单晶炉热场结构.pptVIP

内容 1.热场结构 热场的结构示意图；各部件介绍 2.热场的安装和煅烧 热场的安装；热场水平与中心调整；热场的煅烧 3.热场的温度梯度 热场的概念；温度梯度的概念； 静态热场的温度分布；动平衡态热场的分布 晶体生长的温度梯度：径向温度梯度与纵向温度梯度 一、热场结构 热场的优劣对单晶硅的质量有很大影响。合适的热场，能够生长出高质量的单晶。不好的热场容易使单晶变成多晶，或者根本无法引晶。有的热场虽然能够生长单晶，但质量较差，有位错和其它结构缺陷。因此，找到较好的热场条件，配置最佳的热场，是非常重要的直拉单晶工艺技术。 热场有大有小，它是按照所用的石英坩埚的直径大小来划分的，目前国内热场从￠12″～ ￠28 ″都有，但以￠18″～ ￠22″居多。 一、热场结构 直拉单晶炉的热系统，也就是所谓的热场，是指为了熔化硅料，并使单晶生长保持在一定温度下进行的整个系统。 热场一般包括压环、保温盖、上中下保温罩、石墨坩埚(三瓣埚)、坩埚托杆、坩埚托盘、电极、加热器、导流筒、石墨螺栓，且为了防止漏硅，炉底、金属电极、托杆、都设置了保护板、保护套。 热 场 示 意 图 加热器 加热器是热场中很重要的部件，是直接的发热体，温度最高的时候可以达到1600℃以上。 常见的加热器有三种形状，筒状、杯状、螺旋状。目前绝大多数加热器为筒状，硅单晶分厂CZ1#厂房使用的是直筒式形状的加热器。右图为加热器。 加热器 一般情况下，加热器是高纯石墨加工，每个半圆筒各位一组，纵向开缝分瓣，组成串联电阻，两组并联后形成串并联回路。 右下图是倒立的加热器，由图可知，在加热器下面有两个清晰的连接孔，这些孔是用来连接石墨电极。 石墨电极 石墨电极的作用，一是平稳的固定加热器，二是通过它对加热器输送电流，因此要求电极厚重，结实耐用，它与金属电极和加热器的接触面要光滑、平稳，保证接触良好，通电时不打火。石墨电极也是有高纯石墨加工而成。 右上图为石墨电极示意图、右下图为连接石墨电极和加热器的石墨螺栓。 石墨坩埚、坩埚托杆和坩埚托盘 石墨坩埚，也就是所谓的三瓣埚，主要是用来盛放石英坩埚。它的内径加工尺寸与石英坩埚的外形尺寸相配合，同时，石墨坩埚本身也需要具有一定的强度，来承受硅料和坩埚的重量。 石墨坩埚，有单体，两瓣合体，以及CZ1#所使用的三瓣合体等不同形状。它们从节约成本、使用方便来比较各有所长。右图为三瓣埚的实物图。 石墨坩埚、坩埚托杆和坩埚托盘 坩埚托杆、坩埚托盘共同构成了石墨坩埚的支撑体，要求和下轴结合牢固，对中性良好，在下轴转动时，托杆及托盘的偏摆度≤0.5mm。 支撑体的高度是可以调节的，这样可以保证熔料时，坩埚有合适的低埚位，而拉晶时，有足够的埚跟随动行程。 保温罩 保温罩分为上保温罩、中保温罩和下保温罩。 保温罩是由一个保温筒外面包裹石墨碳毡而成。石墨碳毡的包裹层数视情况而定。 下保温罩组成了底部的保温系统，它的作用是加强埚底保温，提高埚底温度，减少热量损失。 保温罩 中、上保温罩的作用也是为了减少热量的损失。只不过保温罩外面的石墨碳毡的层数不一样，这样使得温度梯度不一样。 排气的方式有上排气和下排气。CZ1#厂房现在使用的比较多的是上排气。这样，上保温罩上面就存在几个排气孔，这些排气孔保证在高温下蒸发的气体的排出。 保温盖、导流筒 保温盖由保温上盖、保温碳毡和保温下盖组成。即两层环状石墨之间夹一层石墨碳毡组成，其内径的大小与导流筒外径相匹配，平稳的放在保温罩面板上。 导流筒，由内外筒之间夹一层石墨碳毡组成。导流筒主要是为了控制热场的温度梯度和引导氩气流。 压环 压环，由几截弧形环构成的一个圆形环状石墨件，它放置在盖板与炉壁接触处，是为了防止热量和气体从炉壁与盖板的缝隙间通过。 右上图是压环，右下图为安装后的效果图。 二、热场的安装与煅烧 (1)安装前 安装热场前，尤其是新热场，应仔细擦拭干净，去除表面浮尘土，检查部件的质量，整个炉室在进行安装热场前也必须擦拭完毕。 (2)安装 安装顺序一般是由下而上，由内到外。 石墨电极安装时，左右对齐，处在同一水平面上，不可倾斜，同时要和托杆对中。 放上加热器之后，加热器的电极孔要与下面的电极板的两孔对准。 二、热场的安装与煅烧 安装电极→炉底碳毡→反射底板→下保温罩→石墨环、石英环→加热器→中保温罩→石墨托杆→石墨托盘→装三瓣埚→下降主炉室→上保温罩→导气孔→保温盖板→装导流筒→压环 二、热场的安装与煅烧 (3)对中顺序 在整个安装过程中，要求整个热系统对中良好，同心度高，需要严格对中： 二、热场的安装与煅烧 ②加热器与石墨坩埚的对中：转动托碗，调整埚位，让石墨坩埚与加热器口水平（此时的埚位成为平口埚位）