石墨热场系统

目前单晶硅厂家使用的热场都是比较成功的，一是因为石墨毡保温，总厚度达到100MM以上，保证了径向温度梯度尽可能小的条件，二是因为热场大，使用的坩埚一般都是在250MM以上，这样保温罩、保温盖的口径也大了，有充分的纵向散热功能，保证了晶体的纵向温度梯度足够大的条件，同时加强托碗底部的保温效果，保证了熔体中的纵向温度梯度比较大的条件，这种热场成晶率高，有利单晶从头到尾进行无位错生长，不必进行过多的调整，差异在成品率的高低和节能的效果不一样，然而这些指标往往又和设备的优良成度以及管理水平等综合因素相关联，从热场的结构上讲，有的加强了径向保温，采有碳碳复合材料来降低能耗等。?这里只提出一个值得注意的问题，那就是晶体的纵向温度梯度及径向温度梯度，由于保温系统的口径增大，晶体的纵向温度梯度显然增大了，同时也加大了加热器上部的径向温度梯度，有时会早成“过大”，而且警惕直径增大了，径向温度梯度也增大了，这两个变化容易造成转肩后不久出现位错发生掉苞断棱现象。?

这时可对热场进行如下的调整：1.在保温盖上加一个保温圈，高约100-150MM。厚10MM，内径和保温盖孔径同，如果影响取光孔取信号，可开一个小口，有的吊一个保温筒，有的使用了导流筒，（也称作热屏）起作用也是如此2.可以适当增加保温罩的高度，一般的热场，其内罩比加热器，高20MM，可增加高20-30MM，以弥补由于口径增大带来的变化。其它的调整及作用变化如下：1.适当提高引晶锅位，可增加纵向温度梯度，同时径向温度梯度稍有增加降低锅位。作用相反。2.增加保温层（石墨毡）的总厚度，可减小熔体径向温度梯度，对晶体径向温度梯度，稍有减小，反之减小总厚度，作用相反，3.增加一层保温盖，会减小径向温度梯度。而纵向上却有所增加。?4.增加加热器的厚度会减小熔体径向温度梯度，增加托碗的厚度亦然，但热惯性也变大了，对升温或降温的反应也慢了。此外，氩气流量的大小，炉内压力的高低，晶体直径的不同，都会影响到温度梯度。石墨坩埚是单晶生产中的主要消耗品，它的使用寿命的长短直接影响了单晶生产的成本和效益。因此。如何提高石墨坩埚的使用寿命就成了各家公司生产主管和工艺主管的重要工作了。可惜的是，由于近年来太阳能单晶的飞速发展，一大批新人进入了单晶硅的生产行业，有不少的人自己还没有搞明白单晶是怎么回事情，也没有拉了几根单晶就跳槽出去当什么厂长主任了，一旦在生产上遇到问题，或许是出于一种自我保护的本能，也或许是一定要寻找推托的理由吧，只要单晶生产中出现问题，第一时间就是把责任推到了供应商那里，因为这样是最简单和最实用的方法了，况且这样还可以掩盖是因为自己不懂而造成的问题。比如在石墨器件，尤其是石墨坩埚的使用中常常会发生石墨坩埚使用寿命短的问题，有的石墨坩埚才用了不到10炉就“寿终正寝”了。见右边照片，这个坩埚才用了不到10炉。这就大大增加了单晶的生产成本，也制约了产能的正常发挥。可惜的是，这种状况在许多单晶生产企业中比比皆是。

那么，一个石墨坩埚在正常状况下应该可以使用多少炉呢？答案是－－18寸坩埚平均使用寿命一般在50～60炉。20寸坩埚在50炉左右。?这里说的是一般情况下的平均寿命。如果使用方法得当，那么，其寿命还可以大大增加。个别的还达到了130炉。?那么，为什么同样是石墨坩埚，有的可以成为百岁老人并且继续可以工作劳动，有的却还刚刚处在少年的花季就命丧黄泉呢？寿命怎么会有如此之大的差别呢？?这里有几个方面的原因：?1、材料选择有问题。?2、形状设计有问题。?3、使用方法有问题。?在所有影响使用寿命的因素中，最主要的就是使用方法不正确是导致石墨坩埚使用寿命减少的直接原因了。?众所周知，热场的组成部分如加热器、三瓣埚、石墨托、热屏等均由石墨加工而成。在生产过程中，经常能碰到加热器件损坏的现象，那么石墨器件损坏的原因是什么，应该采取什么样的措施来延长石墨器件的寿命呢？石墨器件的损坏，主要有人为和劣化两个方面的原因。人为方面只要加强管理，强化员工防范意识，就可以将损失降到最低点。这里主要讨论劣化。首先我们来了解石墨的有关特性，1.耐高温性，石墨的熔点极高，在真空为3850度，在低压下升华，升华温度为2200度，与一般材料不同，当温度升高时石墨不但不软化，强度反而增高，在2500度时，石墨的抗拉强度反而增加一倍。2.特殊的抗热震性，石墨的热膨胀性具有各向异性，因而宏观膨胀系数不大，在温度骤变的情况下，石墨的体积变化也不大，再加上其良好的导热性能，因而石墨的抗热震性良好。诸上两点所述，石墨件应该能够长时间的在高温下稳定工作。那么三瓣堝与其他石墨器件如保温罩、加热器相比，都是同样的材料、同一个厂家、同样的工作环境，为什么使用寿命远远低于保温罩和加热器呢？我认为三瓣堝的断裂主要原因来自于石英坩埚.1.由于熔硅的密度要大于固体硅，这样在冷却过程中，锅底料会撑破石英坩埚，而石英坩埚是贴合于三瓣堝的，当石英坩埚破裂而产生的应力大于三瓣堝承受的应力时，三瓣堝就会断裂，这就是为什埚底料剩余过多会撑破三瓣埚的原因。2.加热时间过长、石英坩堝质量不过关、原料酸碱度未达到要求，会导致漏硅和渗硅，熔硅渗入三瓣堝之间的缝隙之间冷却后一是撑坏三瓣堝，二是使三瓣堝相互粘接，在清炉时，使其分离有可能造成断裂。3.在加热过程中唯有三瓣埚的热源来自两个方面，一是加热器的辐射，二是来自于石英坩埚的传导，这就导致三瓣埚受热不匀，加热时沿某些方向膨胀，沿另一些方向收缩，从而导致三瓣埚断裂。