据本发明再一个实施例的单晶炉的热场结构的结构示意图。

图5是根据本发明再一个实施例的单晶炉的热场结构的结构示意图。

图6是根据本发明再一个实施例的单晶炉的热场结构的结构示意图。

图7是根据本发明再一个实施例的单晶炉的热场结构的结构示意图。

图8是根据本发明再一个实施例的单晶炉的热场结构的结构示意图。

图9是根据本发明再一个实施例的单晶炉的热场结构的结构示意图。

图10是根据本发明再一个实施例的单晶炉的热场结构的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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组件或具有相同或类似功能的组件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种单晶炉的热场结构，如图1所示，根据本发明的实施例，包括：石墨承盘100；碳碳坩埚200，碳碳坩埚200设置在石墨承盘100上；保护部件300，保护部件300设置在碳碳坩埚200底表面和/或部分侧面上，且适于防止碳碳坩埚200受siox侵蚀。

由此，通过在碳碳坩埚200底表面和/或部分侧面上设置保护部件300，由此不仅可以对碳碳坩埚200的底表面进行保护，减少碳碳坩埚200上裸露在外碳碳复合材受到siox的侵蚀破坏，延长碳碳坩埚的使用寿命，减少更换次数。同时在碳碳坩埚200底表面和/或部分侧面上设置保护部件300，还可以达到填充石墨承盘100与碳碳坩埚200之间缝隙的效果，进而对石墨承盘100也起到的保护作用。

根据本发明的具体实施例，保护部件300可以包括：石墨承盘台阶310、石墨纸320和涂层330中的至少一种。

根据本发明的具体实施例，如图2所示，保护部件300可以为石墨承盘台阶310。具体地，石墨承盘台阶310设置在石墨承盘100上，且向上延伸包裹碳碳坩埚200的底端。由此，该石墨承盘台阶310可以有效地对碳碳坩埚200的底端进行保护，同时还对石墨承盘100与碳碳坩埚200之间缝隙进行了密封，由此可以有效地达到降低或避免碳碳坩埚20受siox的侵蚀破坏的目的。同时对其缝隙进行密封也避免了碳碳坩埚200受siox的侵蚀产生的sic堆积在缝隙中，影响正常零件的紧密组合。

根据本发明的具体实施例，如图2所示，石墨承盘台阶310的外表面形成为向下向外的斜面311。此处向下向外可以理解为以碳碳坩埚的内部中心为基准。由此，通过形成该斜面311可以减少sic的堆积，尤其避免了sic往石墨承盘内层的堆积。进而有效对石墨承盘以及热场结构中其他部件进行了保护，避免了sic堵塞造成零部件间的磨损。

根据本发明的具体实施例，石墨承盘台阶310上形成的斜面311的坡度可以为30-60度，优选45度。通常石墨承盘的直径和碳碳坩埚的直径是固定的。因此，如果石墨承盘台阶310的坡度过小，则石墨承盘高度就会过矮，对碳碳坩埚的侧壁包裹的高度过低，进而无法达到保护对碳碳坩埚200的底端和减少sic堆积的目的。而如果石墨承盘台阶310的坡度过大，则石墨承盘台阶310厚度就会变薄，在碳碳坩埚上的附着力降低，进而很容易崩损掉。

根据本发明的具体实施例，石墨阶梯台阶310的高度可以为1-20mm，宽度可以为1-10mm。由此可以使得石墨承盘台阶310上形成的斜面311的坡度在30-60度范围内，优选45度。具有上述尺寸的石墨阶梯台阶310可以更好对碳碳坩埚200的底端进行保护，减少sic堆积，同时对石墨承盘100与碳碳坩埚200之间缝隙进行了密封，降低或避免碳碳坩埚20受siox的侵蚀破坏的目的。

根据本发明的具体实施例，如图3所示，保护部件300可以为石墨纸320。具体地，石墨纸320覆盖在碳碳坩埚200的底表面且延伸至碳碳坩埚200的侧面。

由此，采用石墨纸320对碳碳坩埚200进行保护，可以有效避免碳碳坩埚200上裸露在外碳碳复合材受到siox的侵蚀破坏，进而可以将碳碳坩埚的使用寿命延长一倍，有效减少更换次数。而且石墨纸320还可有效阻隔碳碳坩埚200内部气体流量方向，降低sic沉积可能性，进而可以同时延长石墨承盘100和碳碳坩埚200使用寿命，具体可以延长一倍的使用寿命。另外，由于碳碳坩埚与石墨承盘会产生微小缝隙，在生产过程中，siox会进入微小缝隙流动并与石墨材产生反应，生成sic，侵蚀石墨材，影响碳碳坩埚和石墨材的组装，如果碳碳坩埚和石墨材的缝隙过大，则会直接减少使用寿命，或需要直接更换。使用石墨纸作为中间介质，利用石墨纸320柔软特性，填充在石墨承盘100与碳碳坩埚200之间的缝隙内，可以让碳碳坩埚与石墨承盘紧密结合，减少材质结合加工精密度缺陷。

根据本发明的具体实施例，石墨纸320的外沿距离碳碳坩埚200的底表面100-400mm。具体地为50mm，150mm，250mm，260mm，270mm，280mm，310mm，320mm，330mm，340mm，350mm，360mm，370mm，380mm，390mm。优选地，石墨纸320的外沿距离碳碳坩埚200的底表面200mm或者300mm。由此在对碳碳坩埚200进行有效保护的同时，不对碳碳坩埚200内的热场造成影响。

根据本发明的具体实施例，石墨纸320的外沿是指石墨纸320相对中心最外侧的边。本发明中使用的“外沿”均指某部件相对中心最外侧的边。

根据本发明的具体实施例，石墨纸的厚度为0.1mm-10mm。发明人发现，若石墨纸过厚，会出现石墨纸320与碳碳坩埚200结合不牢固，出现滑动现象，而若石墨纸过薄，其保护效果差，而且太薄的石墨纸还容易挥发、脆化，进而基本无法达到保护的效果。

根据本发明的具体实施例，优选地，石墨纸的厚度为0.4mm-0.5mm。由此该厚度的石墨纸可以牢固地与碳碳坩埚200结合，且不会挥发和脆化，还可以有效阻隔碳碳坩埚200内部气流方向，降低sic沉积可能性，进而达到持久保护碳碳坩埚200，有效延长碳碳坩埚200的使用寿命。

根据本发明的具体实施例，石墨纸的灰度为1-100ppm。优选地，石墨纸的灰度为1-30ppm，30-50ppm，50-100ppm，具体的为10ppm，20ppm，40ppm，60ppm，70ppm，80ppm，90ppm。

根据本发明的具体实施例，如图4所示，保护部件300可以为涂层330。具体地，涂层330形成在碳碳坩埚200的底表面且延伸至碳碳坩埚200的侧面。

由此，采用涂层330对碳碳坩埚200进行保护，可以有效避免碳碳坩埚200上裸露在外碳碳复合材受到siox的侵蚀破坏，进而可以将碳碳坩埚的使用寿命延长一倍，有效减少更换次数。另外，由于增加涂层330对碳碳坩埚200进行保护，减少了碳碳坩埚200受腐蚀产生的sic，进而减少了sic在石墨承盘100底部的混乱堆积，避免对其他零部件造成影响。更重要的是，发明人发现，在碳碳坩埚底部与侧面涂一层致密的涂层330，可填补碳碳坩埚埚表面上的粗糙孔，进而可以减少碳碳坩埚与石墨承盘之间的缝隙，减少生产中siox对碳碳坩埚的侵蚀。

根据本发明的具体实施例，涂层的外沿距离碳碳坩埚的底表面1-30mm，例如可以为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm。由此在对碳碳坩埚200进行有效保护的同时，不对碳碳坩埚200内的热场造成影响。发明人发现，若涂层330包裹碳碳坩埚200底端的面积过大，则造成不必要的材料浪费，而且容易影响坩埚内部热场；但是包裹面积过小则无法达到避免受到siox的侵蚀破坏的目的。。

根据本发明的具体实施例，优选地，涂层的外沿距离碳碳坩埚的底表面10-20mm，例如可以为11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm。由此可以有效避免碳碳坩埚200上裸露在外碳碳复合材受到siox的侵蚀破坏，延长碳碳坩埚的使用寿命，减少更换次数。另外，还可以有效减少了碳碳坩埚200受腐蚀产生的sic，进而减少了sic在石墨承盘100底部的混乱堆积，避免对其他零部件造成影响。

根据本发明的具体实施例，如图5所示，涂层330可以包括两层，其中，第一层涂层331形成在碳碳坩埚200的底表面且延伸至碳碳坩埚200的侧面，涂层的外沿距离碳碳坩埚的底表面1-30mm；第二层涂层332形成在石墨承盘100的上表面且延伸至石墨承盘100的侧面，涂层的外沿距离石墨承盘的上表面1-10mm。由此，通过分别采用涂层对碳碳坩埚200和石墨承盘100进行保护，可以有效避免其受siox的侵蚀破坏，有效延长碳碳坩埚200和石墨承盘100的使用寿命。同时避免受siox的侵蚀的同时还避免了产生sic，减少sic往石墨承盘内层的堆积，进而有效对石墨承盘以及热场结构中其他部件进行了保护，避免了sic堵塞造成零部件间的磨损。

根据本发明的具体实施例，涂层的厚度为1-200um。例如可以为20um、40um、60um、80um、100um、120um、140um、160um、180um、200um。若涂层的厚度过高，则成本太高，太薄则容易破裂，而且太薄容易出现不均匀现象。根据碳碳坩埚200和石墨承盘100是在高温环境下使用。因此，在其表面形成厚度为1-200um涂层，可以有效达到保护碳碳坩埚200和石墨承盘100不受siox的侵蚀的目的，进而有效延长碳碳坩埚200和石墨承盘100的使用寿命。

根据本发明的具体实施例，优选地，涂层的厚度为80um，例如可以为20um、30um、40um、50um、60um、70um、80um。由此在保证有效地防siox的侵蚀的前提下，可以尽可能地降低其成本。另外，涂层的厚度过薄还容易出现厚度不均匀的现象，而且太薄容易破裂。

根据本发明的具体实施例，上述涂层可以为碳化硅涂层或者石墨烯涂层。碳化硅涂层或者石墨烯涂层均可以通过现有的制备方法制备得到。

由此，采用碳化硅涂层或者石墨烯涂层对碳碳坩埚200进行保护，可以进一步有效避免碳碳坩埚200上裸露在外碳碳复合材受到siox的侵蚀破坏，延长碳碳坩埚的使用寿命，减少更换次数。另外，采用碳化硅涂层或者石墨烯涂层对碳碳坩埚200进行保护，可以进一步减少了碳碳坩埚200受腐蚀产生的sic，进而减少了sic在石墨承盘100底部的混乱堆积，避免对其他零部件造成影响。更重要的是，发明人发现，在碳碳坩埚底部与侧面涂一层致密的碳化硅涂层或者石墨烯涂层，可更加有效地填补碳碳坩埚表面上的粗糙孔，进而可以减少碳碳坩埚与石墨承盘之间的缝隙，减少生产中siox对碳碳坩埚的侵蚀。

根据本发明的一个实施例，如图6所示，保护部件300包括：石墨纸320和涂层330，石墨纸320设置在涂层330的外表面上。

根据本发明的具体实施例，石墨纸320和涂层330的性能参数同前面实施例中所描述的，在此不再赘述。

根据本发明的一个实施例，如图7所示，保护部300包括：石墨承盘台阶310和涂层330，石墨承盘台阶310包裹在涂层330的外表面上。若石墨承盘台阶310高度高于涂层330的外沿时，超出部分与碳碳坩埚200的侧面贴合。

根据本发明的具体示例，当保护部300既包括石墨承盘台阶310，又包括涂层330时，可以显著提高对碳碳坩埚200和石墨承盘100的保护。首先，通过在碳碳坩埚200的底表面以及底端的侧面形成涂层330，可以阻隔石墨材与碳碳材在生产中，石墨承盘100和碳碳坩埚200裸露在外的表面被siox侵蚀产生sic，进而减少产生的sic在石墨承盘100底部的混乱堆积，避免对其他零部件造成影响。而进一步在增加石墨承盘台阶310，可以减少sic的堆积，尤其避免了sic往石墨承盘内层的堆积。进而有效对石墨承盘以及热场结构中其他部件进行了保护，避免了sic堵塞造成零部件间的磨损。

根据本发明的具体实施例，当保护部300包括同时包括石墨承盘台阶310和涂层330时，其涂层330可以包括两层，其中，第一层碳化硅涂层331形成在碳碳坩埚200的底表面且延伸至碳碳坩埚200的侧面，第一层碳化硅涂层的外沿距离碳碳坩埚的底表面1-30mm；第二层碳化硅涂层332形成在石墨承盘100的上表面且延伸至石墨承盘100的侧面，第二层碳化硅涂层的外沿距离石墨承盘的上表面1-10mm。而石墨承盘台阶310同样包裹在涂层330的外表面上，若石墨承盘台阶310高度高于第一层碳化硅涂层331的外沿时，超出部分与碳碳坩埚200的侧面贴合。

由此，通过分别采用碳化硅涂层对碳碳坩埚200和石墨承盘100进行保护，并增加石墨承盘台阶310时，不仅可以有效避免其受siox的侵蚀破坏，有效延长碳碳坩埚200和石墨承盘100的使用寿命。同时避免受siox的侵蚀的同时还避免了产生sic，减少sic往石墨承盘内层的堆积，进而有效对石墨承盘以及热场结构中其他部件进行了保护，避免了sic堵塞造成零部件间的磨损。

根据本发明的具体实施例，当保护部件300包括石墨承盘台阶310和涂层330时，二者的性能参数同前面实施例中所描述的，在此不再赘述。另外，当保护部件300同时包括石墨承盘台阶310和涂层330时，二者的总厚度不易过厚，否则容易出现导热现象，影响石墨承盘的寿命。

根据本发明的一个实施例，如图8所示，保护部件300包括：石墨承盘台阶310和石墨纸320，石墨承盘台阶310包裹在石墨纸320的外表面上。若石墨承盘台阶310高度高于石墨纸320的外沿时，超出部分与碳碳坩埚200的侧面贴合。

根据本发明的具体示例，当保护部300既包括石墨承盘台阶310，又包括石墨纸320时，可以显著提高对碳碳坩埚200和石墨承盘100的保护。首先，通过在碳碳坩埚200的底表面以及底端的侧面形成石墨纸320，可以有效避免碳碳坩埚200上裸露在外碳碳复合材受到siox的侵蚀破坏，延长碳碳坩埚的使用寿命，减少更换次数。同时还可有效阻隔碳碳坩埚200内部气体流量方向，降低sic沉积可能性，进而可以同时延长石墨承盘100和碳碳坩埚200使用寿命。另外，由于石墨纸320具有柔软的致密性，填充在石墨承盘100与碳碳坩埚200之间的缝隙内，可以让碳碳坩埚与石墨承盘紧密结合，减少材质结合加工精密度缺陷。而进一步在增加石墨承盘台阶310，可以减少sic的堆积，尤其避免了sic往石墨承盘内层的堆积。进而有效对石墨承盘以及热场结构中其他部件进行了保护，避免了sic堵塞造成零部件间的磨损。

根据本发明的具体实施例，当保护部件300包括石墨承盘台阶310和石墨纸320时，二者的性能参数同前面实施例中所描述的，在此不再赘述。

根据本发明的一个实施例，如图9-10所示，保护部件300包括：石墨承盘台阶310、石墨纸320和涂层330，石墨纸320设置在涂层330的外表面上，石墨承盘台阶310包裹在石墨纸320的外表面上。

根据本发明的具体实施例，当保护部件300包括石墨承盘台阶310、石墨纸320和涂层330时，三者的性能参数同前面实施例中所描述的，在此不再赘述。

根据本发明的另一个方面，本发明还提出了一种单晶炉，根据本发明的实施例，该单晶炉具有前面实施例的单晶炉的热场结构。

由于保护部件300能够有效地达到保护石墨承盘100和碳碳坩埚200受siox侵蚀的作用，进而可以有效延长石墨承盘100和碳碳坩埚200的使用寿命，减少更换次数，降低成本。同时在减少siox侵蚀的同时，减少了sic的生成，进而避免了热场结构处堆积大量的sic，造成石墨承盘100和碳碳坩埚200以及其他零部件之间的磨损，进而可以有效提高热场结构的稳定性。因此，具有该热场结构显然可以显著提高单晶炉的性能，降低的成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。