專利名稱：用于直拉硅單晶生長的雙層坩堝的制作方法
技術領域：
本發明涉及直拉硅單晶生長，尤其涉及一種用于直拉硅單晶生長的雙層坩堝。
背景技術：
直拉硅單晶生長爐要使用石英坩堝熔化多晶硅，通常根據所生長的硅單晶的直徑的大小選用石英坩堝，現在常用的有外徑為18英寸、20英寸、22英寸、M英寸、洲英寸、32 英寸的石英坩堝。石英坩堝的形狀為上部開口、下部有底的圓筒形。在直拉硅單晶爐生長硅單晶時，在石英坩堝內存在熔體熱對流，熱對流是沿著坩堝壁上升，在熔體表面下流向坩堝的中心區域。熱對流對坩堝壁有很強的沖刷作用加快了石英坩堝壁的熔蝕速度，石英坩堝壁熔蝕是硅單晶中氧的來源，熱對流在熔體表面下流向坩堝的中心，加大了坩堝表面中心區的溫度波動，尤其是在晶體生長的開始階段。為降低單晶中的氧濃度、提高硅熔體表面中心區的溫度穩定性，現在一般使用外加電磁場使硅熔體處在磁場的環境中，磁場的阻尼作用抑制熔體的熱對流，磁場的方向一般垂直于坩堝壁或熔體表面。但電磁場要消耗非常多電能，需要大的設備投資。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種用于直拉硅單晶生長的雙層坩禍。用于直拉硅單晶生長的雙層坩堝包括坩堝、坩堝內環、流液洞，坩堝內的中心設有坩堝內環，坩堝內環下端與坩堝底部接觸處設有四個對稱分布的流液洞，流液洞的直徑為 10 20mm，坩堝內環與坩堝同軸，坩堝和坩堝內環的壁厚為8 12mm，坩堝內環的外徑d與坩堝的外徑D之比為0. 5 0. 7，坩堝內環的高度Ii2與坩堝的高度Ii1之比為0. 6 0. 8。所述坩堝和坩堝內環的材料為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶。本發明能夠有效抑制硅單晶生長過程中硅熔體中的熱對流，代替電磁場的作用， 簡單又節能。能有效降低石英坩堝的熔蝕速度，提高硅熔體表面中心區的溫度穩定性，降低硅單晶中的氧濃度。
圖1 (a)是用于直拉硅單晶生長的雙層坩堝結構主視圖； 圖1 (b)是用于直拉硅單晶生長的雙層坩堝結構俯視圖2是使用本發明的直拉硅單晶生長爐結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，用于直拉硅單晶生長的雙層坩堝包括坩堝24、坩堝內環23、流液洞 25，坩堝M內的中心設有坩堝內環23，坩堝內環23下端與坩堝M底部接觸處設有四個對稱分布的流液洞25，流液洞25的直徑為10 20mm，坩堝內環23與坩堝M同軸，坩堝M和坩堝內環23的壁厚為8 12mm，坩堝內環23的外徑d與坩堝M的外徑D之比為0. 5 0. 7，坩堝內環23的高度Ii2與坩堝M的高度Ii1之比為0. 6 0. 8。所述坩堝M和坩堝內環23的材料為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷。如圖2所示，使用本發明的直拉硅單晶生長爐結構示意圖包括提拉頭1、副爐室2、 鋼絲繩3、隔離閥4、夾頭5、晶種6、石英坩堝7、石墨坩堝8、加熱器9、隔熱體10、電極11、坩堝上升旋轉機構12、下部隔熱體13、加熱變壓器14、控制系統15、爐體16、單晶17、硅熔體 18、爐體溫度探頭19、上部保溫罩20、爐蓋21、直徑控制探頭22、坩堝內環23、坩堝M和流液洞25。使用本發明的雙層坩堝生長直拉硅單晶的方法與使用現在常用的石英坩堝完全一樣。先裝滿多晶硅于雙層坩堝內環23、坩堝M內，抽真空檢漏，加功率升溫，多晶硅完全熔化后，通過加熱變壓器14、計算機控制系統15、爐體溫度探頭19的共同作用將熔體溫度穩定到硅的熔點溫度以上10-30 C的范圍內，提拉頭1下放鋼絲繩3、夾頭5和晶種6直到晶種和熔體熔接，熔接后通過熱變壓器14、計算機控制系統15、爐體溫度探頭19、坩堝升降旋轉機構12、提拉頭1的共同作用控制熔體的溫度、提拉速度、坩堝上升速度使硅單晶以晶種為中心長大到目標直徑后開始等徑生長，在硅單晶生長過程中坩堝內環23內的熔體不斷轉變成硅單晶而消耗，坩堝內環23外的熔體通過流液洞25進入坩堝內環23，使坩堝內環 23內外的液面高度保持一致。當剩料達到規定值后開始晶體尾部生長，尾部生長完成后單晶與剩余熔體脫離，晶體生長過程結束。
權利要求
1.一種用于直拉硅單晶生長的雙層坩堝，其特征在于包括坩堝(M)、坩堝內環(23)、 流液洞(25)，坩堝04)內的中心設有坩堝內環(23)，坩堝內環03)下端與坩堝04)底部接觸處設有四個對稱分布的流液洞(25)，流液洞05)的直徑為10 20mm，坩堝內環Q3) 與坩堝04)同軸，坩堝04)和坩堝內環03)的壁厚為8 12mm，坩堝內環Q3)的外徑d 與坩堝04)的外徑D之比為0.5 0.7，坩堝內環03)的高度Ii2與坩堝04)的高度Ii1 之比為0. 6 0. 8。
2.根據權利要求1所述的一種用于直拉硅單晶生長的雙層坩堝，其特征在于所述坩堝 (24)和坩堝內環的材料為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷。
全文摘要
本發明公開了一種用于直拉硅單晶生長的雙層坩堝。它包括坩堝、坩堝內環、流液洞，坩堝內的中心設有坩堝內環，坩堝內環下端與坩堝底部接觸處設有四個對稱分布的流液洞，流液洞的直徑為10～20mm，坩堝內環與坩堝同軸，坩堝和坩堝內環的壁厚為8～12mm，坩堝內環的外徑d與坩堝的外徑D之比為0.5～0.7，坩堝內環的高度h2與坩堝的高度h1之比為0.6～0.8。所述坩堝和坩堝內環的材料為石英玻璃、氮化硅陶瓷或碳化硅陶。本發明能夠有效抑制硅單晶生長過程中硅熔體中的熱對流，代替電磁場的作用，簡單又節能。能有效降低石英坩堝的熔蝕速度，提高硅熔體表面中心區的溫度穩定性，降低硅單晶中的氧濃度。
文檔編號C30B15/10GK102409396SQ201110407868
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者曾澤斌 申請人:曾澤斌