专利名称：直拉单晶炉用组合坩埚的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直拉单晶炉用的坩埚，特别是一种用于承托石英坩埚的组合坩埚。
背景技术：
目前，在半导体和太阳能行业单晶硅的生产过程中，较多采用的是直拉法生产工艺，其所采用的设备是直拉单晶炉。利用单晶炉拉制单晶硅棒时，需要把硅料加热至1420°C 以上使其熔化，然后拉晶成型。拉制时，硅料是盛装在高纯石英坩埚内加热熔化，由于石英在1100°C以上变软，所以在石英坩埚的外面一般采用石墨坩埚来承托，同时也因为硅料和石墨接触会发生反应，所以不能直接使用石墨坩埚承载硅料。为了防止硅料的热膨胀使其开裂，石墨坩埚多加工成两瓣或者三瓣的形式，故称多瓣坩埚；多瓣坩埚下方使用埚托托住。为了保证强度，多瓣坩埚和埚托通常采用各向同性石墨制作。该种结构的坩埚在使用过程中存在的主要问题一是，多瓣坩埚上部受结构限制，厚度做不了很大，采用石墨材质， 强度差，容易开裂，影响坩埚的使用寿命，同时，多瓣式坩埚通常采用柱状整料(也有部分采用碗形材料)加工出来，加工耗材多，增加了生产成本；二是，由于采用了多瓣形式，每瓣之间有接缝，接缝处容易受Si02和Si蒸气的侵蚀、损耗，虽然有的厂家在接缝处铺设低纯度石墨纸(98% 99% )，但由于低纯度石墨纸内碱金属较多，反而加快了侵蚀的速度，坩埚使用寿命短。近年来，出现了炭/炭复合材料坩埚代替石墨坩埚，运用于单晶炉拉制单晶硅棒的生产中。炭/炭复合材料的强度比各向同性石墨强度高2. 5倍以上，因此能大大提高坩埚的使用寿命。但炭/炭复合材料坩埚是仿石墨坩埚外形生产，形状复杂制造难度大，且因炭/炭复合材料本身造价就高，坩埚制造成本高，难以得到大量的可以实现产业化的应用。因此，如何提高坩埚的使用寿命和降低生产成本成为技术人员努力研究的方向。
实用新型内容针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提供了一种新的直拉单晶炉用组合坩埚，其使用寿命长，生产成本低。本实用新型是通过如下技术方案来实现的一种直拉单晶炉用组合坩埚，包括埚托和设在埚托上部并与其配合的埚体，其特殊之处在于所述埚体包括位于上部的圆筒状的炭/炭复合材料制成的筒体和位于下部与所述筒体下端相配合的碗状石墨材质的底座， 所述底座沿周向分为至少两瓣。本实用新型中埚体采用分体式结构，其中筒体部分采用炭/炭复合材料制作，整体成型，炭/炭复合材料强度高，能大大提高坩埚的使用寿命，同时因为未开瓣，圆周方向无腐蚀接缝面，从而大大提高了其使用寿命；底座采用石墨材料制作，石墨的可加工性能良好，只需要较薄板料即可加工成型，可大大节省材料和成本。为了防止坩埚的接缝处受Si02和Si蒸气的侵蚀、损耗，缩短坩埚使用寿命，所述埚体内沿埚体内侧壁铺设有高纯度石墨纸。由于石墨纸纯度高，不会腐蚀筒体和底座，还起到了保护作用。所述石墨纸的厚度一般为0. 3mm 3mm，优选1mm。本实用新型中，筒体与底座之间的连接可采用多种结构形式，考虑到结构设计的简单及可靠性，可采用如下结构形式所述底座的上沿内侧带有台阶状配合面，所述筒体的下端与该台阶状配合面配合。由于炭/炭复合材料与各向同性石墨两者热膨胀系数不一致，所以在筒体的外径与底座的台阶配合面之间留有合适的间隙，该间隙为0. 05mm 3mm。筒体与底座之间还可采用如下结构形式所述底座的上沿外侧带有台阶状配合面，所述筒体的下端与底座的上沿配合，在筒体的外侧设有与底座台阶状配合面配合的加强环。同样，在采用上述结构的情况下，筒体的外径与加强环的内径之间也应留有合适的间隙，该间隙为0. 05mm 3mm。为了进一步卸载膨胀热应力，筒体的侧壁上开设有一条贯通其轴向长度的槽。为了同样的目的，筒体的侧壁上开设有至少一条不贯通其轴向长度的槽，一方面保证膨胀热应力能及时卸载，同时保证筒体的整体强度。本实用新型通过将埚体设计为分体式结构，并在其筒体部分采用炭/炭复合材料制作，整体成型，坩埚的强度高，使用寿命长；同时，炭/炭复合材料比各向同性石墨强度高 2. 5倍以上，相比原石墨材质能减薄一半左右的厚度，大大节省了材料；其次，在筒体不开瓣的情况下，圆周方向无腐蚀接缝面，可大大提高其使用寿命；而底座由于使用可加工性能良好的各向同性石墨材料制作，只需要较薄板料即可加工成型，加工简单，且相比原结构大大节省了材料和成本。
图1是本实用新型实施例1的结构示意图；图2是实施例1中底座的俯视示意图；图3是实施例2的结构示意图；图4是侧壁带有贯通轴向长度的槽的筒体的主视图；图5是图4的俯视图；图6是侧壁带有不贯通轴向长度的槽的筒体的主视图；图7是图6的俯视图；图8是现有技术的石墨坩埚的结构示意图；图9是直拉单晶炉装料示意图；图中，1是埚托，2是底座，3是筒体，4是加强环，5是石墨纸，6是硅料，7是石墨坩埚，8是石英坩埚，9、10是槽。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例并结合附图对本实用新型作进一步的说明实施例1[0028]如图1，图2，图4，图5所示，一种直拉单晶炉用组合坩埚，包括埚托1和设在埚托 1上部并与其配合的埚体，所述埚体包括位于上部的圆筒状的筒体3和位于下部的碗状的底座2，其中，筒体3由炭/炭复合材料制成，整体成型。底座2采用各向同性石墨制作。底座2的上沿内侧带有台阶状配合面，筒体3的下端与该台阶状配合面配合，对筒体3进行安装定位。为防止硅料热膨胀使底座2胀裂，底座2可加工成多瓣形式，两瓣以上即可，优选三瓣。本实施例中图2所示为三瓣结构，沿圆周均勻分为三瓣。在埚体内整体铺设高纯度石墨纸5，石墨纸的杂质含量小于300ppm，厚度0. 3 3mm，优选1mm，由于石墨纸纯度高，不会腐蚀筒体和底座，还起到了保护作用，可以多次重复使用。另外，由于炭/炭复合材料与各向同性石墨两者热膨胀系数不一致，所以在筒体 3的外径与底座2的台阶配合面之间应留有合适的间隙，该间隙一般为0. 05 3mm，优选 0. 8mmο为了能有效卸载膨胀热应力，筒体3在成型后也可在筒体侧壁开设一贯通其轴向长度的槽9，如图4和图5所示，用以卸载热膨胀应力；或在筒体侧壁开设至少一条不贯通其轴向长度的槽10，如图6、图7所示是在筒体侧壁上开设有两条开口相反的槽10。本实施例的其他部分采用已有技术，在此不再赘述。实施例2如附图3所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例中筒体3 与底座2之间的连接结构不同。本实施例中，底座2的上沿外侧带有台阶状配合面，所述筒体3的下端与底座2的上沿配合，在筒体3的外侧设有与底座2台阶状配合面配合的加强环4，通过加强环4对筒体3进行定位。加强环4的材质为炭/炭复合材料。本实施例的其他部分与实施例1基本相同，在此不再赘述。本实施例中，由于炭/炭复合材料与各向同性石墨两者热膨胀系数不一致，所以在筒体3的外径与加强环4的内径之间应留有合适的间隙，该间隙一般为0. 05 3mm，优选 0. 8mmο上述实施例仅用于对本发明的说明，并非对其的限制，本领域的技术人员还可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改。
权利要求1.一种直拉单晶炉用组合坩埚，包括埚托(1)和设在埚托(1)上部并与其配合的埚体， 其特征是所述埚体包括位于上部的圆筒状的炭/炭复合材料制成的筒体C3)和位于下部与所述筒体C3)下端相配合的碗状石墨材质的底座O)，所述底座( 沿周向分为至少两瓣。
2.根据权利要求1所述的直拉单晶炉用组合坩埚，其特征是所述埚体内沿埚体内侧壁铺设有高纯度石墨纸(5)。
3.根据权利要求2所述的直拉单晶炉用组合坩埚，其特征是所述石墨纸(5)的厚度为 0. 3mm 3mmο
4.根据权利要求3所述的直拉单晶炉用组合坩埚，其特征是所述石墨纸(5)的厚度为 Imm0
5.根据权利要求1或2或3或4所述的直拉单晶炉用组合坩埚，其特征是所述底座 (2)的上沿内侧带有台阶状配合面，所述筒体(3)的下端与该台阶状配合面配合。
6.根据权利要求5所述的直拉单晶炉用组合坩埚，其特征是在筒体(3)的外径与底座O)的台阶配合面之间留有0. 05mm 3mm的间隙。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的直拉单晶炉用组合坩埚，其特征是所述底座(2)的上沿外侧带有台阶状配合面，所述筒体(3)的下端与底座O)的上沿配合，在筒体(3)的外侧设有与底座O)台阶状配合面配合的加强环G)。
8.根据权利要求7所述的直拉单晶炉用组合坩埚，其特征是在筒体(3)的外径与加强环⑷的内径之间留有0.05mm-3mm的间隙。
9.根据权利要求1所述的直拉单晶炉用组合坩埚，其特征是筒体(3)的侧壁上开设有一条贯通其轴向长度的槽。
10.根据权利要求1或9所述的直拉单晶炉用组合坩埚，其特征是筒体(3)的侧壁上开设有至少一条不贯通其轴向长度的槽。
专利摘要本实用新型公开了一种直拉单晶炉用组合坩埚，是一种用于承托石英坩埚的组合坩埚。其包括埚托(1)和设在埚托(1)上部并与其配合的埚体，其特征是所述埚体包括位于上部的圆筒状的炭/炭复合材料制成的筒体(3)和位于下部与所述筒体(3)下端相配合的碗状石墨材质的底座(2)，所述底座(2)沿周向分为至少两瓣。本实用新型将埚体设计为分体式结构，筒体和底座分别采用不同的材料制作，坩埚的强度高，使用寿命长，并且其加工简单，节省材料和成本。
文档编号C30B15/10GK202030857SQ20102069120
公开日2011年11月9日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘添华, 张江城, 张洪义, 薛伟, 邹志勇, 靳忠磊 申请人:山东伟基炭科技有限公司