本发明专利技术揭露一种长晶炉，包括：至少含有原料的坩锅以及液体冷却热交换器，液体冷却热交换器是在该坩锅下方能垂直移动来从该坩锅散热以促成晶锭的成长。液体冷却热交换器包含由高导热材料制作的散热球，其能够垂直移动地与该坩锅进行热交流来使用液态冷媒从该坩锅散热。还揭露一种被封闭在密封管状外罩中的液体冷却热交换器和使用能垂直移动的液体冷却热交换器来制造晶锭的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术揭露一种长晶炉，包括：至少含有原料的坩锅以及液体冷却热交换器，液体冷却热交换器是在该坩锅下方能垂直移动来从该坩锅散热以促成晶锭的成长。液体冷却热交换器包含由高导热材料制作的散热球，其能够垂直移动地与该坩锅进行热交流来使用液态冷媒从该坩锅散热。还揭露一种被封闭在密封管状外罩中的液体冷却热交换器和使用能垂直移动的液体冷却热交换器来制造晶锭的方法。【专利说明】液体冷却热交换器相关申请交叉引用本申请要求享有美国临时申请案第61/514，019号的权益，该临时申请案的 申请日期:是2011年8月I日。
本专利技术是关于包含能够在坩锅下方垂直移动的液体冷却热交换器的长晶炉。
技术介绍
长晶炉被用来从熔化的原料(feedstock material)制造结晶材料(crystallinematerials)。原料首先在坩锅中被熔化，然后重新固化成结晶材料，举例而言，成为晶锭(crystalline ingots)。有多种方法被用来从原料制造晶锭。举例而言，直拉法(Czochralski, CZ)、定向固化(directional solidification, DSS)和热交换器法(heatexchanger method, HEM)的长晶炉可以用来熔化娃原料以制造娃晶锭。然而,熔化的原料重新固化成晶锭的方式在他们之间是不同的。在CZ方法中，是通过先将硅晶种(挂在上方)浸入熔化的原料中，然后缓慢地“拉起(pulling) ”该部分熔化的晶种到该熔化的原料之外，使得硅开始冷却并从上到下地固化以形成硅晶锭，也已知称为晶棒(boule)。所形成的晶锭自然地是单晶并且高度适用于半导体和光伏(photovoltaic)应用。然而，由CZ方法所制造的硅晶锭的相对小的尺寸、相对高的制造成本使得此方法一般来说对于生产用来制作用于光伏产业的硅晶圆所需要的大量晶锭和大晶锭尺寸是不实际的。不同于CZ，一般在原料熔化在其中的同样坩锅中，D`SS和HEM方法从该坩锅底部“向上”将该熔化的原料重新固化成晶锭。这些方法可以用来产生比CZ更大的晶锭尺寸。可以通过DSS和HEM方法制造各种种类的晶锭，举例而言，硅或蓝宝石晶锭。然而，由于他们的长晶炉结构，熔化的原料重新固化的方式在DSS和HEM方法之间是不同的。典型地在DSS系统中，是加热含有原料的方形坩锅，该原料被完全熔化，然后来自该熔化的原料的热被允许从该i甘锅的整个底部福射到下方的水冷长晶炉腔室壁(furnace chamber wall)。从?甘锅下方冷却的方法提供了在坩锅中的温度梯度，其促成了 “由下到上”的固化来形成晶锭。不同于DSS方法，HEM方法通过设置热交换器与坩锅底部产生热交流来用更集中的方式从该熔化的材料中散热。循环流经该热交换器顶部的冷媒(举例而言，某种气体)从该坩锅底部带走所抽取出来的热以启动结晶化并促成“由下到上”的固化来形成晶锭。氦通常被用在长晶炉热交换器中作为冷媒。然而，氦以及其它冷却气体不具有可察觉的质量(appreciable mass),且因此具有很小的接受力(capacity)来吸收来自含有熔化的原料的坩锅的大量的热量。因此，大量的气体必须循环流经该热交换器以保持来自该熔化的原料、经过该坩锅以及进到该热交换器的热信道和流动以促进并保持晶体成长。不同于气体冷媒，液态冷媒具有可察觉的质量。例如，水是一种杰出的液态冷媒，因为其具有可察觉的质量并因此具有显着的接受力来吸收来自坩锅的大量的热。然而，其使用在长晶炉的热交换器中作为液态冷媒是被审慎戒备的，因为从该液体冷却热交换器到该长晶炉腔室的任何水泄漏可能产生大量的蒸气压力。因此，在产业中存在有利用包含水的液态冷媒超过冷却气体的卓越冷却接受力来用于热交换器中以成长结晶材料的需求。
技术实现思路
本专利技术关于一种长晶炉，包括在至少含有要被熔化的原料的坩锅下方的液体冷却热交换器。该液体冷却热交换器是能在该坩锅下方垂直移动以与该坩锅产生热交流来促进该熔化的原料重新固化成晶锭，并包含由具有大于约200W/(mk)的导热值的材料制作的散热球以及液态冷媒进液管和液态冷媒出液管，其中，该进液管、该出液管或是两者是连结到该散热球，用以循环流经其间的液态冷媒。较佳地，该材料包含铜且该液态冷媒包含水。在一具体实施例中，该液体冷却热交换器能够垂直移动的与该坩锅进行热接触。在另一具体实施例中，该坩锅置于坩锅支撑架顶上，且该液体冷却热交换器能够垂直移动的与该坩锅支撑架进行热接触。再又一具体实施例中，要被熔化的至少的原料较佳的是硅，该坩锅置于坩锅支撑架顶上的坩锅盒中，且该液体冷却热交换器能够垂直移动的与该坩锅支撑架进行热接触。在又另一具体实施例中，该液体冷却热交换器是被封闭在坩锅下方的密封管状外罩(sealed tubular outer jacket)中并能够在该密封管状外罩中垂直移动的。本专利技术还关于在长晶炉中制造晶锭的一种方法，包括下列步骤:将至少具有原料的坩锅置放在该长晶炉中、循环流经液体冷却热交换器的液态冷媒，该液体冷却热交换器能在该坩锅下方垂直地移动、加热并熔化在该坩锅中的至少的原料、以及垂直地移动该液体冷却热交换器以与该坩锅进行热交流，以促进该晶锭的成长。该液体冷却热交换器包含由具有大于约200W/(mk)的导热值的材料制作的散热球以及液态冷媒进液管和液态冷媒出液管，其中，该进液管、该出液管或是两者是连结到该散热球，用以循环流经其间的液态冷媒。要理解到前述的一般说明和下述详细说明两者都只是示例性的和解释性的，并旨在提供如权利要求的本专利技术的进一步解释。【专利附图】【附图说明】图1和图2各自是本专利技术的长晶炉的不同具体实施例的剖面图。图3是图2的长晶炉的剖面放大图。【具体实施方式】本专利技术关于一种长晶炉，包括能够在含有至少要被熔化的原料并被重新固化成晶锭的坩锅下方垂直移动的液体冷却热交换器，以及从熔化的原料制造晶锭的方法。 本专利技术的长晶炉是一种能够在一般大于约1000°C的温度下加热及/或熔化原料(包含但不限于硅)并随后促成该熔化的材料的重新固化以形成晶锭(例如，多晶硅锭)的高温炉。举例而言，该长晶炉可以是定向固化系统(DSS)或热交换器(HEM)长晶炉。该原料可以是固体或液体的形式。要被熔化的材料至少是原料，举例而言，多晶硅原料，尽管若想要单晶或实质上单晶的结晶材料，例如单晶硅种子的种子晶体可以用来和该原料结合。利用本专利技术的长晶炉可以制造其它晶锭，包含但不限于，例如锗、氟化钙以及氟化镁。本专利技术的长晶炉包括含有在该长晶炉的热区中要被熔化的原料的坩锅，以及液体冷却热交换器，其能够在该坩锅下方垂直移动。该长晶设备的热区是在该长晶炉中的内部区域，在其中可以提供并控制热来熔化以及重新固化在坩锅中的原料。该热区被绝缘体围绕并定义，该绝缘体可以是本领域中现有的任何材料，其拥有低导热性并能够承受在高温长晶炉中的温度和条件。举例而言，该热区可以被石墨绝热体所包围。该热区的形状和尺寸可以由多个绝缘板所形成，其可以是固定的或可移动的。举例而言，该热区可以由顶部、侧面和底部绝缘板所形成，该顶部和侧面绝缘板是设置成相对于设在该热区中的坩锅垂直地移动。可依据该长晶炉热区形状来决定使用其它绝缘体尺寸，举例而言，圆柱形绝缘体典型地围绕圆柱本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于生长晶锭的长晶炉，包括：坩锅，至少含有原料；以及液体冷却热交换器，其是在该坩锅下方能垂直移动的，包含：散热球，由具有大于约200W/(mk)的导热值的材料制作；以及液态冷媒进液管和液态冷媒出液管，其中，该液态冷媒进液管、该液态冷媒出液管或是两者是连结到该散热球，用以循环流经其间的液态冷媒。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·夏蒂埃，
申请(专利权)人：GTAT公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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