《單晶爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)》ppt課件

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1、培訓(xùn)對(duì)象：硅單晶制取工培訓(xùn)講師：詹文平硅單晶分廠單晶爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)容1.熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)熱場(chǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；各部件介紹2.熱場(chǎng)的安裝和煅燒熱場(chǎng)的安裝；熱場(chǎng)水平與中心調(diào)整；熱場(chǎng)的煅燒3.熱場(chǎng)的溫度梯度熱場(chǎng)的概念；溫度梯度的概念；靜態(tài)熱場(chǎng)的溫度分布；動(dòng)平衡態(tài)熱場(chǎng)的分布晶體生長(zhǎng)的溫度梯度：徑向溫度梯度與縱向溫度梯度熱場(chǎng)的優(yōu)劣對(duì)單晶硅的質(zhì)量有很大影響。合適的熱場(chǎng)，能夠生長(zhǎng)出高質(zhì)量的單晶。不好的熱場(chǎng)容易使單晶變成多晶，或者根本無(wú)法引晶。有的熱場(chǎng)雖然能夠生長(zhǎng)單晶，但質(zhì)量較差，有位錯(cuò)和其它結(jié)構(gòu)缺陷。因此，找到較好的熱場(chǎng)條件，配置最佳的熱場(chǎng)，是非常重要的直拉單晶工

2、藝技術(shù)。熱場(chǎng)有大有小，它是按照所用的石英坩堝的直徑大小來(lái)劃分的，目前國(guó)內(nèi)熱場(chǎng)從￠12″～￠28″都有，但以￠18″～￠22″居多。一、熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)一、熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)直拉單晶爐的熱系統(tǒng)，也就是所謂的熱場(chǎng)，是指為了熔化硅料，并使單晶生長(zhǎng)保持在一定溫度下進(jìn)行的整個(gè)系統(tǒng)。熱場(chǎng)一般包括壓環(huán)、保溫蓋、上中下保溫罩、石墨坩堝(三瓣堝)、坩堝托桿、坩堝托盤、電極、加熱器、導(dǎo)流筒、石墨螺栓，且為了防止漏硅，爐底、金屬電極、托桿、都設(shè)置了保護(hù)板、保護(hù)套。熱場(chǎng)示意圖加熱器加熱器是熱場(chǎng)中很重要的部件，是直接的發(fā)熱體，溫度最高的時(shí)候可以達(dá)到1600℃以上。常見(jiàn)的加熱器有三

3、種形狀，筒狀、杯狀、螺旋狀。目前絕大多數(shù)加熱器為筒狀，硅單晶分廠CZ1#廠房使用的是直筒式形狀的加熱器。右圖為加熱器。加熱器一般情況下，加熱器是高純石墨加工，每個(gè)半圓筒各位一組，縱向開(kāi)縫分瓣，組成串聯(lián)電阻，兩組并聯(lián)后形成串并聯(lián)回路。右下圖是倒立的加熱器，由圖可知，在加熱器下面有兩個(gè)清晰的連接孔，這些孔是用來(lái)連接石墨電極。石墨電極石墨電極的作用，一是平穩(wěn)的固定加熱器，二是通過(guò)它對(duì)加熱器輸送電流，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。石墨電極也是有高純石墨加工而成。右上圖為石墨電極

4、示意圖、右下圖為連接石墨電極和加熱器的石墨螺栓。石墨螺栓電極圖石墨坩堝、坩堝托桿和坩堝托盤石墨坩堝，也就是所謂的三瓣堝，主要是用來(lái)盛放石英坩堝。它的內(nèi)徑加工尺寸與石英坩堝的外形尺寸相配合，同時(shí)，石墨坩堝本身也需要具有一定的強(qiáng)度，來(lái)承受硅料和坩堝的重量。石墨坩堝，有單體，兩瓣合體，以及CZ1#所使用的三瓣合體等不同形狀。它們從節(jié)約成本、使用方便來(lái)比較各有所長(zhǎng)。右圖為三瓣堝的實(shí)物圖。坩堝托桿、坩堝托盤共同構(gòu)成了石墨坩堝的支撐體，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)，托桿及托盤的偏擺度≤0.5mm。支撐體的高度是可以調(diào)節(jié)的，這樣可以保

5、證熔料時(shí)，坩堝有合適的低堝位，而拉晶時(shí)，有足夠的堝跟隨動(dòng)行程。石墨坩堝、坩堝托桿和坩堝托盤保溫罩保溫罩分為上保溫罩、中保溫罩和下保溫罩。保溫罩是由一個(gè)保溫筒外面包裹石墨碳?xì)侄伞Ｊ細(xì)值陌鼘訑?shù)視情況而定。下保溫罩組成了底部的保溫系統(tǒng)，它的作用是加強(qiáng)堝底保溫，提高堝底溫度，減少熱量損失。中、上保溫罩的作用也是為了減少熱量的損失。只不過(guò)保溫罩外面的石墨碳?xì)值膶訑?shù)不一樣，這樣使得溫度梯度不一樣。排氣的方式有上排氣和下排氣。CZ1#廠房現(xiàn)在使用的比較多的是上排氣。這樣，上保溫罩上面就存在幾個(gè)排氣孔，這些排氣孔保證在高溫下蒸發(fā)的氣體的排出。保

6、溫罩保溫蓋、導(dǎo)流筒保溫蓋由保溫上蓋、保溫碳?xì)趾捅叵律w組成。即兩層環(huán)狀石墨之間夾一層石墨碳?xì)纸M成，其內(nèi)徑的大小與導(dǎo)流筒外徑相匹配，平穩(wěn)的放在保溫罩面板上。導(dǎo)流筒，由內(nèi)外筒之間夾一層石墨碳?xì)纸M成。導(dǎo)流筒主要是為了控制熱場(chǎng)的溫度梯度和引導(dǎo)氬氣流。壓環(huán)壓環(huán)，由幾截弧形環(huán)構(gòu)成的一個(gè)圓形環(huán)狀石墨件，它放置在蓋板與爐壁接觸處，是為了防止熱量和氣體從爐壁與蓋板的縫隙間通過(guò)。右上圖是壓環(huán)，右下圖為安裝后的效果圖。(1)安裝前安裝熱場(chǎng)前，尤其是新熱場(chǎng)，應(yīng)仔細(xì)擦拭干凈，去除表面浮塵土，檢查部件的質(zhì)量，整個(gè)爐室在進(jìn)行安裝熱場(chǎng)前也必須擦拭完畢。(2)安裝安裝順

7、序一般是由下而上，由內(nèi)到外。石墨電極安裝時(shí)，左右對(duì)齊，處在同一水平面上，不可傾斜，同時(shí)要和托桿對(duì)中。放上加熱器之后，加熱器的電極孔要與下面的電極板的兩孔對(duì)準(zhǔn)。二、熱場(chǎng)的安裝與煅燒安裝電極→爐底碳?xì)帧瓷涞装濉卤卣帧h(huán)、石英環(huán)→加熱器→中保溫罩→石墨托桿→石墨托盤→裝三瓣堝→下降主爐室→上保溫罩→導(dǎo)氣孔→保溫蓋板→裝導(dǎo)流筒→壓環(huán)熱場(chǎng)安裝順序示意圖二、熱場(chǎng)的安裝與煅燒(3)對(duì)中順序在整個(gè)安裝過(guò)程中，要求整個(gè)熱系統(tǒng)對(duì)中良好，同心度高，需要嚴(yán)格對(duì)中：①坩堝軸與加熱器的對(duì)中。將托桿穩(wěn)定的裝在下軸上，將下軸轉(zhuǎn)動(dòng)，目測(cè)是否偏擺。然后將鋼板尺平

8、放在坩堝軸上，觀察兩者之間的間隙，間隙是否保持不變，加熱器圓心是否對(duì)中。接著裝托盤，托盤的中心也要跟加熱器對(duì)中。二、熱場(chǎng)的安裝與煅燒②加熱器與石墨坩堝的對(duì)中：轉(zhuǎn)動(dòng)托碗，調(diào)整堝位，讓石墨坩堝與加熱器口水平（此