专利名称：用于直拉硅单晶炉的热屏装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直拉硅单晶炉的配套装置，特别涉及一种用于直拉硅单晶炉的热屏装置。
背景技术：
目前，采用直拉法每生产一颗长度2米左右的8寸硅单晶等径用时35_40h，开炉时间长、功耗高，生产效率低。因此，要解决上述问题，主要是提高晶体生长速度，缩短拉晶时间；从根本上讲，就是要加大晶体与熔硅之间固液界面的温度梯度，加快结晶潜热的释放， 即提高晶体的冷却速率。高温炉体以及熔硅的热辐射是阻碍晶体有效、快速冷却的主要原因。通常情况下，直拉硅单晶炉配有等静压高纯石墨制的热屏，其具有上下贯通的筒形结构，并且上口大于下口，下口略大于晶棒直径。拉晶过程中，热屏沿与坩埚同一轴线安置于坩埚上方，其下沿与熔硅液面保持一定距离，包围晶体靠近固液界面的一段。热屏的主要作用为1.阻隔高温炉体以及熔硅对晶体的热辐射，起热屏蔽作用，利于晶体散热，形成晶体生长所需的温度梯度，以提高晶体生长速度；2.起导流作用，引导由单晶炉副室下吹的氩气较为集中地直接喷吹到固液界面附近，更加有利于晶体散热，加大晶体生长所需的温度梯度，提高晶体生长速度；3.对高温硅熔体起保温作用，节约开炉能耗。进一步提高晶体生长速度，要求晶体更加有效、快速地散热。更重要的是，随着硅单晶及其相关产业的日益发展，直拉硅单晶的直径要求不断增大。晶体直径越大，晶体生长时所需释放的结晶潜热越多；晶体散热越困难，越难提高晶体生长速度。传统的热屏装置已不能满足当前生产要求。 研制开发结构更加科学、合理，原理更加先进，更合适于大直径直拉硅单晶生长的热屏装置成为亟待解决的问题。上海汉虹精密机械有限公司的名称为“单晶炉装置”的专利(专利号 201010112330. 1，2010年9月22日公开)中，公开了一种用于直拉硅单晶的单晶炉装置，其包括了一种热屏装置。该热屏装置由断热材、热屏罩、反射板组成。断热材下部直径小于上部直径，其内侧和外侧分别被内热屏罩和外热屏罩覆盖；内热屏罩内侧放置有反射板。拉晶时，热屏置于石英坩埚上方，其下底边与熔硅保持一定距离；反射板环绕晶体。断热材对熔硅起保温作用，降低了电力消耗；反射板将晶体表面的热辐射向上反射，达到提高晶体冷却的效果，提高了晶体生长速度。这种热屏装置虽然能够在一定程度上提高晶体生长速度、 降低能耗，但是仍存在以下不足
首先，由反射板向上反射的热辐射仍有较大部分被晶体吸收，不能最大程度加大晶体散热。其次，外热屏罩和内热屏罩是一体连接的热屏罩，外热屏罩与内热屏罩之间存在直接热传递，不利于内热屏罩温度的降低，而内热屏罩温度降低有利于与高温晶体形成大的温度梯度，加大晶体的散热
发明内容
鉴于现有技术的现状，本发明提供一种用于直拉硅单晶炉的热屏装置，以提高生产效率、降低生产成本。本发明为实现上述目的，所采取的技术方案是一种用于直拉硅单晶炉的热屏装置，包括外筒、隔热层和内筒，其特征在于还包括热反射层、隔热垫I、隔热垫II，所述热反射层置于外筒与隔热层之间；所述隔热层置于热反射层与内筒之间；所述隔热垫I设置在热屏装置上端的外筒和内筒之间，隔热垫I的一端与隔热层相接紧配合，所述隔热垫II设置在热屏装置底端的外筒和内筒之间，隔热垫II的一端与隔热层相接紧配合。本发明的特点是首先，钼片热反射层与碳毡隔热层形成的双层结构可更彻底地隔断高温炉体及熔硅对晶体的热辐射，同时有效防止钼片热反射层反射的热辐射对晶体的作用，更大程度加大了晶体的散热，提高了晶体生长速度。其次，石墨外筒与内筒之间无直接接触，由隔热碳毡、碳毡隔热垫隔断，实现了对熔硅更强的保温，进一步降低了开炉功耗，节省了生产成本。再次，本发明热屏装置的石墨外筒、内筒由传统方法制造，其他部分无特殊加工要求，成本低廉、容易实现。
图1为本发明的结构示意图。图中1、外筒，2、热反射层，3、隔热层，4、隔热垫1，5、隔热垫11，6、内筒。
具体实施例方式如图1所示，一种用于直拉硅单晶炉的热屏装置，包括外筒1、隔热层3和内筒6， 还包括热反射层2、隔热垫14、隔热垫115，热反射层2置于外筒1与隔热层3之间；隔热层 3置于热反射层2与内筒6之间；隔热垫14设置在热屏装置上端的外筒1和内筒6之间， 隔热垫14的一端与隔热层3相接紧配合，隔热垫115设置在热屏装置低端的外筒1和内筒 6之间，隔热垫115的一端与隔热层3相接紧配合。隔热垫14、隔热垫115形状相同，为中空的环状体。由等静压高纯石墨制成外筒，其上部约四分之一高度略呈锥型敞口，其余下部为空心圆柱外形，顶端有向外水平延伸的边沿，底端有向内水平延伸的边沿。将0. 5mm厚冷轧钼片剪裁成矩形，其长等于外筒内壁周长，宽略小于外筒高；上部约四分之一高度按外筒锥型敞口煨弯；将此矩形钼片紧贴外筒内壁弯曲铺设，形成热反射层。该钼片热反射层可以反射高温炉体以及熔硅对晶体的大部分热辐射，进一步加大晶体与熔硅之间固液界面的温度梯度，加快结晶潜热的释放，提高晶体的冷却速率，加快晶体生长速度。将碳毡沿钼片热反射层内表面(与钼片和外筒接触面相对的面)铺设，厚度一定， 形成隔热层。该碳毡隔热层的作用为隔断钼片热反射层与内筒之间的热传导，利于晶体散热。有利于形成适于晶体生长的温度梯度。将碳毡剪裁成相应圆环形即隔热垫I、隔热垫II，分别放置于外筒顶端、底端边沿，作为隔热垫。由等静压高纯石墨制成内筒，其呈倒置空心锥台，锥角；大端有向外水平延伸的边沿；小端有“"1 ”形边沿；整体壁厚均勻；此内筒沿与外筒同一轴线放入顺序铺设了钼片热反射层、碳毡隔热层的外筒，形成完整的热屏装置。拉晶操作中，热屏装置沿与坩埚相同轴线安置于坩埚上方，其下底面与熔硅保持一定距离。外筒顶端边沿外径等于内筒大端边沿外径；外筒底端边沿内径等于内筒小端外径。外筒顶端边沿与内筒大端边沿之间，外筒底端边沿与内筒小端底边之间均由碳毡隔热垫隔开。该隔热垫隔断外筒与内筒之间的热交换，利于晶体散热，进一步加快晶体生长速度。上述热屏装置各组成部分之间不设紧固、连接部，以便于安装、拆卸、清理及部件更换。上述热屏装置的外形尺寸根据具体炉台及热场确定。另外，为更便于钼片热反射层制造，也可将0. 5mm厚冷轧钼片剪裁成若干宽度相等小矩形，其长略小于外筒高，此小矩形钼片紧贴外筒内壁、长边相邻、相邻钼片之间无间隔均勻放置，同样可达到本发明目的。实施例1
采用22寸热场，135kg投料量，拉制8寸太阳能级硅单晶。上述热屏装置沿与坩埚相同轴线安置于坩埚上方。控制氩气流量为30-80slm，炉内压力维持在15-20 T。坩埚转速为 6-10转/分，晶转速度为8-12转/分。按照常规直拉法工艺进行引晶、放肩、转肩、等径、收尾。其中，引晶埚位控制导流筒距离熔硅液面15-35mm，头部拉速设定为75_80mm/h ；随着晶体长度增加，拉速逐渐减小，中部生长速度控制在65-70mm/h。使用本方法可将现有22寸热场硅单晶生长的平均速度从0. 9mm/h提高到1. 23mm/h,提高了生产效率，降低了生产成本。 说明本发明直拉硅单晶炉热屏装置适于大直径直拉硅单晶的生产。实施例2
由等静压高纯石墨制成外筒，其上部约四分之一高度略呈锥型敞口，其余下部为空心圆柱外形，顶端有向外水平延伸的边沿，底端有向内水平延伸的边沿。将0. 5mm厚冷轧钼片剪裁成若干宽度相等小矩形，其长略小于外筒高，此小矩形钼片紧贴外筒内壁、长边相邻、相邻钼片之间无间隔均勻放置，形成热反射层。将碳毡沿钼片热反射层内表面(与钼片和外筒接触面相对的面)铺设，厚度一定， 形成隔热层。将碳毡剪裁成相应圆环形，放置于外筒顶端、底端边沿，作为隔热垫。由等静压高纯石墨制成内筒，其呈倒置空心锥台，锥角；大端有向外水平延伸的边沿；小端有“"1 ”形边沿；整体壁厚均勻；此内筒沿与外筒同一轴线放入顺序铺设了钼片热反射层、碳毡隔热层的外筒，形成完整的热屏装置。外筒顶端边沿外径等于内筒大端边沿外径；外筒底端边沿内径等于内筒小端内径。外筒顶端边沿与内筒大端边沿之间，外筒底端边沿与内筒小端底边之间均由碳毡隔热垫隔开。采用20寸热场，95-100kg投料量，拉制6. 5太阳能级硅单晶。上述热屏装置沿与坩埚相同轴线安置于坩埚上方。按照常规直拉法工艺进行引晶、放肩、转肩、等径、收尾。其中，引晶埚位控制导流筒距离熔硅液面30-35mm，使用本方法可将现有20寸热场硅单晶生长的平均速度从1. 22mm/h提高到1. 35mm/h，提高了生产效率，降低了生产成本。
权利要求
1.一种用于直拉硅单晶炉的热屏装置，包括外筒(1)、隔热层(3)和内筒(6)，其特征在于还包括热反射层(2)、隔热垫I (4)、隔热垫II (5)，所述热反射层(2)置于外筒(1)与隔热层(3)之间；所述隔热层(3)置于热反射层(2)与内筒(6)之间；所述隔热垫I (4)设置在热屏装置上端的外筒(1)和内筒(6)之间，隔热垫I (4)的一端与隔热层(3)相接紧配合，所述隔热垫II (5)设置在热屏装置底端的外筒(1)和内筒(6)之间，隔热垫II (5)的一端与隔热层(3)相接紧配合。
2.根据权利要求1所述的用于直拉硅单晶炉的热屏装置，其特征在于所述隔热垫I (4)、隔热垫II (5)形状相同，为中空的环状体。
全文摘要
本发明涉及一种用于直拉硅单晶炉的热屏装置，包括外筒、隔热层和内筒，还包括热反射层、隔热垫I、隔热垫II，热反射层置于外筒与隔热层之间；隔热层置于热反射层与内筒之间；隔热垫I设置在热屏装置上端的外筒和内筒之间，隔热垫I的一端与隔热层相接紧配合，隔热垫II设置在热屏装置底端的外筒和内筒之间，隔热垫II的一端与隔热层相接紧配合。本发明的特点是有效防止钼片热反射层反射的热辐射对晶体的作用，更大程度加大了晶体的散热，提高了晶体生长速度。实现了对熔硅更强的保温，进一步降低了开炉功耗，节省了生产成本。成本低廉、容易实现。
文档编号C30B15/00GK102352530SQ201110351048
公开日2012年2月15日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者尚伟泽, 梁山, 沈浩平, 王军磊, 谷守伟, 高树良, 高润飞 申请人:内蒙古中环光伏材料有限公司