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    2.2 电器
    

 

 

电器由配电盘、控制柜、变压器三部分组成。? 

 

 

配电盘是整个直拉单晶炉 的总电源，通过它把电流 输送给

 

 

 

 

控制机械。控制柜 控制整个直拉单晶炉安全 正常运转，真空测量和加 热功率的变化。加热电源 通过控制柜后

 

进入变压器 把 220 伏（或 380

 

伏）电压 变成 0～50

 

伏，送入直拉单 晶炉的紫铜电极。

    2.3 热系统
    

 

 

 

 

 

 

 

 

直拉单晶炉热系统 由加热器 保温罩、加热器、保温罩加热器 保温罩、石墨电极、石墨托石墨电极 石墨托 

 

 

 

 

 

 

石墨托杆组成。碗、石墨托杆 石墨托杆 保温罩一般用高纯 石墨、钼片或碳毡 制成。强大电流通 过加热器，产

 

 

生高 温，由保温罩保温， 形成热场。
    

 

石墨加热器 单晶炉加热器

    2.4 水冷系统和真空系统
    

 

 

用直拉单晶炉拉制硅单晶是在高温下进行 的，因此，炉膛、观察窗、籽晶轴、坩埚

轴、紫铜电极等于必须进

 

 

 

行水冷。直拉单 晶炉都有庞大的水冷系统，它由进水管道、水阀、水压继电器、分水箱、各冷却部分 水网、回水

 

箱和排水管等组成水系。? 

 

真空系统使直拉单晶炉获得真空并测量真 空度高低，包括真空机组、真空测量仪表 

（真空计）和热偶规管二大部分。
    2.5 直拉单晶炉氩气净化装置
    

 

 

直拉单晶炉拉制单晶过程中，一般用氩气做保护 气氛。 ? 市场上出售的氩气有液态氩和瓶装气态氩。液态 

 

 

氩气储在液氩罐内，液氩罐是双层的，中间抽成 真空。一般说来液态氩气纯度较高，能满足拉制 硅单晶的要

 

 

 

求。但液态氩在通入单晶炉前要经过 气化，经过缓冲罐进入单晶炉，这样可以使气流 稳定。 ? 瓶装氩气虽然

 

 

充瓶时纯度较高，但由于钢瓶污染， 纯度大大降低，一般充入单晶炉前经过净化。常 用氩气净化方法：锆铝
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净化法，海绵钛净化法 和银分子筛净化法三种。

    3.直拉单晶炉热场
    

 

 

直拉单晶炉热系统由加热器、保温系统、支持机构、托杆、托碗等组成。加热器是

热系统的主体。用高纯石墨

 

 

 

 

制成。保温系 统用石墨制成，也有碳素纤维、碳毡、高 纯石英钼片和高纯石墨其中几种材料混合 组成。? 热系

 

 

统的大小、高矮、厚薄不同，温度的 变化不同。用温度梯度从数量上描述温度 分布情况。
    

 

 

 

单晶炉的热场在整个拉晶过程中是变化的，因此 上面所说的热场，包括静态热场和动态热场两种 形态。? 

 

 

 

静态热场 静态热场指多晶硅熔化后，引晶时的温度分布状 况，由加热器、保温系统、坩埚位置及周围环境 决

 

定。 ? 

 

 

动态热场 动态热场指拉晶时的热场。拉晶时，由于晶体生 长放出潜热，影响温度分布，熔体液面下降，

 

 

 

使 温度分布发生变化。这种不断变化的热场称为动 态热场。 ? 动态热场是晶体生长时的实际热场，它是在静

 

 

态 热场的基础上补充变化而来，我们主要研究讨论 静态热场。
    

 

 

 

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。? 

 

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 dT/dy

 

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 dT/dx 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(dT/dy)s

 

和径 向温度梯度(dT/dx)s 

 

。熔体中的纵向 温度梯度(dT/dy)L

 

和径向温度梯度 (dT/dx)L 。是两

 

 

种完全不同的温度分 布。? 

 

最能影响结晶状态是生长界面处的温 度梯度(dT/dy)s-L   

， (dT/dx)s-L 

 

，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(dT/dy)s >0  

。 ? 只有(dT/dy)s

 

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(dT/dy)s

 

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 熔 体表面的过冷度减小，单晶硅的正常生长就会受到影 体表面的过冷度减小 正常生长就会受到影 

 – 

响。 (dT/dy)s

 

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