高纯度碳纤维、碳碳复合材料在半导体硅(多晶、单晶)材料生产制造工艺中的应用培训课件
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碳纤维、碳/碳复合材料的国产化大大降低了 产品价格，打破了国外的垄断，长了中国人的志气， 为国争了光，支援了国防建设。
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（一） Ф炉膛内径＝（Ф单晶×2.5～3）石英坩埚＋ （1″～2″）石墨托＋1″间隙＋2″石墨加热器＋1″间隙 ＋６″保温罩＋4″间隙
举例：如要设计拉制电路级８″硅单晶的直拉 硅单晶炉：
则应该是： 石英坩埚直径24″。 石墨坩埚托外径为25″（厚度12.7㎜）。 石墨加热器内径26″，厚度12.7㎜（1/2″）。 石墨加热器外径27″（注：可以加厚为1″）. 碳素保温罩内径为28″。 碳素保温罩外径为32″（厚2″）（外径可以为 34″）。 炉膛内径为38″～40″（1米）。
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碳灰分低很多，大大降低了对硅单晶中 碳的玷污，可以控制硅单晶中碳含量小 于1×1016at/㎝3，提高了硅单晶的内在 质量。
保温效果好，可以节电20%（生产每公 斤硅单晶的电耗可以从60度降至50度）。
使用寿命长，一套固化碳纤维、碳/碳复合材料 保温罩至少可以使用1年以上，降低了成本，而 且提高了单晶炉开炉、折炉过程中热场安装的重 复性和稳定性。
6″单晶为1:1， 8″单晶为4:5， 12″单晶为2:3 加热器顶端与保温罩盖顶距离（简称器盖距）为40㎜ 至20㎜（加磁场时）。 导流筒底端面离硅液面距离为20～25㎜，导流筒下口 内径＝晶体直径＋2″
保温罩系统采用定形固化碳纤维、碳／碳复合材料整 体结构可节约电耗20%以上。其厚度可取2″～3″；为 保证低的灰分，最好内、外径都衬以石墨筒。
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高纯度、高密度的碳纤维、碳/碳复合材料的 加热器（片）在半导体多晶硅生产线的四氯化硅氢 化炉中也有着成功的应用。它的优点是：高温下抗 （SiCl4、SiHCl3和HCl）腐蚀，使用寿命长，片式加 热器的热交换面积大，氢化率及产率高，氢化炉中 的固化定形的碳纤维、碳/碳复合材料的保温套系 统节电效果好，寿命长，降低了多晶硅的生产成本。
9
因此结论是：设计拉制电路级8″硅单晶的 直拉单晶炉的炉膛内径应该是1米。
同时大致也可以得出如下结论：TDR-70型 单晶炉最好装16″热系统。TDR-80型炉最好装 18″热系统。TDR-90型炉最好装20″热系统。 TDR-95型炉最好装22″热系统。
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其它有关热场的关键尺寸参考：
拉制不同直径硅单晶石墨加热器的高度与直径之比 （简称高径比）：
高密度的高强度的固化定型碳纤维、碳/碳复合 材料也可以用来制作加热器、坩埚托、坩埚杆及 其它部件，可以延长使用寿命，降低成本（由于 导热系数与石墨不同，在热场分布计算上还需进 一步考虑）。
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下面介绍：直拉硅单晶生长（石墨、碳素保 温材料）热场系统设计举例
总结数十年来国内、外在直拉硅单晶炉设备 的设计上的经验存在如下规律：假定Ф为晶 体、坩埚、加热器、保温罩和炉室内壁的直 径，则一般地会有如下经验公式：
4
据本人调研得知：至今国内近百家拉制硅单 晶的企业仍然在使用低拉速（约1～1.2毫米/分） 的所谓第一代热场，很少有单位采用1.5毫米/分以 上的拉速。而国外的著名大型硅单晶企业早已采 用高拉速（拉速在1.5～2.5毫米/分）的第三代热 场，其石墨加热器的热场分布的计算与设计已做 了很大的， 其优点是：
高纯度碳纤维、碳/碳复合材料在半导 体硅（多晶、单晶）材料生产制造工艺
中的应用
众所周知，大直径直拉硅单晶生长的整 体工艺有着如下四类关键技术（或称在生 产中必需关注的关键问题）： 硅单晶内在质量，如无位错、低微缺陷 密度、轴向径向的电阻率分布高均匀性…… 等。 高的拉制速度—高的单炉产量或称高的 单炉月产量（同时意味着降低电耗）。
2
低的电耗，降低生产每一公斤合格 硅单晶所消耗的电能，降低生产成 本。
提高硅单晶生产成品率，降低石墨、 石英坩埚和碳素保温材料的消耗 （或称之为延长其使用寿命）。
多年来，国内、外的生产实践证明：解决好 上述四个问题的最关键的核心技术在于硅单晶生 长的热场设计与配置。在这里，热场中的加热器、 坩埚托、坩埚杆……等用大尺寸、高强度、高纯度 的石墨制造（本文暂不重点谈热场设计），热场 的保温系统则用高纯度的碳素系列的保温材料制 造（它们是：碳毡、固化碳毡、石墨毡、石墨箔、 碳纤维和碳/碳复合材料或按一定尺寸设计已定形 的固化碳/碳复合材料保温系统）。
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（一） Ф炉膛内径＝（Ф单晶×2.5～3）石英坩埚＋ （1″～2″）石墨托＋1″间隙＋2″石墨加热器＋1″间隙 ＋６″保温罩＋4″间隙
举例：如要设计拉制电路级８″硅单晶的直拉 硅单晶炉：
则应该是： 石英坩埚直径24″。 石墨坩埚托外径为25″（厚度12.7㎜）。 石墨加热器内径26″，厚度12.7㎜（1/2″）。 石墨加热器外径27″（注：可以加厚为1″）. 碳素保温罩内径为28″。 碳素保温罩外径为32″（厚2″）（外径可以为 34″）。 炉膛内径为38″～40″（1米）。
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碳灰分低很多，大大降低了对硅单晶中 碳的玷污，可以控制硅单晶中碳含量小 于1×1016at/㎝3，提高了硅单晶的内在 质量。
保温效果好，可以节电20%（生产每公 斤硅单晶的电耗可以从60度降至50度）。
使用寿命长，一套固化碳纤维、碳/碳复合材料 保温罩至少可以使用1年以上，降低了成本，而 且提高了单晶炉开炉、折炉过程中热场安装的重 复性和稳定性。
6″单晶为1:1， 8″单晶为4:5， 12″单晶为2:3 加热器顶端与保温罩盖顶距离（简称器盖距）为40㎜ 至20㎜（加磁场时）。 导流筒底端面离硅液面距离为20～25㎜，导流筒下口 内径＝晶体直径＋2″
保温罩系统采用定形固化碳纤维、碳／碳复合材料整 体结构可节约电耗20%以上。其厚度可取2″～3″；为 保证低的灰分，最好内、外径都衬以石墨筒。
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高纯度、高密度的碳纤维、碳/碳复合材料的 加热器（片）在半导体多晶硅生产线的四氯化硅氢 化炉中也有着成功的应用。它的优点是：高温下抗 （SiCl4、SiHCl3和HCl）腐蚀，使用寿命长，片式加 热器的热交换面积大，氢化率及产率高，氢化炉中 的固化定形的碳纤维、碳/碳复合材料的保温套系 统节电效果好，寿命长，降低了多晶硅的生产成本。
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因此结论是：设计拉制电路级8″硅单晶的 直拉单晶炉的炉膛内径应该是1米。
同时大致也可以得出如下结论：TDR-70型 单晶炉最好装16″热系统。TDR-80型炉最好装 18″热系统。TDR-90型炉最好装20″热系统。 TDR-95型炉最好装22″热系统。
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其它有关热场的关键尺寸参考：
拉制不同直径硅单晶石墨加热器的高度与直径之比 （简称高径比）：
高密度的高强度的固化定型碳纤维、碳/碳复合 材料也可以用来制作加热器、坩埚托、坩埚杆及 其它部件，可以延长使用寿命，降低成本（由于 导热系数与石墨不同，在热场分布计算上还需进 一步考虑）。
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下面介绍：直拉硅单晶生长（石墨、碳素保 温材料）热场系统设计举例
总结数十年来国内、外在直拉硅单晶炉设备 的设计上的经验存在如下规律：假定Ф为晶 体、坩埚、加热器、保温罩和炉室内壁的直 径，则一般地会有如下经验公式：
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据本人调研得知：至今国内近百家拉制硅单 晶的企业仍然在使用低拉速（约1～1.2毫米/分） 的所谓第一代热场，很少有单位采用1.5毫米/分以 上的拉速。而国外的著名大型硅单晶企业早已采 用高拉速（拉速在1.5～2.5毫米/分）的第三代热 场，其石墨加热器的热场分布的计算与设计已做 了很大的， 其优点是：
高纯度碳纤维、碳/碳复合材料在半导 体硅（多晶、单晶）材料生产制造工艺
中的应用
众所周知，大直径直拉硅单晶生长的整 体工艺有着如下四类关键技术（或称在生 产中必需关注的关键问题）： 硅单晶内在质量，如无位错、低微缺陷 密度、轴向径向的电阻率分布高均匀性…… 等。 高的拉制速度—高的单炉产量或称高的 单炉月产量（同时意味着降低电耗）。
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低的电耗，降低生产每一公斤合格 硅单晶所消耗的电能，降低生产成 本。
提高硅单晶生产成品率，降低石墨、 石英坩埚和碳素保温材料的消耗 （或称之为延长其使用寿命）。
多年来，国内、外的生产实践证明：解决好 上述四个问题的最关键的核心技术在于硅单晶生 长的热场设计与配置。在这里，热场中的加热器、 坩埚托、坩埚杆……等用大尺寸、高强度、高纯度 的石墨制造（本文暂不重点谈热场设计），热场 的保温系统则用高纯度的碳素系列的保温材料制 造（它们是：碳毡、固化碳毡、石墨毡、石墨箔、 碳纤维和碳/碳复合材料或按一定尺寸设计已定形 的固化碳/碳复合材料保温系统）。