直拉單晶爐 熱系統(tǒng)課件.ppt

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1、直拉單晶硅工藝技術(shù)主講教師：裴迪石油化工學(xué)院1直拉單晶爐的熱系統(tǒng)直拉單晶爐的熱系統(tǒng)是指為了熔化硅料，并保持在一定溫度下進(jìn)行單晶生長的整個(gè)系統(tǒng)，它包括：加熱器、保溫罩、保溫蓋、托碗（石墨坩堝）、電極等部件。它們是由耐高溫的高純石墨和碳?xì)植牧霞庸ざ傻?。加熱系統(tǒng)長期使用在高溫下，所以要求石墨材質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻致密、堅(jiān)固、耐用，變形小，無空洞，氣孔率≤24%，無裂紋，彎曲強(qiáng)度40~60MPa，顆粒度0.02~0.05mm，體積密度1.70~1.80g/cm3，灰分≤1×10-4（100ppm），金屬雜質(zhì)含量少，一般檢測(cè)值在10-

2、4%~10-6%數(shù)量級(jí)。在直拉單晶硅熱場(chǎng)中使用的是各向同性石墨，其特點(diǎn)是：1、石墨粒子各向均勻排列，特性與尺寸、形狀、取料方向無關(guān)；2、強(qiáng)度高，不易破裂；3、粒子直徑小，密度高;4、傳熱、受熱、放熱均勻，溫度分布均勻；5、與石英坩堝及上敘各種氣體的反應(yīng)小，消耗小，壽命長；6、承壓能力強(qiáng)，漸少各種可能的歪斜和破裂。加熱器是熱系統(tǒng)中最重要的部件，是直接的發(fā)熱體，溫度最高時(shí)達(dá)到1600℃以上，采用“等靜壓成型法”（CIP）生產(chǎn)的高純石墨加工制作，形狀為直筒式，每個(gè)半圓筒各為一組，縱向開縫分瓣，形成串聯(lián)電阻；兩組并聯(lián)后形成串

3、并聯(lián)回路。兩組加在一起的總瓣數(shù)為4的整倍數(shù)，常用的有16、20、24或28瓣等。石墨托碗分為上體和下體，上體又有單瓣（即只開一條縫）、兩瓣合體（平分為二、兩條縫）及三瓣合體（等分三條縫）的區(qū)別；從節(jié)約成本、使用方便來比較，各有所長。石墨托碗是用來盛裝石英坩堝的，它的內(nèi)徑加工尺寸要和石英坩堝的外形尺寸相配合，同時(shí)，石墨托碗本身必須具有一定的強(qiáng)度，來承受硅料及坩堝的重量。硅料熔化完以后，石英坩堝的高度應(yīng)該高于石墨托碗的高度（10~20mm），如果石英坩堝低于石墨托碗，容易造成掉渣影響成晶率。托桿以及托座共同組成了托碗的支

4、撐體，要求和下軸結(jié)合牢固，對(duì)中性良好，在下軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，托桿及托座偏擺度≤0.5mm，托座可以用一個(gè)或者兩個(gè)以上的部件組成，部件數(shù)的增減可以調(diào)節(jié)托碗支撐體的高度，以保證熔料時(shí)有合適的低堝位，拉晶時(shí)，有足夠的堝升隨動(dòng)行程。保溫罩由保溫罩內(nèi)筒、外筒、面板及支撐環(huán)（托盤）組成，內(nèi)、外筒之間整齊地包裹著石墨氈。托盤放置應(yīng)平穩(wěn)，不得徑向竄動(dòng)，也不得轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)保證保溫罩內(nèi)壁、外壁垂直并對(duì)中。保溫蓋一般由兩層環(huán)狀石墨板之間夾一層石墨氈組成，內(nèi)徑的大小與加熱器內(nèi)徑相同，平穩(wěn)地放在保溫罩面板上。下保溫筒，下保溫碳?xì)纸M成了托碗的底部保溫系統(tǒng)

5、，它的作用是加強(qiáng)堝底保溫，提高堝底溫度，減少熱量散失。為了防止堝漏，硅料滲出燒壞部件，對(duì)爐底、金屬電極、抽氣口以及托桿都設(shè)置了保護(hù)板、保護(hù)套。石墨電極的作用，一是平穩(wěn)地支撐加熱器，二是通過它對(duì)加熱器加熱，因此要求電極厚重，結(jié)實(shí)耐用，它與金屬電極和加熱器的接觸面要光滑、平穩(wěn)，保證接觸良好，通電時(shí)不打火。石墨電極的設(shè)計(jì)樣式各異。圖中由電極連接塊、電極柱和固緊螺釘共同極盛的。加熱器、電極、托碗要求用細(xì)結(jié)構(gòu)高純石墨加工，為了降低成本，其它部件也可用粗結(jié)構(gòu)高純石墨。結(jié)構(gòu)疏松氣孔多的不能用?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一種新型保溫材料，稱為碳/碳

6、復(fù)合材料，可以根據(jù)用戶需要加工成型為整體保溫筒，從而代替石墨氈，保溫性能好，耐高溫，不產(chǎn)生纖維、強(qiáng)度大、重量輕、安裝方便。