专利名称：一种石墨热场排气护套的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石墨热场排气护套，特别是涉及一种直拉法制备单晶硅所使用的石墨热场排气护套。
背景技术：
当前制备单晶硅主要由两种技术，根据晶体生长方式不同，可以分为区熔单晶硅和直拉单晶硅。直拉单晶硅主要应用于微电子集成电路和太阳能电池方面，是单晶硅的主体。直拉法是运用熔体的冷凝结晶驱动原理，在固液界面处，藉由熔体温度下降，将产生由液体转换成固态的相变化。为了生长质量合格(硅单晶电阻率、氧含量及氧浓度分布、碳含量、金属杂质含量、缺陷等)的单晶硅棒，在采用直拉法生长时，必须考虑以下问题。首先是根据技术要求，选择使用合适的单晶生长设备，其次是要掌握一整套单晶硅的制备工艺、技术，包括(1)单晶硅系统内的热场设计，确保晶体生长有合理稳定的温度梯度；(2)单晶硅生长系统内的氩气气体系统设计；(3)单晶硅挟持技术系统的设计；(4)为了提高生产效率的连续加料系统的设计；(5)单晶硅制备工艺的过程控制。热的传输靠三种主要模式，亦即辐射、对流及热传导。由于晶体的生长是在高温下进行，所以这三种模式都存在于系统中。在直拉法里，熔体是藉由石墨加热器的辐射热而被加热，而熔体内部的热传导则是主要靠着对流，晶棒内部的热传输主要靠着传导。另外，从液面及晶棒表面散失到外围的热则是藉由辐射作用。系统内的温度分布对晶体生长质量有很大的影响。包括缺陷的密度与分布、氧的析出物生成等。直拉单晶制造法(Czochralski，CZ法)是将原料多硅晶块放入适应坩埚中，在单晶炉中加热融化，再将一根直径只有10_的棒状晶种(籽晶)浸入熔液中。在合适的温度下，熔液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。把晶种微微的旋转向上提升，熔液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。若整个结晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，在惰性气体的保护下，经过引晶、放肩、转肩、等径、收尾、晶体取出等步骤，完成晶体生长，最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶锭。硅的制备过程中会产生气体，单晶炉运行时由于排气不畅通，易发生炉内氧化，如石墨排气口护套堵塞，热场设计气流不通畅，管道、过滤罐氧化物没有清理干净等，都会引起炉内排气不畅通。炉内排气设计在单晶硅制备中占有很重的分量，如何让气流更好的排出、保证单晶安全生长成为重要课题。现在各单晶厂家为了节约成本，增加产量进度，开始减少开炉后小型清理的时间，由之前3-4h缩减到2h之内，热场温度没有降下来就开始清扫、装热场严重影响到清扫时的质量。排气护套位于加热器下方，清扫时需要人身体探入加热器才可以取出，借用工具时又容易损坏石墨部件，温度高时更难清理。当排气护套清理不干净，拉晶时就会快速集结氧化物，造成排气不畅通，快速氧化影响单晶生长，当排气护套堵死时，炉内就会开始冒烟、氧化整炉报废，等径过程中堵塞会氧化籽晶，晶帮重量增加时氧化的籽晶承受不住重量，发生掉棒事故等。由于经常发生此类问题，一些单晶厂部分单晶炉已经去掉石墨排气护套拉晶，但是又发现保温层材料拉晶5-10炉后老化严重、掉渣、底部保温差、浪费保温层材料等问题。目前，生产中使用的排气护套如附图3和附图4所示，由方形基座3和套筒4组成，排气护套安装在热场保温层中，保护保温层材料，然后连接单晶炉炉体排气口，炉内气体通过排气护套、炉体排气口排出，基座3外轮廓为正方形，90度直角部位在安装热场时发生磕碰容易造成排气护套掉渣、损坏，经常需要更换新的排气护套；排气护套的基座嵌入保温层内筒时，如果基座的外轮廓为方形，排气护套就必须有固定的四个位置嵌入；排气护套内径较小，排气护套容易清理不干净，造成排气护套内集结氧化物，导致排气不畅、炉内氧化。为了解决以上问题，提出本实用新型一种石墨热场排气护套。
实用新型内容本实用目的在于有效防止安装拆卸时由于90度直角部位磕碰造成排气护套石墨掉渣、损坏，延长排气护套的使用寿命，防止排气护套内集结氧化物，保证排气的通畅。为了实现该目的，本发明采用如下技术方案一种石墨热场排气护套，包括基座和套筒，所述基座与套筒均为中空的环状柱体，套筒内径与基座内径相同，基座的外径大于套筒外径，套筒与基座同轴连接，且连接处形成凸台。所述的基座嵌入保温筒的内壁，套筒穿过保温层材料与炉体排气口联通，所述的排气护套用于联通炉体排气口和炉体内部。所述的基座和套筒的内径与炉体排气口的直径比为1:1. Γ1 :1. 5。
所述的基座和套筒的内径与炉体排气口的直径比为1:1. 2^1 :1. 3。所述的排气护套的长度为套筒的长度LI与基座的长度L2相加之和小于保温筒的内壁到炉体排气口的距离。所述的基座的长度LI与套筒的长度L2之比为1 15^1 :25。所述的基座的壁厚与套筒的壁厚比为1.5:广2. 5 :1。所述的基座和套筒为一体制造。采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果使用排气护套，保护热场保温材料，延长保温材料的使用寿命，节约成本；排气护套基座外轮廓由正方形改为圆形，有效的防止安装拆卸时正方形90度直角部位磕碰炉体和其他石墨部件导致排气护套掉渣、损坏，从而降低排气护套的更换频率；排气护套内径增大，排气护套内径比炉体排气口大，使清理方便，有效的防止氧化物集结排气护套，排气口不容易被堵塞，排气通畅，不容易发生生产事故。
以下结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的描述。说明书附图
图1 :本实用排气护套安装示意图图2 :本实用排气护套主视图图3 :本实用排气护套侧视图图4 :现有技术的排气护套主视图[0027]图5 :现有技术的排气护套侧视图1、基座，2、套筒，3、基座，4、套筒，5、排气护套，6、保温筒，7、保温层材料，8、单晶炉，9、炉体排气口
具体实施例实施例一本实用新型所述的一种石墨热场排气护套，如图1所示，排气护套5安装在热场保温层中，联通炉体排气口和炉体内部，是石墨热场中的气体排出通道。如图2、图3所示，排气护套包括基座I和套筒2，基座I与套筒2均为中空的环状柱体，套筒2内径与基座I内径相同，基座I的外径大于套筒2外径，套筒2与基座I同轴连接，且连接处形成凸台，基座I嵌入保温筒6壁内，凸台正好卡接在保温筒6的内壁的凹槽内，套筒2穿过保温层材料7与炉体排气口联通。同之前设计相比本实用石墨热场排气护套，基座I的外轮廓由正方形改为圆形，取消了 90度的直角边，有效的防止安装时90度直角部位与炉体或其他石墨部件磕碰造成石墨掉渣、损坏，延长排气护套及其他石墨部件的使用寿命，从而降低更换的频率，基座I的外轮廓由正方形改为圆形，使基座嵌入保温筒6内部时，更方便，不需要基座I的外轮廓的正方形的四个角与保温筒的凹槽的四个角对应，只需要排气护套与炉体排气口 9同轴即可。 套筒2内径与基座I内径相同，基座I的外径大于套筒2外径，套筒2与基座I同轴连接，基座I的壁厚与套筒2的壁厚比为1. 5: f 2. 5 :1，所以连接处形成凸台，套筒2伸入保温层材料7中时，凸台卡在保温筒6的内壁上，基座的主要作用为嵌入保温筒6的内壁，定位卡接排气护套，基座I与套筒2的长度比L1:L2为I 15^1 :25，与之前的方形轮廓的基座3相比，圆形轮廓的基座3在排气护套在安装时能够更方便的镶嵌到保温筒6的内壁中，且增大了基座I套筒2的内径，使得比炉体排气口直径大，基座I和套筒2的内径与炉体排气口 9的直径比为1:1. Γ1 :1. 5，使得在对热场进行清理时更方便，还能有效的防止氧化物集结排气护套，排气口不容易被堵塞，排气通畅。如图1所示，排气护套5与炉体排气口 9之间有一层保温层材料，既能够阻止热量的散失，又能够起到过滤气体的作用，排气护套5的基座I嵌入保温筒6的内壁，所以排气护套5的长度L1+L2要小于保温筒6的内壁到炉体排气口(9)的距离。针对22寸石墨热场，如图1和图2所示，排气护套基座I外轮廓由正方形更改为圆形，取消90度的直角边，有效的防止安装时90度直角部位与炉体或其他石墨部件磕碰造成石墨掉渣、损坏，延长排气护套及其他石墨部件的使用寿命，从而降低更换的频率，优选排气护套基座I和套筒2内径均为98mm，基座I外径118mm，套筒2外径108mm，基座I壁厚10mm，套筒2的壁厚5mm，基座I壁厚与套筒2的壁厚的比为2:1，排气护套长L1+L2为82mm，其中基座I的长度LI为5mm，套筒2的长度L2为77mm，基座I的长度LI与套筒2的长度L2之比为15.4。增大排气护套内径后，排气护套内径比炉体排气口直径大20mm，基座I和套筒2的内径与炉体排气口 9的直径比为1:1. 2，使清理更方便，有效的防止氧化物集结在排气护套。如图1所示，使用时，排气护套安装在热场保温层中，保护保温层材料7，基座I嵌入保温筒6的内壁中，套筒2联通炉体排气口 9，套筒2与炉体排气口 9之间有一层保温材料，起保温和过滤气体的作用，炉内气体通过排气护套、炉体排气口 9排出。实施例二 针对不同尺寸的石墨热场系统(18寸、20寸、24寸、26寸、28寸、30寸、32寸),改变排气护套的内径、套筒的壁厚、套筒的长度以匹配不同的石墨热场及不同的单晶炉构造，从而达到减少90度直角部位的磕碰造成的排气护套石墨掉渣损坏，延长排气护套的使用寿命，排气护套清理方便，有效的防止氧化物集结排气护套，排气口不容易被堵塞，排气通畅。在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。
权利要求1.一种石墨热场排气护套，其特征在于包括基座(I)和套筒(2)，所述基座(I)与套筒 (2 )均为中空的环状柱体，套筒(2 )内径与基座(I)内径相同，基座(I)的外径大于套筒(2 ) 外径，套筒(2)与基座(I)同轴连接，且连接处形成凸台。
2.根据利要求I所述的石墨热场排气护套，其特征在于所述的基座(I)嵌入保温筒(6)的内壁，套筒(2)穿过保温层材料(7)与炉体排气口联通，所述的排气护套用于联通炉体排气口(9)和炉体内部。
3.根据权利要求2所述的石墨热场排气护套，其特征在于所述的基座(I)和套筒(2) 的内径与炉体排气口(9)的直径比为1:1. Γ1 :1. 5。
4.根据权利要求3所述的石墨热场排气护套，其特征在于所述的基座(I)和套筒(2) 的内径与炉体排气口(9)的直径比为1:1. 2^1 :1. 3。
5.根据权利要求2所述的石墨热场排气护套，其特征在于所述的排气护套(5)的长度为套筒(2)的长度L2与基座(I)的长度LI相加之和小于保温筒(6)的内壁到炉体排气口(9)的距离。
6.根据权利要求5所述的石墨热场排气护套，其特征在于所述的基座(I)的长度LI 与套筒(2)的长度L2之比为1 :13^1 25o
7.根据权利要求1所述的石墨热场排气护套，其特征在于所述的基座(I)的壁厚与套筒(2)的壁厚比为1· 5:Γ2. 5 :1。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的石墨热场排气护套，其特征在于所述的基座(I) 和套筒(2)为一体制造。
专利摘要本实用新型公开了一种石墨热场排气护套，所述石墨排气护套由基座和套筒组成，二者为内径相同的同轴环状柱体，基座外轮廓由原来的正方形更改为圆形，有效的防止石墨掉渣、损坏等现象，并且增大排气护套的内径，优化排气护套长宽比例，有利于单晶炉更好的排气及清理，防止氧化物堵住护套，防止炉内氧化。
文档编号C30B15/00GK202881440SQ201220568340
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者陈剑春, 周俭, 陈昌林, 薛东, 陈锐, 付雁清 申请人:上海杰姆斯电子材料有限公司