单晶炉热场结构.ppt

培训对象：硅单晶制取工
培训讲师：詹文平
硅单晶分厂内容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、热场结构热
场
示
意
图加热器加热器石墨电极石墨坩埚、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、导流筒压环(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。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(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：
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），再稍许移动加热器电极，与托碗对中，这时石墨坩埚和加热器口之间的间隙四周都一致。
③保温罩和加热器对中：调整保温罩位置，做到保温罩内壁与加热器外壁之间四周间隙一致。注意可径向移动，不得转动，否则测温孔就对不准了。
④保温盖和加热器对中：升起托杆，让三瓣锅其与保温盖水平，调整保温盖的位置，使得四周间隙一致。
此外:
⑤下保温罩和电极之间的间隙前后一致，切不可大意造成短路打火。
⑥测温孔对一致。(4)煅烧
新的热场需要在真空下煅烧，煅烧时间约10小时左右，煅烧3～5次，方能投入使用。使用后，每拉晶4～8炉后也要煅烧一次。
煅烧功率，不同的热场不一样，一般要比引晶温度高，CZ1#炉子煅烧最高功率一般在110KW。

(1)热场的概念
热场也称温度场。热系统内的温度分布状态叫热场。煅烧时，热系统内的温度分布相对稳定，称为静态热场。在单晶生长过程中，热场是会发生变化，称为动态热场。
单晶生长时，由于不断发生物相的转化(液相转化为固相)，不断放出固相潜热，同时，晶体越拉越长，熔体液面不断下降，热量的传导、辐射等情况都在发生变化，所以热场是变化的，称为动态热场。
(2)温度梯度的概念
为了描述热场中不同点的温度分布及分布状态，下面给大家介绍一个“温度梯度”这个概念。
温度梯度是指热场中某点A的温度指向周围邻近某点B的温度的变化率。也即单位距离内温度的变化率。如下图所示，A点到B点的温度变化为T1-T2，距离变化为r1-r2。那么A点到B点的温度梯度是：

通常用表示在r方向上的变化率。显然两点间的温度差越大，则越大，则温度梯度越大，反之，两点间温度差越小，则越小，则温度梯度越小，如果

说明由A点到B点温度是升高的，如果

说明由A点到B点的温度是下降的。然后沿着轴线上某点沿着径向测量，发现温度是逐渐上升的，加热器中心温度最低，加热器温度最高，成抛物线变化，它的变化率称为径向温度梯度，用表示。(4)晶体生长时的温度梯度
单晶硅生长时，热场中存在固体、熔体两种形态。
温度梯度也有两种：
晶体中的纵向温度梯度和径向温度梯度。
熔体中的纵向温度梯度和径向温度梯度。
这是两种完全不同的温度分布，但是最能影响结晶状态的生长界面处的温度梯度。晶体生长时，单晶硅的纵向温度梯度粗略的讲：离生长界面越远，温
度越低，即
①只有足够大：才能使单晶硅生长产生的结晶潜热及时传走，
散掉，保持界面温度稳定。
②如果较小：晶体生长产生的结晶潜热不能及时散掉，单晶硅温
度增高，结晶界面温度随着增高，熔体表面的过冷度减少，单晶硅的
正常生长就会受到影响。
③但是，如果过大：则可能产生新的不规则晶核，使单晶变成
多晶，同时，熔体表面过冷度增大，单晶可能产生大量结构缺陷。
总之，晶体的纵向温度梯度要足够大，但不能过大。晶体生长时，熔体的纵向温度