专利名称：晶体生长装置的制作方法
技术领域：
晶体生长装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种晶体生长装置，更具体地说，它涉及一种具有流体式热交换器的晶体生长装置。
背景技术：
[0002]参阅图1所示，为传统的晶体生长装置900 ;晶体的生长流程可以概括为加热、熔解、长晶、退火及冷却五个阶段。在熔解阶段，晶体生长装置900通过加热器91对坩埚92 内的硅料93加热，使硅料93完全熔解；在长晶阶段，预先铺设在坩埚92底部内侧面的晶种 94能使熔解的硅料93从晶种94往上定向凝固结晶。晶体生长装置900还包括设置在长晶平台95及坩埚92底部，且位于坩埚92中心线A上的热交换器96，热交换器96用于提高长晶平台95的散热效果，以避免晶种94在熔解阶段被熔化，并且能在受控的情况小，在不同阶段达到不同的散热效果。[0003]然而，由于热交换器96是位于坩埚92的中心线A上，并且直接接触坩埚92底部， 因此，热交换器96仅能降低临近中心线A的晶种94温度，而远离中心线A的晶种94温度在熔解阶段仍会因温度过高而熔解。此外，在长晶阶段，由于热交换器96造成临近中心线 A的硅料93温度较低，远离中心线A的硅料93温度较高，这会导致硅料93长成如图2所示的中心高、周边低的形状，使凝固的硅料93无法做最好的利用。另外，测量硅料93中心线A的温度对流程的控制非常重要，然而由于晶体生长装置900的热交换器96占据料温度传感器97的最佳安装位置，导致温度传感器97无法准确测量到硅料93在中心线A上的温度。因此，如何设计出一种新的晶体生长装置，克服上述技术的不足，成为本实用新型探讨的技术重点。实用新型内容[0004]本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种能提高长晶效果的晶体生长装置。[0005]本实用新型的技术方案是这样的一种晶体生长装置，包括炉体，及炉体内的腔室，其特征在于，所述的腔室内设有长晶平台，该长晶平台具有一顶面及一底面；在所述的顶面上设有放置原料及晶种的坩埚，在坩埚的外侧设有加热单元，在长晶平台的底面设有有高导热材料制作的传热体，传热体底部连接有流体式热交换器。[0006]上述的晶体生长装置中，所述的传热体包括一上表面及一下表面，所述的上表面贴合在长晶平台的底面。[0007]上述的晶体生长装置中，所述的传热体还包括一侧表面，及连接该侧表表面及下表面的倒角斜面。[0008]上述的晶体生长装置中，所述的倒角斜面与下表面的夹角为145度至165度之间。[0009]上述的晶体生长装置，其特征在于，所述传热体的上表面面积不小于长晶平台底面面积的70%。3[0010]上述的晶体生长装置中，所述的传热体为石墨、钥或钨的其中之一。[0011]上述的晶体生长装置中，所述的流体式热交换器包括流体供应单元、连通流体供应单元的流体流量控制单元，及连通流体控制单元并与传热体接触的热交换单元。[0012]上述的晶体生长装置中，所述的长晶平台中部设有第一通道，所述的传热体设有连通第一通道的第二通道，所述的热交换单元设有连通第二通道的第三通道，上述的第一通道、第二通道及第三通道位于坩埚的中线上；在靠近坩埚底部的第一通道内设有温度传感器，温度传感器的信号输出线沿第一通道、第二通道、第三通道导出炉体外。[0013]上述的晶体生长装置中，所述的热交换单元包括接触传热体的外管体，及设置在该外管体内的内管体，所述的内管体连通所述的流量控制单元与外管体之间，所述的第三通道穿过所述的外管体。[0014]上述的晶体生长装置中，所述的外管体向上插入传热体内，插入的深度为传热体厚度的25%至45%。[0015]本实用新型采用上述结构后，借助传热体均匀地传导来自长晶平台的热量，并通过流体式热交换器将热量传递出去，可以使晶种层的温度均匀地维持在其熔点以下，进而使熔化的原料能均匀地向上凝固结晶。
[0016]
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但不构成对本实用新型的任何限制。[0017]图I是传统晶体生长装置的结构示意图；[0018]图2是传统晶体生长装置晶体凝结后的结构示意图；[0019]图中标志含义900晶体生长装置，91加热器，92坩埚，93硅料，94晶种，95长晶平台，96热交换器，97温度传感器，A中心线。[0020]图3是本实用新型的结构示意图；[0021]图4是本实用新型的内部结构示意图；[0022]图5是本实用新型晶体凝结后的结构示意图。[0023]图中标志含义11炉体，110腔室，12提笼，2长晶平台，21顶面，22底面，201第一通道，3坩埚，31底部，32侧壁，311内底面，4加热单元，41加热器，5传热体，51上表面，52 下表面，53侧表面，54倒角斜面，501第二通道，6流体式热交换器，61流体供应单元，62流量控制单元，63热交换单元，631外管体，632内管体，601第三通道，7温度传感器，81原料， 82晶种层，Θ夹角，Dl深度，D2厚度，L中心线，具体实施方式
[0024]参阅图3至图4所示，是本实用新型的晶体生长装置的较佳实施例，晶体生长装置包括炉体11、提笼12、长晶平台2、坩埚3、加热单元4、传热体5、流体式热交换器6、温度传感器7，坩埚3具有中心线L。[0025]炉体11包括一腔室110，长晶平台2设置在该腔室110内，该长晶体平台包括顶面 21和底面22，本实施例中的长晶平台2是由高导热材料制成，在长晶平台2中部，设有沿坩埚3中心线L延伸的第一通道201。[0026]所述的坩埚3设置在腔室110内的长晶平台2的顶面21上， 甘埚3用于放置原料 81及晶种层82 ;坩埚3包括底部31，及由底部31周边向上延伸的侧壁32构成。晶种层82 是设置在底部31的内底面311上，原料81是放置在晶种层82上方，在本实施例中，原料81 为硅料，但不仅以次为限。由于坩埚3与长晶平台2接触，因此，坩埚3的热量将传导至长晶平台2。[0027]所述的加热单元4设置在腔室110内，加热单元4包括多个分布在坩埚3的周围加热器41，用于对坩埚3内的原料81进行加热；在熔解阶段，加热单元4用于将原料81加热至完全熔解。[0028]提笼12设置在腔室110内，并且将坩埚3罩住，提笼12能相对于坩埚3升降；当由熔解阶段进入长晶阶段时，提笼12能缓慢上升，使原料81从其底部开始冷却并往上定向凝固结晶。[0029]所述的传热体5设置长晶平台2的底面22，传热体5包括上表面51、下表面52，连接上表面51的侧表面53和连接侧表面53与下表面52的倒角斜面54 ;传热体5中部设有沿坩埚3中心线L延伸的第二通道501，且第二通道501连通所述的第一通道201。传热体 5的上表面51接触长晶平台2的底面22，因此，长晶平台2的热量将传递至传热体5 ;由于传热体5是由高导热系数的材料制成，因此，传热体5接收来自长晶平台2的热量后，会迅速地将热量由上表面51朝传热体5的其它部位传递，使热量均匀地分布在传热体5内部。 本实施例中的传热体5是以石墨材料制成，传热体5也可以采用钥或钨等材料制造。传热体5的上表面51的面积越大，长晶平台2的热量越能均匀地传递到传热体5，传热体5的上表面51面积以不小于长晶平台2的底面22面积的70%为佳；值得一提的是，倒角斜面54 能使传热体5的热量较均匀地分布在传热体5内部，倒角斜面54与下表面52之间的夹角 Θ以145度至165度之间为佳。[0030]所述的流体式热交换器6包括供应流体的流体供应单元61、连通流体供应单元61 并用于控制流体流量的流量控制单元62，及连通流体控制单元62且与传热体5接触的热交换单元63 ;用于换热的流体为具有高导热系数的液体或气体，液体以水为佳，气体以氦气或氩气为佳；且气体热传导的效率较液体好。由于不同的工艺阶段要求不同的散热效果， 流体式热交换器6通过流量控制单元62调节流体的流量，以调节其散热效果。热交换单元 63包括接触传热体5的外管体631，及设置在外管体631内且连通在流量控制单元62与外管体631之间的内管体632 ;外管体631是向上插接在传热体5底部，并且其中部设有沿坩埚3中心线L延伸的第三通道601，所述的第三通道601连通上述的第二通道501。流体由流量供应器依序经流量控制单元62、热交换单元63的内管体632、外管体631，最后流至热交换单元63外部，并且在流经外管体631时与传热体5产生热交换而将传热体5的热量带走。流体流出热交换单元63后可以被回收、冷却并循环使用。[0031]值得一提的是，虽然热交换单元63吸收传热体5临近中心线L区域的热量，但由于传热体5的热量传导速度极高，因此使得传热体5上表面51的温度仍为均匀分布，即上表面51无论远离中心线L或临近中心线L，其温度基本相同。这样使得长晶平台2、坩埚3、 晶种层82及原料81的热量也能均匀地向下传递。藉此，能避免现有技术中部分晶种被熔化的情况产生。换言之，传热体5在热量传递上产生缓冲的效果。此外，如图5所示，由于原料81及晶种层82的温度分布均匀，使得生长的晶体也较均匀平坦，从而能提高晶体的利用率。[0032]另外，当外管体631插入传热体5的深度Dl介于传热体5厚度D2的25%至45% 时，能在传热体5的上表面51产生较为均匀的温度分布。[0033]本实施例中的温度传感器7为棒状，设置在第一通道201、第二通道501、第三通道 601内，其信号线向下延伸至炉体11外部；温度传感器7的顶端设置在靠近坩埚3的底面， 以测量原料81在中心线L上的温度；温度传感器7的信号输出线可连接至控制电路(图中未示出)，使控制电路能根据测量结果控制加热单元4及其它元件；通过温度传感器7、第一通道201、第二通道501及第三通道601的相互配合，晶体生长装置能测量原料81在中心线 L上的温度，从而能根据测量的结果调整原料81的温度，达到提高晶体生长的质量。[0034]综合上述，本实用新型的晶体生长装置通过传热体5均匀地传导来自长晶平台2 的热量，利用流体式热交换器6将传热体5的热量带走，从而使晶种层82的温度均匀地维持在熔点以下，并使原料81能均匀地向上凝固；另外通过第一通道201、第二通道501及第三通道601可供温度传感器7通过，使温度传感器7能设置在坩埚3的中心线L上，能根据测量的温度对工艺流程进行较好地控制，达到本实用新型的技术目的。[0035]以上仅为本实用新型的较佳实施方式，不构成对本实用新型的任何限制，凡根据本申请的范围及说明书内容所作的简单等效变换，皆属于本实用新型涵盖的范围。
权利要求1.一种晶体生长装置，包括炉体，及炉体内的腔室，其特征在于，所述的腔室内设有长晶平台，该长晶平台具有一顶面及一底面；在所述的顶面上设有放置原料及晶种的坩埚，在坩埚的外侧设有加热单元，在长晶平台的底面设有由高导热材料制作的传热体，传热体底部连接有流体式热交换器。
2.根据权利要求I所述的晶体生长装置，其特征在于，所述的传热体包括一上表面及一下表面，所述的上表面贴合在长晶平台的底面。
3.根据权利要求2所述的晶体生长装置，其特征在于，所述的传热体还包括一侧表面，及连接该侧表面及下表面的倒角斜面。
4.根据权利要求3所述的晶体生长装置，其特征在于，所述的倒角斜面与下表面的夹角为145度至165度之间。
5.根据权利要求2所述的晶体生长装置，其特征在于，所述传热体的上表面面积不小于长晶平台底面面积的70%。
6.根据权利要求I所述的晶体生长装置，其特征在于，所述的传热体为石墨、钥或钨的其中之一。
7.根据权利要求I所述的晶体生长装置，其特征在于，所述的流体式热交换器包括流体供应单元、连通流体供应单元的流体流量控制单元，及连通流体控制单元并与传热体接触的热交换单元。
8.根据权利要求7所述的晶体生长装置，其特征在于，所述的长晶平台中部设有第一通道，所述的传热体设有连通第一通道的第二通道，所述的热交换单元设有连通第二通道的第三通道，上述的第一通道、第二通道及第三通道位于坩埚的中线上；在靠近坩埚底部的第一通道内设有温度传感器，温度传感器的信号输出线沿第一通道、第二通道、第三通道导出炉体外。
9.根据权利要求8所述的晶体生长装置，其特征在于，所述的热交换单元包括接触传热体的外管体，及设置在该外管体内的内管体，所述的内管体连通所述的流量控制单元与外管体之间，所述的第三通道穿过所述的外管体。
10.根据权利要求9所述的晶体生长装置，其特征在于，所述的外管体向上插入传热体内，插入的深度为传热体厚度的25%至45%。
专利摘要本实用新型公开了一种晶体生长装置，属于晶体技术领域，旨在提供一种提高长晶效果的新装置，其技术方案的要点包括炉体，及炉体内的腔室，其中所述的腔室内设有长晶平台，该长晶平台具有一顶面及一底面；在所述的顶面上设有放置原料及晶种的坩埚，在坩埚的外侧设有加热单元，在长晶平台的底面设有由高导热材料制作的传热体,传热体底部连接有流体式热交换器；本实用新型用于晶体生长。
文档编号C30B29/06GK202809009SQ20122043886
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者于仁斌, 张宸玮, 谢佳颖, 梁茂忠 申请人:志圣科技(广州)有限公司