1、培训对象：硅单晶制取工培训对象：硅单晶制取工培训讲师：詹文平培训讲师：詹文平 硅单晶分厂硅单晶分厂内容内容1.热场结构热场结构 热场的结构示意图；各部件介绍热场的结构示意图；各部件介绍2.热场的安装和煅烧热场的安装和煅烧 热场的安装；热场水平与中心调整；热场的煅烧热场的安装；热场水平与中心调整；热场的煅烧3.热场的温度梯度热场的温度梯度 热场的概念；温度梯度的概念；热场的概念；温度梯度的概念； 静态热场的温度分布；动平衡态热场的分布静态热场的温度分布；动平衡态热场的分布 晶体生长的温度梯度：径向温度梯度与纵向温度梯度晶体生长的温度梯度：径向温度梯度与纵向温度梯度热场的优劣对单晶硅的质量有很大影

　　2、响。合适的热场热场的优劣对单晶硅的质量有很大影响。合适的热场，能够生长出高质量的单晶。不好的热场容易使单晶，能够生长出高质量的单晶。不好的热场容易使单晶变成多晶，或者根本无法引晶。有的热场虽然能够生变成多晶，或者根本无法引晶。有的热场虽然能够生长单晶，但质量较差，有位错和结构缺陷。因此长单晶，但质量较差，有位错和结构缺陷。因此，找到较好的热场条件，配置最佳的热场，是非常重，找到较好的热场条件，配置最佳的热场，是非常重要的直拉单晶工艺技术。要的直拉单晶工艺技术。热场有大有小，它是按照所用的石英坩埚的直径大小热场有大有小，它是按照所用的石英坩埚的直径大小来划分的，目前国内热场从来划分的，目

　　3、前国内热场从12 28 都有，但都有，但以以18 22居多。居多。一、热场结构一、热场结构一、热场结构一、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化硅料，并使单晶生长保持在一定温度下进行的整个系统。统。热场一般包括压环、保温盖、上中下保温罩、石墨坩埚热场一般包括压环、保温盖、上中下保温罩、石墨坩埚(三瓣埚三瓣埚)、坩埚托杆、坩埚托盘、电极、加热器、导流、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、托筒、石墨螺栓，且为了防止漏硅，炉底、金属电极、

　　4、托杆、都设置了保护板、保护套。杆、都设置了保护板、保护套。热场示意图加热器加热器加热器加热器是热场中很重要的部件是热场中很重要的部件，是直接的发热体，温度最高，是直接的发热体，温度最高的时候可以达到的时候可以达到1600以上。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，筒状、杯状、螺旋状。目前绝大状、杯状、螺旋状。目前绝大多数加热器为筒状，硅单晶分多数加热器为筒状，硅单晶分厂厂CZ1#厂房使用的是厂房使用的是直筒式直筒式形形状的加热器。右图为加热器。状的加热器。右图为加热器。加热器加热器一般情况下，加热器是一般情况下，加热器是高纯高纯石墨石墨加工，每个半圆筒各位加工，每个半圆筒各位

　　5、一组，纵向开缝分瓣，组成一组，纵向开缝分瓣，组成串联电阻，两组并联后形成串联电阻，两组并联后形成串并联回路。串并联回路。右下图是倒立的加热器，由右下图是倒立的加热器，由图可知，在加热器下面有两图可知，在加热器下面有两个清晰的连接孔，这些孔是个清晰的连接孔，这些孔是用来连接用来连接石墨电极石墨电极。石墨电极石墨电极石墨电极的作用，一是平稳的石墨电极的作用，一是平稳的固定固定加热器加热器，二是通过它对加，二是通过它对加热器热器输送电流输送电流，因此要求电极，因此要求电极厚重，结实耐用，它与金属电厚重，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，通电时

　　6、平稳，保证接触良好，通电时不打火。石墨电极也是有高纯不打火。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下图为连接石墨电极和加热器的的石墨螺栓石墨螺栓。石墨螺栓电极图石墨坩埚、坩埚托杆和坩埚托盘石墨坩埚、坩埚托杆和坩埚托盘石墨坩埚，也就是所谓的石墨坩埚，也就是所谓的三瓣三瓣埚埚，主要是用来盛放石英坩埚，主要是用来盛放石英坩埚。它的内径加工尺寸与石英坩。它的内径加工尺寸与石英坩埚的外形尺寸相配合，同时，埚的外形尺寸相配合，同时，石墨坩埚本身也需要具有一定石墨坩埚本身也需要具有一定的强度，来承受硅料和坩埚的的强度，来承

　　7、受硅料和坩埚的重量。重量。石墨坩埚，有单体，两瓣合体石墨坩埚，有单体，两瓣合体，以及，以及CZ1#所使用的三瓣合体所使用的三瓣合体等不同形状。它们从节约成本等不同形状。它们从节约成本、使用方便来比较各有所长。、使用方便来比较各有所长。右图为三瓣埚的实物图。右图为三瓣埚的实物图。坩埚托杆、坩埚托盘坩埚托杆、坩埚托盘共同构成了共同构成了石墨坩埚的支撑体，要求和下轴石墨坩埚的支撑体，要求和下轴结合牢固，对中性良好，在下轴结合牢固，对中性良好，在下轴转动时，托杆及托盘的偏摆度转动时，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，坩埚有合适样可以

　　8、保证熔料时，坩埚有合适的低埚位，而拉晶时，有足够的的低埚位，而拉晶时，有足够的埚跟随动行程。埚跟随动行程。石墨坩埚、坩埚托杆和坩埚托盘石墨坩埚、坩埚托杆和坩埚托盘保温罩保温罩保温罩分为上保温罩、中保保温罩分为上保温罩、中保温罩和下保温罩。温罩和下保温罩。保温罩是由一个保温筒外面保温罩是由一个保温筒外面包裹包裹石墨碳毡石墨碳毡而成。而成。石墨碳石墨碳毡的包裹层数视情况而定。毡的包裹层数视情况而定。下保温罩组成了底部的保温下保温罩组成了底部的保温系统，它的作用是加强埚底系统，它的作用是加强埚底保温，提高埚底温度，减少保温，提高埚底温度，减少热量损失。热量损失。中、上保温罩的作用也是为了减中、上保温

　　9、罩的作用也是为了减少热量的损失。只不过保温罩外少热量的损失。只不过保温罩外面的石墨碳毡的层数不一样，这面的石墨碳毡的层数不一样，这样使得温度梯度不一样。样使得温度梯度不一样。排气的方式有上排气和下排气。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厂房现在使用的比较多的是上排气上排气。这样，上保温罩上面就。这样，上保温罩上面就存在几个排气孔，这些排气孔保存在几个排气孔，这些排气孔保证在高温下蒸发的气体的排出。证在高温下蒸发的气体的排出。保温罩保温罩保温盖、导流筒保温盖、导流筒保温盖由保温上盖、保温碳保温盖由保温上盖、保温碳毡和保温下盖组成。即两层毡和保温下盖组成。即两层环状石墨之

　　10、间夹一层石墨碳环状石墨之间夹一层石墨碳毡组成，毡组成，其内径的大小与导其内径的大小与导流筒外径相匹配，流筒外径相匹配，平稳的放平稳的放在保温罩面板上。在保温罩面板上。导流筒，由内外筒之间夹一导流筒，由内外筒之间夹一层石墨碳毡组成。导流筒主层石墨碳毡组成。导流筒主要是为了控制热场的温度梯要是为了控制热场的温度梯度和引导氩气流。度和引导氩气流。压环压环压环，由几截弧形环构成的压环，由几截弧形环构成的一个圆形环状石墨件，它放一个圆形环状石墨件，它放置在盖板与炉壁接触处，是置在盖板与炉壁接触处，是为了防止热量和气体从炉壁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，右下

　　11、图为安右上图是压环，右下图为安装后的效果图。装后的效果图。 (1)安装前安装前 安装热场前，尤其是新热场，应仔细擦拭干净，去除安装热场前，尤其是新热场，应仔细擦拭干净，去除表面浮尘土，检查部件的质量，整个炉室在进行安装热表面浮尘土，检查部件的质量，整个炉室在进行安装热场前也必须擦拭完毕。场前也必须擦拭完毕。 (2)安装安装 安装顺序一般是安装顺序一般是由下而上，由内到外。由下而上，由内到外。 石墨电极安装时，左右对齐，处在同一水平面上，不石墨电极安装时，左右对齐，处在同一水平面上，不可倾斜，同时要和托杆对中。可倾斜，同时要和托杆对中。 放上加热器之后，加热器的电极孔要与下面的电极板放上加热器之

　　12、后，加热器的电极孔要与下面的电极板的两孔对准。的两孔对准。二、热场的安装与煅烧二、热场的安装与煅烧安装电极安装电极炉底碳毡炉底碳毡反射底板反射底板下保温罩下保温罩石墨环石墨环、石英环、石英环加热器加热器中保温罩中保温罩石墨托杆石墨托杆石墨托盘石墨托盘装三瓣埚装三瓣埚下降主炉室下降主炉室上保温罩上保温罩导气孔导气孔保温盖板保温盖板装导流筒装导流筒压环压环热场安装顺序示意图热场安装顺序示意图二、热场的安装与煅烧二、热场的安装与煅烧 (3)对中顺序对中顺序 在整个安装过程中，要求整个热系统对中良好，同心度高，需在整个安装过程中，要求整个热系统对中良好，同心度高，需要严格对中：要严格对中： 坩埚轴与加

　　13、热器的对中。将坩埚轴与加热器的对中。将托杆稳定的装在下轴上，将托杆稳定的装在下轴上，将下轴转动，目测是否偏摆。下轴转动，目测是否偏摆。然后将钢板尺平放在坩埚轴然后将钢板尺平放在坩埚轴上，观察两者之间的间隙，上，观察两者之间的间隙，间隙是否保持不变，加热器间隙是否保持不变，加热器圆心是否对中。接着装圆心是否对中。接着装托盘托盘，托盘的中心也要跟加热器，托盘的中心也要跟加热器对中。对中。二、热场的安装与煅烧二、热场的安装与煅烧 加热器与石墨坩埚的对中加热器与石墨坩埚的对中：转动托碗，调整埚位，：转动托碗，调整埚位，让石墨坩埚与加热器口水让石墨坩埚与加热器口水平（此时的埚位成为平口平（此时的埚位成为

　　14、平口埚位），再稍许移动加热埚位），再稍许移动加热器电极，与托碗对中，这器电极，与托碗对中，这时石墨坩埚和加热器口之时石墨坩埚和加热器口之间的间隙四周都一致。间的间隙四周都一致。二、热场的安装与煅烧二、热场的安装与煅烧 保温罩和加热器对中：调整保温罩位置，做到保保温罩和加热器对中：调整保温罩位置，做到保温罩内壁与加热器外壁之间四周间隙一致。注意温罩内壁与加热器外壁之间四周间隙一致。注意可径向移动，不得转动，否则测温孔就对不准了可径向移动，不得转动，否则测温孔就对不准了。 保温盖和加热器对中：升起托杆，让三瓣锅其与保温盖和加热器对中：升起托杆，让三瓣锅其与保温盖水平，调整保温盖的位置，使得四周间隙

　　15、保温盖水平，调整保温盖的位置，使得四周间隙一致。一致。此外此外: 下保温罩和电极之间的间隙前后一致，切不可大下保温罩和电极之间的间隙前后一致，切不可大意造成短路打火。意造成短路打火。 测温孔对一致。测温孔对一致。二、热场的安装与煅烧二、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，煅烧时间约新的热场需要在线小时小时左右，煅烧左右，煅烧35次，方能投入使用。使用后，每次，方能投入使用。使用后，每拉晶拉晶48炉后也要煅烧一次。炉后也要煅烧一次。 煅烧功率，不同的热场不一样，一般要比引晶温煅烧功率，不同的热场不一样，一般要比引晶温度高，度高，CZ1#炉子煅烧最高

　　16、功率一般在炉子煅烧最高功率一般在110KW。二、热场的安装与煅烧二、热场的安装与煅烧 (1)热场的概念热场的概念 热场也称温度场。热系统内的温度分布状态叫热场也称温度场。热系统内的温度分布状态叫热场热场。煅烧时，热系统内的温度分布相对稳定，称为煅烧时，热系统内的温度分布相对稳定，称为静态静态热场热场。在单晶生长过程中，热场是会发生变化，称。在单晶生长过程中，热场是会发生变化，称为为动态热场动态热场。 单晶生长时，由于不断发生物相的转化单晶生长时，由于不断发生物相的转化(液相转化为液相转化为固相固相)，不断放出固相潜热，同时，晶体越拉越长，不断放出固相潜热，同时，晶体越拉越长，熔体液面不断下降，

　　17、热量的传导、辐射等情况都在熔体液面不断下。