本发明专利技术涉及一种多晶硅铸锭炉或提纯炉用组合式电阻加热器及节能热场设计，属多晶硅铸锭或提纯炉的加热器结构设计与制造领域。加热器可降低成本及防止组合后长期使用产生的电接触不良现象，所用静态热场梯度设计具明显的节能效果。电阻加热器由上中下加热器组成，中下加热器都由四片石墨板经过开缝调整其电阻，石墨板左右边缘加工成锯齿状后组合成方形石墨圈，交接处再用碳纤维螺钉固定，上加热器由两片石墨板开缝后组成，石墨板及螺钉、螺孔处都敷上石墨浆，全部组合后进行高温烧结。三个加热器单独程序控制，形成可控节能的静态热场梯度。对采用简单降埚或升保温材料的铸锭炉也可以用上述碳纤维螺钉加石墨浆后固定的方法制作单一的电阻加热器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属多晶硅铸锭或提纯的生产设备
技术介绍
现有使用的电阻式多晶硅铸锭炉是都是采用石墨加热器的，其石墨加热器可为一 体或由石墨件组合而成，如用一体式的坩埚的材料成本高，如用组合式的，在高温高电流 的情况下，加上接触处松动及氧化的情况，会减少加热器的使用寿命及造成接触不良时产 生加热器生产中途打弧需停炉的事故性现象。现用的多晶硅铸锭炉多采用降坩埚或上升 保温材料罩的方法来产生温度梯度，如中国专利申请号200710070538. X、中国专利申请号 200810111800. 5所公开的铸锭炉结构，热场结构上不可避免地要多消耗去一些热能。本发 明的措施是尽量利用加热器各部件可单独控温的优点，使炉内形成少耗能的梯度热场，同 时在熔化硅料时采用等温的热场，减少了石英坩埚局部不必要的过温现象产生。明显地使 用坩埚下部的散热或冷却方式也是要利用下部多散发热量来造成温度梯度，如中国专利申 请号200710109123. 9中所用的冷却板方案。有的使用加工加热器时就形成固定的热场梯 度，如中国专利申请号200710079489. 6所用，其不具有本专利技术在熔化料时少局部超温及能 大幅度变化温度梯度以滿足坩埚内温度梯度的优点。本专利技术的另一特点是直接从三个热传 感器得到炉内热场梯度的信息，其它散热法因靠部件的移动等造成的温度梯度其信息常是 间接的，本专利技术所用方法更有利于热场的精细控制。
技术实现思路
本专利技术是提供一种多晶硅铸锭炉或提纯炉用的组合式电阻加热器及节能热场设 计，目的是降低设备消耗性配件的成本及增加其工作的可靠性，同时经过热场设计的最佳 化来节约热能。 电阻加热器由下加热器、中加热器及上加热器组成，中下加热器由四片石墨板组 合而成，各石墨板经过开缝调整其最佳电阻，调整电阻时要考虑所用石墨的电阻率，从调整 石墨板的厚度、开缝的条数、缝长、缝宽来使加热器的电阻最佳化。石墨板的左右两边加工 成锯齿状，加工成的阳齿石墨板与阴齿石墨板可90度紧密结合在一起形成方形石墨圈，交 接处再用碳纤维螺钉进行固定，加工的精度要良好以使交接处的缝隙最小化，锯齿状的交 接是要增加两片石墨板的接触面积并相互间形成支撑。上加热器由开缝调整电阻后的两片 石墨板组成，各加热器在左右两端用碳纤维螺钉与含方形接头的石墨棒连接以通进电流。 各石墨板交接处及螺钉、螺孔处都敷上石墨浆，经组合后缓慢升温到120(TC进行烧结，以形 成包括外接石墨棒的整体性的加热器。 三个加热器都可单独程序控温，形成可控节能的静态热场梯度。常规单一加热器 的热场是固定的，加热器内部的温度梯度是有限的，要靠制造坩埚下方的冷度来来形成足 夠的温度梯度来完成定向凝固工序。采用三个加热器的方案，可将加热器组合内的温度梯 度调到合适的程度，尽量不靠下部能量的散失来滿足温度梯度的要求，包括定向凝固时相当时间下加热器可以是不通电的。由于坩埚四周的保温都非常好，为了控制好晶体生长，适 当的小量冷源还是需要的，这就由坩埚下部边缘有一可上下移动的保温圈及坩埚下部保温 层上开出小的热交换孔来完成。良好的控制晶体生长也是必要的，当加热器产生的温度梯 度仍不足时可下降保温圈来增加温度梯度，最后再动用坩埚下部保温层开小热交换孔的方 式，保温层采用固化石墨纤维板，所开孔可用不同的保温环填入来调整孔的大小。理想的节 能控制是可以不开此孔或孔开的很小。温度梯度的辅助措施增加了晶体生长的可控性及增 加设备使用的灵活性。 三个加热器都由接近它的测温传感器来进行测温及控温，此传感器可为热电偶或 红外光学测温仪。三个单独的控温程序按时间同步来运行，先同步升温到153(TC左右来进 行熔化硅料，当硅料化完后，温度就降到145(TC左右，这时开始三个加热器就控制在不同的 温差并缓慢地进行降温以进行可控的定向凝固。 对于仍要使用单一加热器的的铸锭炉，基本上是只要将中或下的加热器加高一 倍，用开缝程度调整其电阻，关健仍是要充分利用石墨浆加强电接触的优势来降低加热器 的成本及可靠性。附图说明 图1 :电阻式加热器及热场设计的总体结构图 图2 :中或下加热器的结构图 图3:上加热器的结构图 图4 :单一加热器的结构图具体实施例方式本专利技术的铸锭或提纯在通冷却水的双层不锈钢炉进行，其加热的元件包括下 加热器、中加热器及上加热器组成，加热器的外部由厚的保温材料来进行隔热， 隔热层是采用固化石墨纤维板来组成。加热器是外接石墨棒再与通冷却水的铜电极 连接以进行低压大电流的加热。坩埚经隔热板放在通冷却水的不锈钢托盘上，坩埚 底部可开进行热交换的小孔来提供小量的冷源，下加热器的下方有一可上下活动的环 形保温板，以利于选择性的加强保温。在三个加热器最近的地方都有测温元件来进行 测温及控温，在硅料熔化完之前程序设定三个加热器都是相同的温度进行同步升温，当硅 料熔化完要进行定向凝固时，程序就将三个加热器控制成具一定的温度梯度来进行定向凝 固，温度梯度的设定是使铸锭以平均在15-20mm/时的速度进行晶体生长。为了滿足在坩埚 内的有效的温度梯度，在定向凝固的相当长的时间段下加热器的程序控制是设置在不通电 的。采用最佳的保温措施，只提供很少量的冷源来达到节能的效果。 中或下加热器的具体结构见图2，其由两片阳齿石墨板 及两片阴齿 石墨板 组合而成，在石墨板上开有线槽来进行电阻的调整，所用石墨板要使用三 高石墨或高密度的电极石墨。以选用三高石墨为优先考虑。以石墨板的交接处加工有螺纹 孔以利旋入碳纤维螺钉进行加固，引进电流的是经含有石墨板头的石墨棒与石墨板 相連接，其也加工有螺纹孔以利連接。加热器具有双路电流并联的特点。 上加热器的具体结构见图3，由两片对称的开缝石墨板组成，中间组成园孔作观查孔用，两端用含石墨板头的石墨棒经螺纹孔用碳纤维螺钉进行固 定。 三种加热器的石墨板交接处、石墨板头、螺钉及螺纹孔都敷上石墨浆后再进行组 合，然后安装在铸锭炉内进行缓慢升温到120(TC以进行烧结固化以使加热器一体化。 本专利技术的加热器及热场设计已在270KG的硅锭的生长上进行实验，所得多晶硅锭 质量良好能满足使用的要求。 如仍要使用单一加热器结构的铸锭炉，其结构如图4，是将下或中加热器的高度增 加一倍，增加石墨板的厚度以增加支撑强度，也由两片阳齿石墨板 及两片阴齿石 墨板 经螺纹孔用碳纤维螺钉連接，也用含石墨板头的石墨棒经螺 纹孔与石墨板进行连接，石墨板头的下方可伸出一水平台阶以更有力地支撑加热器， 上石墨浆的方法如上所述。权利要求一种多晶硅铸锭炉或提纯炉用组合式电阻加热器，加热器由上、中及下加热器组成，三个加热器都有温度传感器进行单独程序控温，在硅料全部熔化前及定向凝固前三个加热器采用等温度控制，开始定向凝固后三个温度的程序就设定使坩埚内形成一定的温度梯度，结合着坩埚下部保温层含有保温层，内有小热转换孔，及在下加热器的下方有一可上下活动的保温环，形成静态节能的热场设计。2. 权利要求1中所述的中及下加热器采用两端加工成阳齿石墨板二片及阴齿石墨板 二片进行紧密组合。3. 权利要求l中所述的中及下加热器的交接处采用碳纤维螺钉进行連接固定，上、中、 下加热器左右两端与含石墨板头的石墨棒用碳纤维螺钉进行連接固定。4. 权利要求l中所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多晶硅铸锭炉或提纯炉用组合式电阻加热器，加热器由上、中及下加热器组成，三个加热器都有温度传感器进行单独程序控温，在硅料全部熔化前及定向凝固前三个加热器采用等温度控制，开始定向凝固后三个温度的程序就设定使坩埚内形成一定的温度梯度，结合着坩埚下部保温层含有保温层，内有小热转换孔，及在下加热器的下方有一可上下活动的保温环，形成静态节能的热场设计。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林安中，
申请(专利权)人：北京中联阳光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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