CN217351610U - 一种提拉炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种提拉炉。通过在上法兰的下方固定开设有多个出气孔的隔热板，使得通过进气孔导入的氢气会分成多份从多个出气孔向下进入拉晶空间(石英坩埚与上法兰在石英管中所形成的空间为拉晶空间)中，在进行锗的单晶生长时，由于进入的氢气是分成多份进入拉晶空间中，因此，隔热板的分配导流作用使得氢气在拉晶空间内均匀流动，使得多份氢气在垂直方向流向石英坩埚，并在氢气达到石英坩埚的锗料界面时，有利于形成稳定的温场梯度，进而能够保证提拉出大体积的低位错锗单晶，且隔热板还能够在提拉炉动作时，能够减少上炉室抖动产生的污染物通过氢气气流进入熔体锗，降低熔体锗被污染的风险。

Description

一种提拉炉

技术领域

本实用新型涉及单晶生产领域，具体为一种提拉炉。

背景技术

锗的单晶生长过程在单晶提拉炉内完成，单晶提拉炉通常使用氢气作为保护气体，使用石英坩埚盛放锗料，石墨坩埚定位于石英坩埚外部以吸收射频波从而产生热量来加热以熔融锗料，坩埚杆位于石墨坩埚正下方控制坩埚的升降旋转运动。

但是，为提拉出大体积的低位错锗单晶，因此，需要保证温场稳定，然而大多数单晶提拉炉通过一根管通入氢气，氢气在提拉炉空间内流动中分配不均，且氢气是一种热导率较高的气体，对形成稳定的温度梯度会有不利影响，同时同体锗中的热传导率较低，生长中大量的熔化潜热很难及时传递出去，很容易产生位错，故而需要精准控制炉体保温；且为了保证炉体内洁净度，需要使用硬杆作为籽晶杆，但由于上炉室部分控制晶体的旋转及升降等运动，因此难免产生抖动，进而容易使一些污染物随着气流进入熔体锗，产生污染，因此，急需一种合理的提拉炉来解决氢气导流和避免污染物进入溶体锗的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种提拉炉，以解决氢气在拉晶空间内流动中分配不均影响形成稳定的温度梯度，以及上炉室控制晶体旋转及升降运动导致污染物随氢气进入溶体锗。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

一种提拉炉，包括：提拉头、伸缩管、上法兰、石英管、籽晶杆、籽晶夹头、籽晶、石英坩埚、石墨坩埚、感应线圈和隔热板；

石墨坩埚设置于石英管内，且位于石英管底部；

石英坩埚设置于石墨坩埚内；

上法兰设置于石英管的顶部，上法兰开设有第一通孔和用于导入氢气的进气孔；

隔热板固定于上法兰的下方，隔热板开设有第二通孔；

提拉头设置于上法兰的上方，籽晶杆的一端固定于提拉头下方，籽晶杆的另一端依次穿过第一通孔、第二通孔与籽晶夹头相连，籽晶固定于籽晶夹头的下方；

伸缩管套设于籽晶杆，伸缩管的一端与提拉头相连，伸缩管的另一端与上法兰相连；

感应线圈绕设于石英管的外侧，且感应线圈位于石英管的下部；

隔热板开设有用于氢气通过的多个出气孔。

优选的，隔热板为圆形结构，隔热板与石英管为间隙配合。

优选的，第一通孔沿上法兰的轴线开设，第二通孔沿隔热板的轴线开设。

优选的，第一通孔与第二通孔的直径相同。

优选的，第二通孔与籽晶杆的配合方式为间隙配合。

优选的，隔热板通过多个预设长度的固定杆固定在上法兰。

优选的，固定杆采用不锈钢材质制成。

优选的，多个出气孔均布于隔热板。

优选的，出气孔为向上凸起的锥形结构，出气孔的上部直径小于出气孔的下部直径。

优选的，出气孔的高度范围为5mm至10mm。

基于上述本实用新型提供的一种提拉炉，通过在上法兰的下方固定开设有多个出气孔的隔热板，使得通过进气孔导入的氢气会分成多份从多个出气孔向下进入拉晶空间(石英坩埚与上法兰在石英管中所形成的空间为拉晶空间)中，在进行锗的单晶生长时，由于进入的氢气是分成多份进入拉晶空间中，因此，隔热板的分配导流作用使得氢气在拉晶空间内均匀流动，使得多份氢气在垂直方向流向石英坩埚，并在氢气达到石英坩埚的锗料界面时，有利于形成稳定的温场梯度，进而能够保证提拉出大体积的低位错锗单晶，且隔热板还能够在上炉室(即本申请的提拉炉)动作时，能够减少上炉室抖动产生的污染物通过氢气气流进入熔体锗，降低熔体锗被污染的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种提拉炉的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的隔热板的结构示意图。

其中，提拉头1，伸缩管2，上法兰3、进气孔31，石英管4，籽晶杆5，籽晶夹头6，籽晶7，晶体8，石英坩埚9，石墨坩埚10，感应线圈11，坩埚杆12，隔热板13、第二通孔131、固定杆132、出气孔133。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种提拉炉，参见图1和图2，该提拉炉包括：提拉头1、伸缩管2、上法兰3、石英管4、籽晶杆5、籽晶夹头6、籽晶7、石英坩埚9、石墨坩埚10、感应线圈11和隔热板13；

石墨坩埚10设置于石英管4内，且位于石英管4底部；

石英坩埚9设置于石墨坩埚10内；

上法兰3设置于石英管4的顶部，上法兰3开设有第一通孔和用于导入氢气的进气孔31；

隔热板13固定于上法兰3的下方，隔热板13开设有第二通孔131；

提拉头1设置于上法兰3的上方，籽晶杆5的一端固定于提拉头1下方，籽晶杆5的另一端依次穿过第一通孔、第二通孔131与籽晶夹头6相连，籽晶7固定于籽晶夹头6的下方；

伸缩管2套设于籽晶杆5，伸缩管2的一端与提拉头1相连，伸缩管2的另一端与上法兰3相连；

感应线圈11绕设于石英管4的外侧，且感应线圈11位于石英管4的下部；

隔热板13开设有用于氢气通过的多个出气孔133。

需要说明的是，通过在上法兰3的下方固定开设有多个出气孔133的隔热板13，使得通过进气孔31导入的氢气会分成多份从多个出气孔133向下进入拉晶空间(石英坩埚9与上法兰3在石英管4中所形成的空间为拉晶空间)中，在进行锗的单晶生长时，由于进入的氢气是分成多份进入拉晶空间中，因此，隔热板13的分配导流作用使得氢气在拉晶空间内均匀流动，使得多份氢气在垂直方向流向石英坩埚9，并在氢气达到石英坩埚9的锗料界面时，有利于形成稳定的温场，且隔热板13还能够在上炉室(即本申请的提拉炉)动作时，能够减少上炉室抖动产生的污染物通过氢气气流进入熔体锗，降低熔体锗被污染的风险。

还需要说明的是，氢气是一种导热率较高的气体，若氢气在拉晶空间内流动分配不均，会对形成稳定的温度梯度有不利影响，因此，本申请通过隔热板13将导入的氢气分成多份分别从不同位置向下导入至拉晶空间，进而使氢气能够在拉晶空间内流动均匀，有利于形成稳定的温度梯度，进而能够保证提拉出大体积的低位错锗单晶。

具体的，隔热板13为圆形结构，隔热板13与石英管4为间隙配合。

需要说明的是，将隔热板13设置成圆形结构，并使隔热板13与石英管4为间隙配合，能够避免从上法兰3的进气孔31进入的氢气从隔热板13与石英管4 之间的间隙中流过，造成氢气无法均匀流至石英坩埚9，进一步避免由于氢气在拉晶空间内流动分配不均产生对形成稳定的温度梯度有不利影响，有效保证能够保证提拉出大体积的低位错锗单晶。

还需要说明的是，将隔热板13设置成圆形结构，并使隔热板13与石英管4 为间隙配合，还能够有效减少上炉室抖动产生的污染物通过氢气气流进入熔体锗，降低熔体锗被污染的风险。

进一步，第一通孔沿上法兰3的轴线开设，第二通孔131沿隔热板13的轴线开设。

需要说明的是，将第一通孔沿上法兰3的轴线开设，第二通孔131沿隔热板13的轴线开设，使得第一通孔与第二通孔131成为同心圆，进而方便籽晶杆 5安装。

具体的，第一通孔与第二通孔131的直径相同。

需要说明的是，第一通孔与第二通孔131的直径可以设置为相同，也可以设置成不同，本申请优选将第一通孔与第二通孔131的直径设置为相同。

还需要说明的是，第一通孔和第二通孔131直径均大于籽晶杆5的外径，以方便籽晶杆5更加方便穿过。

具体的，第二通孔131与籽晶杆5的配合方式为间隙配合。

需要说明的是，由于需要籽晶杆5在第二通孔131上下移动顺畅，因此，需要将第二通孔131的直径设置成大于籽晶杆5的直径，但是，当第二通孔131 的直径过大时，通过进气孔31进入的氢气不会通过出气孔133进入石英坩埚9 与隔热板13之间形成的拉晶空间，因此，需要将第二通孔131与籽晶杆5的配合方式设置成间隙配合，以减少氢气从第二通孔131与籽晶杆5所形成的间隙通过，进而保证从进气孔31进入的大量氢气能够从出气孔133均匀向下流至石英坩埚9。

优选的，隔热板13采用石英材质制成。

需要说明的是，将隔热板13采用石英材质制成，可以有效起到隔热的作用。

还需要说明的是，隔热板13可以采用石英石制成，也可以采用其他具有隔热性能的材料制成，因此，隔热板13并不仅限于石英石制成。

优选的，隔热板13的厚度范围为10mm至15mm。

需要说明的是，隔热板13的厚度可以设置成10mm，也可以设置成15mm，还可以设置成10mm至15mm之间的任一厚度，如13mm。

进一步，隔热板13通过多个预设长度的固定杆132固定在上法兰3。

需要说明的是，将隔热板13通过多个预设长度的固定杆132固定在上法兰 3，进而使隔热板13与上法兰3之间存在一定气体缓冲间隙，使得氢气进入隔热板13与上法兰3的间隙后，氢气分散在隔热板13与上法兰3的间隙，然后通过隔热板13上的多个第一通孔进入拉晶空间。

优选的，固定杆132的顶部设有外螺纹，上法兰3开设有用于与固定杆132 的外螺纹配合的螺纹孔。

需要说明的是，固定杆132通过螺纹连接方式固定在上法兰3，能够将隔热板13稳定固定，避免隔热板13在上炉室动作时出现晃动。

具体的，固定杆132采用不锈钢材质制成。

需要说明的是，固定杆132可以采用不锈钢材质制成，也可以采用其他材质制成，固定杆132并不仅限于采用不锈钢材质制成。

进一步，多个出气孔133均布于隔热板13。

需要说明的是，通过在隔热板13上均匀设置多个出气孔133，能够使氢气均匀从出气孔133向下流入至石英坩埚9，进而使氢气达到石英坩埚9的锗料界面时，有利于形成稳定的温场，进而能够保证提拉出大体积的低位错锗单晶。

具体的，出气孔133为向上凸起的锥形结构，出气孔133的上部直径小于出气孔133的下部直径。

需要说明的是，将出气孔133设置成向上凸起的锥形结构，并使出气孔133 的上部直径小于出气孔133的下部直径，能够在氢气经过出气孔133后，能够跟随出气孔133的形状向石英坩埚9流动，使得氢气能够更均匀的流向石英坩埚9，能够进一步形成稳定的温场，以保证提拉出大体积的低位错锗单晶。

优选的，出气孔133的上部直径范围为1mm至2mm，出气孔133的下部直径范围为2mm至3mm。

需要说明的是，出气孔133的上部直径可以为1mm，也可以为2mm，还可以为1mm至2mm之间的任一数值，如1.2mm。

出气孔133的下部直径可以为2mm，也可以为3mm，还可以为2mm至3mm 之间的任一数值，如2.6mm。

值得注意的是，在出气孔133的上部直径为2mm时，出气孔133的下部直径需大于2mm。

进一步，出气孔133的高度范围为5mm至10mm。

需要说明的是，出气孔133的高度可以为5mm，也可以为10mm，还可以为5mm至10mm之间的任一数值，如8mm。

优选的，提拉炉还包括用于控制石墨坩埚10和石英坩埚9升降旋转运动的坩埚杆12。

为了便于理解上述方案，结合图1和图2，下面对本方案作进一步介绍。

一种提拉炉包括：提拉头、伸缩管、上法兰、石英管、籽晶杆、石英坩埚、石墨坩埚、感应线圈、坩埚杆和隔热板；

提拉头设置于提拉炉最顶部，其控制籽晶杆的升降旋转，进而控制晶体的运动；

籽晶杆为硬杆，其下端还设置有籽晶夹头，籽晶夹头用于夹持籽晶，籽晶为一定晶向的单晶锗，通过其直接接触熔体提拉单晶；

伸缩管设置于提拉头和上法兰之间，其随着籽晶杆的升降而伸缩，保证籽晶杆全程处于炉内环境；

石英管是单晶提拉进行的内部场所，上法兰用于密封石英管，上法兰上还设置有进气管，进气管为氢气进气口，使用氢气作为单晶提拉的保护气体；

石英坩埚盛放锗料，石墨坩埚定位于石英坩埚外部以吸收感应线圈产生的射频波从而产生热量来加热以熔融锗料，坩埚杆位于石墨坩埚正下方控制坩埚的升降旋转运动；石英坩埚、石墨坩埚和坩埚杆都定位于石英管内部；感应线圈定位于石英管外部；

隔热板定位于石英管内较上空间，包括其本体和设置于板上的出气孔、固定杆、籽晶杆孔(即第二通孔131)；

隔热板为高纯石英材质圆盘，厚度为10-15mm，其外边和内边(第二通孔) 在垂直方向上均设置5-10mm的盘状凸起，隔热板外径略小于石英管内径，籽晶杆孔是籽晶杆升降的通道，其直径略大于籽晶杆外径；

固定杆为高纯不锈钢材质，其作用是将隔热盘固定于上法兰；固定杆下方与隔热板使用螺纹连接方式，上方与法兰采用两个内六角螺丝连接，方便拆卸；固定杆设置有对称两根；

挡热板上均匀设置的出气孔是气体流向锗料界面的通道，其为倒立的小锥形结构，气孔上端在垂直方向上距离挡热板5-10mm，上气孔直径为：1-2mm，下气孔直径为：2-3mm。

有益效果：

1.设置隔热板能减少热量散失，保证热场稳定。

2.隔热板上均匀设置出气孔，控制气流导向：通过进气口进入石英管内部的气体，经过出气孔的分配导流，控制氢气流速为100-300L/h，使氢气在垂直方向均匀快速流向坩埚，到达坩埚内锗料界面，有利于形成稳定的温场。

3.隔热板外边和内边(籽晶杆孔)在垂直方向上均设置5-10mm的盘状凸起，挡热板上均匀设置的出气孔，其为倒立的小锥形结构，出气孔上端在垂直方向上距离隔热板5-10mm，且出气孔上小下大，这使得上炉室部分抖动产生的一些污染物很难通过出气孔气流进入熔体锗，避免了污染。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种提拉炉，其特征在于，包括：提拉头、伸缩管、上法兰、石英管、籽晶杆、籽晶夹头、籽晶、石英坩埚、石墨坩埚、感应线圈和隔热板；

所述石墨坩埚设置于所述石英管内，且位于所述石英管底部；

所述石英坩埚设置于所述石墨坩埚内；

所述上法兰设置于所述石英管的顶部，所述上法兰开设有第一通孔和用于导入氢气的进气孔；

所述隔热板固定于所述上法兰的下方，所述隔热板开设有第二通孔；

所述提拉头设置于所述上法兰的上方，所述籽晶杆的一端固定于所述提拉头下方，所述籽晶杆的另一端依次穿过所述第一通孔、所述第二通孔与籽晶夹头相连，所述籽晶固定于所述籽晶夹头的下方；

所述伸缩管套设于所述籽晶杆，所述伸缩管的一端与所述提拉头相连，所述伸缩管的另一端与所述上法兰相连；

所述感应线圈绕设于所述石英管的外侧，且所述感应线圈位于所述石英管的下部；

所述隔热板开设有用于氢气通过的多个出气孔。

2.根据权利要求1所述的提拉炉，其特征在于，所述隔热板为圆形结构，所述隔热板与所述石英管为间隙配合。

3.根据权利要求2所述的提拉炉，其特征在于，所述第一通孔沿所述上法兰的轴线开设，所述第二通孔沿所述隔热板的轴线开设。

4.根据权利要求1所述的提拉炉，其特征在于，所述第一通孔与所述第二通孔的直径相同。

5.根据权利要求4所述的提拉炉，其特征在于，所述第二通孔与所述籽晶杆的配合方式为间隙配合。

6.根据权利要求1所述的提拉炉，其特征在于，所述隔热板通过多个预设长度的固定杆固定在所述上法兰。

7.根据权利要求6所述的提拉炉，其特征在于，所述固定杆采用不锈钢材质制成。

8.根据权利要求1所述的提拉炉，其特征在于，多个所述出气孔均布于所述隔热板。

9.根据权利要求1所述的提拉炉，其特征在于，所述出气孔为向上凸起的锥形结构，所述出气孔的上部直径小于所述出气孔的下部直径。

10.根据权利要求9所述的提拉炉，其特征在于，所述出气孔的高度范围为5mm至10mm。

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