碳碳复合材料应用单晶炉热场.ppt

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培训对象：硅单晶制取工
培训讲师：詹文平
硅单晶分厂
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热场的结构示意图；各部件介绍
热场结构
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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
热场的温度梯度
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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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一、热场结构
热
场
示
意
图
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
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。
1
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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。
石墨螺栓
电极图
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≤。
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。