单晶炉热场结构共36页文档
《单晶炉热场结构》课件
ABCD
详细描述
热场温度不均匀会导致晶体生长过程中出现温差 ，影响晶体质量、生长速率和晶体尺寸。
预防措施
加强热场材料选择与质量控制，提高热场稳定性 和耐久性。
热场材料损坏问题
总结词
材料损坏降低热场性能
详细描述
热场材料在高温下容易发生氧化、腐蚀和疲劳等损坏，导致热场性能 下降。
解决方案
选用高质量、耐高温、抗氧化、抗腐蚀的热场材料；加强热场维护与 保养，定期更换易损件。
智能化技术整合
结合传感器、控制系统和人工智能技 术，实现热场的智能调控。
环境因素考虑
综合考虑环境因素（如温度、湿度） 对热场性能的影响，进行针对性优化 。
03
单晶炉热场材料与
制造工艺
热场材料的种类与特性
耐高温材料
如石墨、碳化硅等，具有较高的熔点和化学稳 定性，能够承受高温环境。
导热性能良好的材料
预防措施
对热场材料进行预处理和表面涂层保护，提高材料耐久性。
热场能耗过高问题
总结词 详细描述 解决方案 预防措施
能耗高增加生产成本
单晶炉热场能耗过高会导致生产成本增加，同时也会对环境造 成负面影响。
优化热场设计，提高热场效率；采用节能技术和设备，降低能 耗；加强能源管理和监控，减少浪费。
加强设备维护和保养，确保设备处于良好状态；制定合理的生 产计划，避免生产浪费。
THANKS.
模拟分析
通过计算机模拟，评估不同设计方案的效果 。
物理模型建立
利用数学和物理知识，建立热场分布的物理 模型。
优化与迭代
根据模拟结果，不断调整设计方案，直至满 足要求。
热场设计的优化与改进
新材料应用
LDK单晶炉热场结构介绍
二、热场的安装与煅烧
(4)煅烧 煅烧 新的热场需要在真空下煅烧，煅烧时间约 小时 新的热场需要在真空下煅烧，煅烧时间约10小时 左右，煅烧3～5次，方能投入使用。使用后，每 左右，煅烧 ～ 次 方能投入使用。使用后， 拉晶4～ 炉后也要煅烧一次 炉后也要煅烧一次。 拉晶 ～8炉后也要煅烧一次。 煅烧功率，不同的热场不一样， 煅烧功率，不同的热场不一样，一般要比引晶温 度高，CZ1#炉子煅烧最高功率一般在 度高， 炉子煅烧最高功率一般在110KW。 。 炉子煅烧最高功率一般在
压环
压环， 压环，由几截弧形环构成的 一个圆形环状石墨件， 一个圆形环状石墨件，它放 置在盖板与炉壁接触处， 置在盖板与炉壁接触处，是 为了防止热量和气体从炉壁 与盖板的缝隙间通过。 与盖板的缝隙间通过。 右上图是压环， 右上图是压环，右下图为安 装后的效果图。 装后的效果图。
二、热场的安装与煅烧
石墨电极
石墨电极的作用， 石墨电极的作用，一是平稳的 加热器， 固定加热器 固定加热器，二是通过它对加 热器输送电流 输送电流， 热器输送电流，因此要求电极 厚重，结实耐用， 厚重，结实耐用，它与金属电 极和加热器的接触面要光滑、 极和加热器的接触面要光滑、 平稳，保证接触良好， 平稳，保证接触良好，通电时 不打火。 不打火。石墨电极也是有高纯 石墨加工而成。 石墨加工而成。 右上图为石墨电极示意图、 右上图为石墨电极示意图、右 下图为连接石墨电极和加热器 石墨螺栓。 的石墨螺栓。
热 场 示 意 图
加热器
加热器是热场中很重要的部件 加热器是热场中很重要的部件 是直接的发热体， ，是直接的发热体，温度最高 的时候可以达到1600℃以上。 的时候可以达到 ℃以上。 常见的加热器有三种形状，筒 常见的加热器有三种形状， 杯状、螺旋状。 状、杯状、螺旋状。目前绝大 多数加热器为筒状， 多数加热器为筒状，硅单晶分 厂房使用的是直筒式 厂CZ1#厂房使用的是直筒式形 厂房使用的是直筒式形 状的加热器。右图为加热器。 状的加热器。右图为加热器。
直拉式单晶炉测温方案
最小测量目标1.2mm 测量距离：距离250~4000mm, 光谱范围：0.7~1.1μm 测量精度：0.5%测量值 重复精度：0.2%测量值 响应时间：5ms，可调直10s 比色系数（双色）：0.800~1.200 可通过软 件或测温仪上的按钮调节
炉缸控制 系统
输出信号：0/4~20毫安,温度线性
把加热功率降低并关闭，并充入氩气，提升气压至大气压。让铸锭硅在炉内自然 冷却8～13个小时。方可打开炉室，取出铸锭硅块。
1
第9页/共13页
多晶硅液面 测温方案 PYROSPOT DSR10N
温度范围：700~1800℃
光学镜头：可变焦距，带石英玻璃保护窗，最小测量 目标1.2mm 测量距离：距离250~4000mm, 光谱范围：0.7~1.1μm 测量精度：0.5%测量值 重复精度：0.2%测量值 响应时间：5ms，可调直10s 比色系数（双色）：0.800~1.200 可通过软件或测温仪 上的按钮调节
多晶硅生产过程简介
1、装炉 将多晶硅料和掺杂剂放入炉内，给炉室抽真空并通氩气，保持气压为：400～
600mbar 2、加热熔化硅料
给炉室内的石墨加热器通电加热。先预热，使石英坩埚的温度达到1200～ 1300℃左右，保持4~5小时。然后逐渐增加加热功率，使石英坩埚内的温度达到 1500℃（大于硅熔点）左右，硅原料开始熔化。该时间约为9~11小时。 3、铸锭硅生长
第10页/共13页
多晶硅炉基本构造（红外测温仪安装处）
1
第11页/共13页
单晶炉多晶炉材料发射率
晶体：0.55 熔体：0.3 石英坩埚：0.5 石墨：0.8
1
第12页/共13页
感谢您的观看！
培训专用
1
《单晶炉热场结构》课件
温度梯度对单晶生长的影响：温度梯度是热场结构中的关键参数，对单晶生长的晶体取向、缺陷形成、应力分布等方面有决定性作用。
热场稳定性对单晶生长的影响：热场稳定性对单晶生长的均匀性和一致性有重要影响，是保证单晶生长质量的关键因素。
热场调控对单晶生长的影响：通过对热场的调控，可以实现对单晶生长过程的精确控制，提高单晶生长的效率和品质。
热场：指单晶炉内部的温度和热梯度分布
热场优化：指通过调整单晶炉的热场结构，提高单晶生长质量和效率的过程
热场分析：指对单晶炉热场进行建模、仿真和实验研究，以了解热场的分布和变化规律
热场结构对单晶生长的影响
热场结构对单晶生长的影响：热场结构是单晶炉的核心部分，对单晶生长的速度、质量、成本等方面都有重要影响。
保温层材料选择：采用高保温性能材料，减少热量损失
保温层厚度调整：根据热场结构需求，适当增加或减少保温层厚度
坩埚与支架改进案例
坩埚改进：采用新型材料，提高耐高温性能和热稳定性
支架改进：优化结构设计，提高支撑稳定性和散热效果
改进效果：提高单晶生长质量和效率，降低能耗和成本
案例分析：分析改进前后的效果对比，总结经验教训
保温层的结构：一般分为内外两层，中间填充保温材料
保温层的设计要求：既要保证热效率，又要防止热量过度集的容器
支架：用于支撑坩埚并保持其稳定性的结构
热场调控系统
热场调控系统的原理：通过加热器加热单晶炉内的硅料，同时控制气氛控制系统中的气体流量和成分，以及通过热场监测系统监测热场的温度分布和变化情况，实现单晶生长过程中的热场调控。
单晶炉热场结构设计原则
均匀性原则
稳定性原则
热场结构稳定：确保单晶炉热场结构稳定，避免热波动对单晶生长的影响
单晶炉热场设计
§2 合理热场单晶硅是在热场中进行拉制的，热场的优劣对单晶硅质量有很大影响。
单晶硅生长过程中，好的热场，能生产出高质量的单晶。
不好的热场容易使单晶变成多晶，甚至根本引不出单晶。
有的热场虽然能生长单晶，但质量较差，有位错和其他结构缺陷。
因此，找到较好的热场条件，配置最佳热场，是非常主要的直拉单晶工艺技术。
热场主要受热系统影响，热系统变化热场一定变化。
加热器是热系统的主体，是热系统的关键部件。
因此，了解加热器内温度分布状况对配制热场非常重要。
从示意图看出，以加热器中心线为基准，中心温度最高，向上和向下温度逐渐降低，它的变化率称为纵向温度梯度，用dydT 表示。
加热器径向温度内表面，中心温度最低，靠近加热器边缘温度逐渐增加，成抛物线状，它的变化率为径向温度梯度，用dxdT 表示。
单晶硅生长时，热场中存在着固体（晶体），熔体两种形态，温度梯度也有两种。
晶体中的纵向温度梯度S dy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛和径向温度梯度Ldy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛。
熔体中的纵向温度梯度Ldy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛和径向温度梯度L dx dT ⎪⎭⎫ ⎝⎛。
是两种完全不同的温度分布。
但是，最能影响结晶状态是生长界面处的温度梯度L S dx dT -⎪⎭⎫ ⎝⎛，LS dy dT -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛，它是晶体、熔体、环境三者的传热、放热、散热综合影响的结果，在一定程度上决定看单晶质量。
晶体生长时单晶硅的温度梯度粗略的讲：离结晶界面越远，温度越低。
即Sdy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛>0。
只有Sdy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛足够大时，才能单晶硅生长产生的结晶潜热及时传走，散掉，保持结晶界面温度稳定。
若Sdy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛较小，晶体生长产生的结晶潜热不能及时散掉，单晶硅温度会增高，结晶界面温度随着增高，熔体表面的过冷度减小，单晶硅的正常生长就会受到影响。
Sdy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛过大，结晶潜热随着及时散掉，但是，由于晶体散热快，熔体表面一部分热量也散掉，结晶界面温度会降低，表面过冷度增大，可能产生新的不规则的晶核，使晶体变成多晶，同时，熔体表面过冷度增大，单晶可能产生大量结构缺陷。
单晶炉机械结构(PPT38页)
坩埚提升机构（俯视）
坩埚提升机构拆装及调整
拆旋转皮带
1、关掉坩埚轴冷却水的进水管阀门，将其回水管用扎带 扎起。
2、松开坩埚旋转电机齿轮箱组件并从坩埚轴上拆下旋转 皮带。
3、从坩埚轴组件上松开并取下旋转接头夹紧圈。 4、松开坩埚轴上的固定冷却管的3只紧定螺钉，向下取
出旋转接头和冷却管。
5、松开固定波纹管的螺钉，取下波纹管。 6、从坩埚轴磁流体密封的底部取下夹紧圈和旋转带轮。 7、从炉底板的上方将坩埚轴从埚转磁流体密封中抽出。
籽晶钢缆的对中
1、安放对中靶在坩埚轴的托盘上，保证其 位于托盘正中。 2、安装对中针在籽晶夹头的一端。 3、定位坩埚使对中靶在要求的熔体水平位 置。 4、抽空单晶炉且维持在20Torr静态压力。 5、降下籽晶夹头，使对中针几乎触及对中 靶。 6、从另一个观察窗观察对中针是否正对对 中靶中心。 7、如对中针没有正对对中靶中心，则松开 固定籽晶提升装置的三个压紧块。 8、调整压紧块侧面的顶紧螺钉使对中针正 对对中靶中心。 9、上紧三个压紧块，观察对中针是否有偏 差。 10、拆下对中靶和对中针。
晶体提升腔拆装及调整
25、提升腔垂直向下放到底板上，小心不要破坏提升腔的内孔以及晶转 磁流体密封的O型圈和轴。在O型圈上抹少量的真空脂将有助于提升 腔的装入。
26、装回把提升腔固定到底板上的两颗螺钉。 27、装回称重腔，拧紧铰链螺钉。 28、装回钢丝绳，并重新检查限位开关的设置。 29、装回刚性联轴器和卡环，确定联轴器上的十字块仍在正确位置。 30、在钢丝绳上装上籽晶夹头。 31、将称重传感器腔的航空插头重新插上。
16、拆下把铜螺母固定到盖端上的4颗螺钉，取下铜螺母。 17、重装时，首先铜螺母装回端盖，装回把铜螺母固定到
盖端上的4颗螺钉。 18、将右端盖装回提升腔，上紧固定螺钉。 19、将缆索管装入花键滑套，上紧固定螺钉。 20、装回花键轴左端的滚动轴承。 21、将花键轴、缆索管、右端盖以及晶转磁流体密封作为
直拉单晶炉的内部构造及工作原理
直拉单晶炉的内部构造及工作原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!1. 引言直拉单晶炉是用于生产单晶硅的关键设备之一，在半导体产业中具有重要地位。
单晶炉热场结构
石墨坩埚、坩埚托杆和坩埚托盘
坩埚托杆、坩埚托盘共同构成了 石墨坩埚的支撑体，要求和下轴 结合牢固，对中性良好，在下轴 转动时，托杆及托盘的偏摆度 ≤0.5mm。
支撑体的高度是可以调节的，这 样可以保证熔料时，坩埚有合适 的低埚位，而拉晶时，有足够的 埚跟随动行程。
保温罩
保温罩分为上保温罩、中保 温罩和下保温罩。
一、热场结构
直拉单晶炉的热系统，也就是所谓的热场，是指为了 熔化硅料，并使单晶生长保持在一定温度下进行的整 个系统。
热场一般包括压环、保温盖、上中下保温罩、石墨坩 埚(三瓣埚)、坩埚托杆、坩埚托盘、电极、加热器、导 流筒、石墨螺栓，且为了防止漏硅，炉底、金属电极 、托杆、都设置了保护板、保护套。
热 场 示 意 图
dT dy
S
和径向温度梯度
dT dr
S
。
熔体中的纵向温度梯度
dT dy
L
和径向温度梯度
dT dr
L
。
这是两种完全不同的温度分布，但是最能影响结晶状
态的生长界面处的温度梯度
dT dy
S
。
L
三、热场的温度梯度
晶体生长时，单晶硅的纵向温度梯度粗略的讲：离生长界面越远，温
保温罩是由一个保温筒外面 包裹石墨碳毡而成。石墨碳 毡的包裹层数视情况而定。
下保温罩组成了底部的保温 系统，它的作用是加强埚底 保温，提高埚底温度，减少 热量损失。
保温罩
中、上保温罩的作用也是为了减 少热量的损失。只不过保温罩外 面的石墨碳毡的层数不一样，这 样使得温度梯度不一样。
排气的方式有上排气和下排气。 CZ1#厂房现在使用的比较多的是 上排气。这样，上保温罩上面就 存在几个排气孔，这些排气孔保 证在高温下蒸发的气体的排出。
单晶炉热场结构ppt课件共35页
石墨坩埚，有单体，两瓣合体 ，以及CZ1#所使用的三瓣合体 等不同形状。它们从节约成本 、使用方便来比较各有所长。 右图为三瓣埚的实物图。
保温盖、导流筒
保温盖由保温上盖、保温碳 毡和保温下盖组成。即两层 环状石墨之间夹一层石墨碳 毡组成，其内径的大小与导 流筒外径相匹配，平稳的放 在保温罩面板上。
导流筒，由内外筒之间夹一 层石墨碳毡组成。导流筒主 要是为了控制热场的温度梯 度和引导氩气流。
压环
压环，由几截弧形环构成的 一个圆形环状石墨件，它放 置在盖板与炉壁接触处，是 为了防止热量和气体从炉壁 与盖板的缝隙间通过。
热场有大有小，它是按照所用的石英坩埚的直径大小 来划分的，目前国内热场从￠12″～ ￠28 ″都有，但 以￠18″～ ￠22″居多。
一、热场结构
直拉单晶炉的热系统，也就是所谓的热场，是指为了 熔化硅料，并使单晶生长保持在一定温度下进行的整 个系统。
热场一般包括压环、保温盖、上中下保温罩、石墨坩 埚(三瓣埚)、坩埚托杆、坩埚托盘、电极、加热器、导 流筒、石墨螺栓，且为了防止漏硅，炉底、金属电极 、托杆、都设置了保护板、保护套。
热 场 示 意 图
加热器
加热器是热场中很重要的部件 ，是直接的发热体，温度最高 的时候可以达到1600℃以上。
常见的加热器有三种形状，筒 状、杯状、螺旋状。目前绝大 多数加热器为筒状，硅单晶分 厂CZ1#厂房使用的是直筒式形 状的加热器。右图为加热器。
加热器
一般情况下，加热器是高纯 石墨加工，每个半圆筒各位 一组，纵向开缝分瓣，组成 串联电阻，两组并联后形成 串并联回路。 右下图是倒立的加热器，由 图可知，在加热器下面有两 个清晰的连接孔，这些孔是 用来连接石墨电极。
《单晶炉热场结构》PPT课件
一、热场结构
直拉单晶炉的热系统，也就是所谓的热场，是指为了 熔化硅料，并使单晶生长保持在一定温度下进行的整 个系统。
热场一般包括压环、保温盖、上中下保温罩、石墨坩 埚(三瓣埚)、坩埚托杆、坩埚托盘、电极、加热器、导 流筒、石墨螺栓，且为了防止漏硅，炉底、金属电极 、托杆、都设置了保护板、保护套。
热 场 示 意 图
保温盖、导流筒
保温盖由保温上盖、保温碳 毡和保温下盖组成。即两层 环状石墨之间夹一层石墨碳 毡组成，其内径的大小与导 流筒外径相匹配，平稳的放 在保温罩面板上。
导流筒，由内外筒之间夹一 层石墨碳毡组成。导流筒主 要是为了控制热场的温度梯 度和引导氩气流。
压环
压环，由几截弧形环构成的 一个圆形环状石墨件，它放 置在盖板与炉壁接触处，是 为了防止热量和气体从炉壁 与盖板的缝隙间通过。
二、热场的安装与煅烧
(4)煅烧 新的热场需要在真空下煅烧，煅烧时间约10小时 左右，煅烧3～5次，方能投入使用。使用后，每 拉晶4～8炉后也要煅烧一次。 煅烧功率，不同的热场不一样，一般要比引晶温 度高，CZ1#炉子煅烧最高功率一般在110KW。
三、热场的温度梯度
(1)热场的概念
热场也称温度场。热系统内的温度分布状态叫热场。 煅烧时，热系统内的温度分布相对稳定，称为静态 热场。在单晶生长过程中，热场是会发生变化，称 为动态热场。
石墨电极
石墨电极的作用，一是平稳的
固定加热器，二是通过它对加
电
热器输送电流，因此要求电极
极
厚重，结实耐用，它与金属电
图
极和加热器的接触面要光滑、
平稳，保证接触良好，通电时
不打火。石墨电极也是有高纯 石墨加工而成。
石
右上图为石墨电极示意图、右