石墨坩埚的制作方法

1.本实用新型涉及硅产品生产设备技术领域，尤其涉及一种石墨坩埚。


背景技术：

2.直拉法生产单晶硅是目前制备单晶硅的最主要方法，热场系统是硅材料成晶的最重要的条件之一，热场的温度梯度分布直接影响着是否能顺利地拉出单晶和控制单晶的质量好坏，而用于承载装有熔硅原料和石英坩埚的石墨坩埚是热场系统中的关键核心部件。石墨坩埚主要用于高温承载装满熔硅原料的石英坩埚，不仅要承载石英坩埚和熔硅原料的重量，而且还要保证高温石英坩埚变软后，熔硅不会泄漏出来，并且在拉晶过程中要承载熔硅做旋转运动。多晶硅原料融化温度在1600℃左右，在这一高温情况下，石墨坩埚与石英坩埚直接接触发生化学反应：2c+sio2＝si+2co，生成的气体由于无法排出，长时间累积就会导致石英坩埚发生鼓包现象，该鼓包在长晶过程会严重影响单晶的正常生长，并会对内部热场造成一定的损害。同时，长晶过程中，由于石墨坩埚的特殊结构：上部主要为等内径的垂直结构，而下部则为r形结构，加上工艺过程中坩埚会保持转动，此时由于离心作用石英坩埚内壁和石墨坩埚紧贴，这样就会更为加剧石墨坩埚与石英坩埚之间的反应，使得石墨坩埚内表面被逐渐腐蚀，从而导致石墨坩埚下部厚度减小；现有工艺过程中当石墨坩埚使用至一定次数后，由于石墨坩埚下部厚度变化，会使石英坩埚发生形变，从而影响熔体对流和热分布，甚至会导致晶体失去单晶特性，影响产品良率。因此如何解决石墨坩埚在实际使用过程中存在的以上技术问题，同时提升单晶品质，成为加工单晶硅棒的关键。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种石墨坩埚，解决石墨坩埚使用寿命无法量化评价的问题。
4.为了达到上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案是：一种石墨坩埚，包括坩埚主体，所述坩埚主体的侧壁包括竖直部和弯曲部，所述弯曲部上设置有由所述弯曲部的内侧面向所述弯曲部的外侧面延伸的凹槽。
5.可选的，所述凹槽的延伸方向与所述竖直部相平行，或者所述凹槽的延伸方向与所述凹槽处的切线相垂直。
6.可选的，所述凹槽设置于所述弯曲部靠近所述竖直部的一端。
7.可选的，所述凹槽的深度为3-5mm。
8.可选的，所述凹槽的径向截面为圆形或方形。
9.可选的，所述凹槽的径向截面为圆形，该圆形的直径为7-9mm。
10.可选的，所述坩埚主体包括多个瓣体，相邻两个所述瓣体之间具有接缝，至少一个所述瓣体的内表面设置有与所述接缝连通的排气槽。
11.可选的，所述排气槽包括第一子排气槽，所述第一子排气槽的一端靠近所述坩埚主体的顶部设置，所述第一子排气槽的另一端延伸至所述接缝处。
12.可选的，所述凹槽设置于所述排气槽的底部。
13.可选的，还包括坩埚托盘和坩埚轴，所述坩埚主体的底部设置有凸起，所述坩埚托盘的承载面上设置有与所述凸起相配合的凹部，所述坩埚轴支撑于所述坩埚托盘远离所述承载面的一侧。
14.本实用新型的有益效果是：通过所述凹槽的设置，通过所述凹槽的深度变化来获得石墨坩埚的厚度变化，以评价石墨坩埚的使用寿命。
附图说明
15.图1表示本实用新型实施例中的石墨坩埚的结构示意图一；
16.图2表示本实用新型实施例中的石墨坩埚的结构示意图二；
17.图3表示本实用新型实施例中的石墨坩埚的部分结构示意图。
具体实施方式
18.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
19.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.参考图1和图2，本实施例提供一种石墨坩埚，包括坩埚主体1，所述坩埚主体1的侧壁包括竖直部101和弯曲部102，所述弯曲部102上设置有由所述弯曲部102的内侧面向所述弯曲部102的外侧面延伸的凹槽11。
21.生产过程中，由于溶液整体的重量及转动所产生的离心作用，导致石英坩埚与石墨坩埚底部部分紧密贴合，高温条件下，会加剧石英和石墨的反应，进而导致石墨坩埚内表面因反应导致厚度变化。本实施例中通过所述凹槽11的深度变化，可以获得所述石墨坩埚的厚度变化，从而实现评价石墨坩埚使用寿命的目的。
22.在实际使用过程中只需要对所述凹槽11的深度进行测量，获得所述凹槽11的深度变化值δh，将δh与特定参考值进行比对，以确定石墨坩埚的使用寿命；所述特定参考值可根据实际需要设定，例如，可将所述凹槽11的初始深度设定为特定参考值，当所述凹槽11消失的时候即可将石墨坩埚判定为报废，但并不以此为限。
23.需要说明的是，石墨坩埚不同的位置处的厚度变化是不同的，在厚度变化比较大的位置设置所述凹槽11，所述凹槽11的初始深度较大，避免所述凹槽11过早的消失而导致无法精确的评价石墨坩埚的使用寿命，而由于溶液整体的重量及转动所产生的离心作用，导致石英坩埚与石墨坩埚下半部分紧密贴合，高温条件下，会加剧石英和石墨的反应，进而导致石墨坩埚内表面因反应导致厚度变化，因此，本实施例中，将所述凹槽11设置在所述弯曲部102。
24.在离心力的作用下，石墨坩埚的厚度变化是由所述弯曲部102的两端向所述弯曲部102的中心逐渐增大的，因此，所述凹槽11可以设置于所述弯曲部102靠近所述竖直部101的一端，或者所述凹槽11设置于所述弯曲部102远离所述竖直部101的一端，以减小所述凹槽11的初始深度。
25.参考图3，图3中虚线表示发生厚度变化后的内壁的位置，在实际使用过程中，选取不同的点对石墨坩埚的厚度变化进行测验，获得以下数据厚度变化值δh＝h-h：
[0026] abcdeδh/mm23543
[0027]
可见，所述弯曲部102靠近所述竖直部101的一端的a点处厚度变化值δh最小，因此，在一实施方式中，所述凹槽11可以设置于所述弯曲部102靠近所述竖直部101的一端。
[0028]
示例性的，所述凹槽11的延伸方向与所述竖直部101相平行，或者所述凹槽11的延伸方向与所述凹槽11处的切线相垂直。
[0029]
本实施例中，所述坩埚主体1包括多个瓣体，在每个所述瓣体上设置至少一个所述凹槽11，以评价每个瓣体的使用寿命，但并不以此为限。
[0030]
所述凹槽11的设置数量可根据实际需要设定，过多的所述凹槽11的设置会影响所述石墨坩埚的强度，在一实施方式中，每个所述瓣体上设置一个所述凹槽11，但并不以此为限。
[0031]
示例性的，所述凹槽11的深度为3-5mm。
[0032]
示例性的，在所述凹槽11的深度方向，所述凹槽11的深度与所述侧壁的厚度的比值为1:3-1:5，但并不以此为限，在一实施方式中，在所述凹槽11的深度方向，所述凹槽11的深度与所述侧壁的厚度的比值为1:4。
[0033]
示例性的，所述凹槽11的径向截面为圆形或方形，或者其他形状，在此并不做限制。
[0034]
示例性的，所述凹槽11的径向截面为圆形，该圆形的直径为7-9mm，例如可以选择为8mm。
[0035]
示例性的，所述坩埚主体1包括多个瓣体，相邻两个所述瓣体之间具有接缝，至少一个所述瓣体的内表面设置有与所述接缝连通的排气槽。
[0036]
所述排气槽的设置可以导出所述石墨坩埚与石英坩埚之间的气体，避免石英坩埚的变形。
[0037]
所述排气槽的具体结构形式可以有多种，示例性的，所述排气槽包括第一子排气槽12，所述第一子排气槽12的一端靠近所述坩埚主体1的顶部设置，所述第一子排气槽12的另一端延伸至所述接缝处。
[0038]
示例性的，所述第一子排气槽12的一端可以贯穿所述顶部，以使得气体从所述石墨坩埚的顶部排出。
[0039]
本实施例中示例性的，每个所述瓣体上设置有至少一条所述第一子排气槽12。
[0040]
所述第一子排气槽12的数量可以根据实际需要设定，所述第一子排气槽12的数量越多则气体通道越多，利于气体的排出。
[0041]
所述坩埚主体1的底部为球状，每条所述第一子排气槽12的延伸方向经过所述坩埚主体1的底部的中心，减小气体流通路径，利于气体的排出。
[0042]
示例性的，所述排气槽还包括第二子排气槽13，所述第二子排气槽13与所述第一子排气槽12交叉设置。所述第一子排气槽12和所述第二子排气槽13沿不同的方向延伸设置，且所述第一子排气槽12和所述第二子排气槽13相互连通，以有效的排出气体。
[0043]
示例性的，所述第二子排气槽13位于所述弯曲部102，且沿所述坩埚主体1的周向方向延伸设置。
[0044]
示例性的，所述第一子排气槽12和所述第二子排气槽13的相接处为圆角，即所述第一子排气槽12和所述第二子排气槽13的相接处圆滑过渡，利于气体的流动，减少阻力。
[0045]
构成所述坩埚主体1的瓣体的结构是相同的，所述第二子排气槽13位于所述竖直部101和弯曲部102的交接处，即石英坩埚容易发生鼓包变形的位置，有效的防止石英坩埚的变形，因此，多个所述瓣体上的所述第二子排气槽13首尾相接形成一个环状结构，有效的排出气体，防止石英坩埚的变形。
[0046]
示例性的，所述凹槽11设置于所述排气槽的底部，即所述凹槽11和所述排气槽集成设置，选取所述排气槽的预设区域复用为所述凹槽11，例如所述排气槽位于所述弯曲部102靠近所述竖直部101的一端的第一区域为所述凹槽11。
[0047]
采用上述方案，无需额外制作所述凹槽11，简化工艺。
[0048]
示例性的，还包括坩埚托盘2和坩埚轴3，所述坩埚主体1的底部设置有凸起，所述坩埚托盘2的承载面上设置有与所述凸起相配合的凹部，所述坩埚轴3支撑于所述坩埚托盘2远离所述承载面的一侧。
[0049]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。