一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，包括線圈主體、冷卻水管道、主縫、若干副縫和若干橫縫；所述線圈主體為平板線圈，所述線圈主體的上表面向線圈內(nèi)部凹陷成關(guān)于中心對(duì)稱的階梯結(jié)構(gòu)；所述線圈主體幾何中心處設(shè)有線圈眼；所述冷卻水管道位于所述線圈主體最外層臺(tái)階內(nèi)部；所述主縫沿徑向設(shè)置在所述線圈主體上并穿透線圈主體上表面和下表面；所述若干副縫設(shè)置在所述線圈主體的最內(nèi)層臺(tái)階面上且貫穿該臺(tái)階面上表面和下表面；部分或全部副縫上設(shè)有橫縫，且橫縫與各自所在的副縫垂直。本發(fā)明所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，由于采用上述技術(shù)方案，可同時(shí)改善區(qū)熔硅單晶徑向電阻率的均勻性。
【專利說明】
一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于區(qū)熔硅單晶技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]單晶硅生長(zhǎng)主要有直拉法和區(qū)熔法。而區(qū)熔硅單晶生長(zhǎng)過程中，因單晶及熔體不與輔料直接接觸，故幾乎不會(huì)引入其它雜質(zhì)。同時(shí)，區(qū)熔法拉晶時(shí)，熔體內(nèi)雜質(zhì)通過熔體與爐內(nèi)環(huán)境存在的濃度差而向外揮發(fā)，達(dá)到提純效果，因此，區(qū)熔硅單晶從品質(zhì)上遠(yuǎn)優(yōu)于直拉硅單晶，也因此被應(yīng)用于中高端電力電子器件;但是，隨著電力電子器件的發(fā)展及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈。合理的控制單晶軸向電阻率均勻性，可提高單晶合格率，降低成本;而徑向電阻率均勻性，可提高單晶品質(zhì)，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
[0003]常規(guī)區(qū)熔硅氣相摻雜，受單晶轉(zhuǎn)速、氣體對(duì)流及摻雜量波動(dòng)的影響，導(dǎo)致單晶軸向和徑向電阻率均勻性波動(dòng)較大，因此避免或減小單晶轉(zhuǎn)速、氣體對(duì)流及摻雜波動(dòng)的影響，是改善區(qū)熔硅單晶軸向電阻率均勻性的關(guān)鍵。
[0004]美國專利US7011704B2公開的一種方法，其通過控制區(qū)熔硅單晶的轉(zhuǎn)速，調(diào)整正反轉(zhuǎn)比例，可有效改善單晶的圓滑度及徑向電阻率均勻性。而此專利只考慮晶轉(zhuǎn)對(duì)電阻率的影響，未考慮摻雜氣體溶入熔體的均勻性及熔體自然對(duì)流對(duì)電阻率的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中區(qū)熔硅單晶徑向電阻率均勻性波動(dòng)較大的問題。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，包括線圈主體、冷卻水管道、主縫、若干副縫和若干橫縫；
[0008]所述線圈主體為平板線圈，所述線圈主體的上表面向線圈內(nèi)部凹陷成關(guān)于中心對(duì)稱的階梯結(jié)構(gòu);所述線圈主體幾何中心處設(shè)有線圈眼，所述線圈眼為通孔；
[0009]所述冷卻水管道位于所述線圈主體最外層臺(tái)階內(nèi)部，且沿周向設(shè)置;所述冷卻水管道內(nèi)表面為機(jī)械化學(xué)拋光面；
[0010]所述主縫沿徑向設(shè)置在所述線圈主體上并穿透線圈主體上表面和下表面;所述主縫一端與所述線圈眼連通，另一端延伸至所述線圈主體的外邊沿；
[0011]所述若干副縫設(shè)置在所述線圈主體的最內(nèi)層臺(tái)階面上且貫穿該臺(tái)階面上表面和下表面;所述若干副縫沿逆時(shí)針方向分布，且相鄰兩個(gè)副縫之間的夾角和緊鄰所述主縫的副縫與主縫之間的夾角均相等；
[0012]部分或全部副縫上設(shè)有橫縫，且橫縫與各自所在的副縫垂直。
[0013]進(jìn)一步的，所述線圈主體的上表面向線圈內(nèi)部凹陷成包含最外層臺(tái)階面、中間層臺(tái)階面和最內(nèi)層臺(tái)階面的3層階梯結(jié)構(gòu)；所述最外層臺(tái)階面、中間層臺(tái)階面均與水平面平行;所述最內(nèi)層臺(tái)階面為傾斜面，且與水平面呈第一傾斜角度。
[0014]進(jìn)一步的，所述最內(nèi)層臺(tái)階面邊沿止于所述線圈眼頂部外邊沿。
[0015]進(jìn)一步的，所述線圈主體的下表面與所述線圈眼的底部外邊沿連接成的斜面與水平面呈第二傾斜角度。
[0016]進(jìn)一步的，所述冷卻水管道的材質(zhì)為銅或銀。
[0017]進(jìn)一步的，所述冷卻水管道由沿周向設(shè)置于所述線圈主體最外層臺(tái)階內(nèi)部的凹槽和密封焊接于其上的銅板組成。
[0018]進(jìn)一步的，所述冷卻水管道為沿周向以焊接方式內(nèi)嵌于所述線圈主體最外層臺(tái)階內(nèi)部的獨(dú)立水管。
[0019]進(jìn)一步的，所述副縫的數(shù)量為3個(gè)，包括從所述主縫所在位置開始依次沿逆時(shí)針設(shè)置的第一副縫、第二副縫和第三副縫;所述第一副縫、第二副縫和第三副縫相鄰兩者之間夾角為90° ο
[0020]進(jìn)一步的，所述橫縫位于所述副縫徑向長(zhǎng)度的二分之一處，且位置偏差在±20mm內(nèi)。
[0021]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì):
[0022](I)本發(fā)明所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，由于設(shè)置了橫縫:首先，可將摻雜劑氣體沿線圈眼的流量分流到橫縫上，使熔體表面上摻雜氣體濃度邊界層厚度更均勻，從而改善摻雜氣體溶入熔體的均勻性;其次，增加了熔體內(nèi)部的溫度梯度，加強(qiáng)熔體自然對(duì)流，使熔體內(nèi)雜質(zhì)混合均勻，改善電阻率均勻性;最后，可以避免局部電磁場(chǎng)過密，改善單晶生長(zhǎng)狀態(tài)。
[0023](2)本發(fā)明所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，由于對(duì)冷卻水管道內(nèi)部表面進(jìn)行了機(jī)械化學(xué)拋光處理，可降低冷卻水管道內(nèi)表面的粗糙度，進(jìn)而一方面減弱管道內(nèi)部離子吸附導(dǎo)致的線圈電磁效率及強(qiáng)度的微觀變化，減小對(duì)單晶正常生長(zhǎng)的影響；另一方面，延長(zhǎng)線圈使用壽命，降低拉晶成本。
【附圖說明】
[0024]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)的俯視圖中沿第一副縫和第三副縫所在直線的剖面圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)的工作示意圖。
[0029]附圖標(biāo)記說明:
[0030]1-線圈主體;2-冷卻水管道;3-主縫;4-副縫;5-橫縫;6-線圈眼;7-最外層臺(tái)階面；8-中間層臺(tái)階面;9-最內(nèi)層臺(tái)階面;10-第一副縫；11-第二副縫；12-第三副縫;13-流線；14-對(duì)流;15-熔體。
【具體實(shí)施方式】
[0031]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0032]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0033]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0034]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0035]實(shí)施例1
[0036]如圖1、圖2所示，一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，包括線圈主體1、冷卻水管道2、主縫3、若干副縫4和若干橫縫5;
[0037]所述線圈主體I為平板線圈，所述線圈主體I的上表面向線圈內(nèi)部凹陷成關(guān)于中心對(duì)稱的階梯結(jié)構(gòu);所述線圈主體I幾何中心處設(shè)有線圈眼6，所述線圈眼6為通孔；
[0038]所述冷卻水管道2位于所述線圈主體I最外層臺(tái)階內(nèi)部，且沿周向設(shè)置;所述冷卻水管道2內(nèi)表面為機(jī)械化學(xué)拋光面；
[0039]所述主縫3沿徑向設(shè)置在所述線圈主體I上并穿透線圈主體I上表面和下表面;所述主縫3—端與所述線圈眼6連通，另一端延伸至所述線圈主體I的外邊沿；
[0040]所述若干副縫4設(shè)置在所述線圈主體I的最內(nèi)層臺(tái)階面9上且貫穿該臺(tái)階面上表面和下表面;所述若干副縫4沿逆時(shí)針方向分布，且相鄰兩個(gè)副縫4之間的夾角和緊鄰所述主縫3的副縫4與主縫3之間的夾角均相等；
[0041 ]部分或全部副縫4上設(shè)有橫縫5，且橫縫5與各自所在的副縫4垂直。
[0042]所述線圈主體I的上表面向線圈內(nèi)部凹陷成包含最外層臺(tái)階面7、中間層臺(tái)階面8和最內(nèi)層臺(tái)階面9的3層階梯結(jié)構(gòu);所述最外層臺(tái)階面7、中間層臺(tái)階面8均與水平面平行;所述最內(nèi)層臺(tái)階面9為傾斜面，且與水平面呈第一傾斜角度。
[0043 ] 所述最內(nèi)層臺(tái)階面9邊沿止于所述線圈眼6頂部外邊沿。
[0044]所述線圈主體I的下表面與所述線圈眼6的底部外邊沿連接成的斜面與水平面呈第二傾斜角度。
[0045]所述冷卻水管道2的材質(zhì)為銅或銀。
[0046]所述冷卻水管道2為沿周向以焊接方式內(nèi)嵌于所述線圈主體I最外層臺(tái)階內(nèi)部的獨(dú)立水管。
[0047]所述副縫4的數(shù)量為3個(gè)，包括從所述主縫3所在位置開始依次沿逆時(shí)針設(shè)置的第一副縫10、第二副縫11和第三副縫12;所述第一副縫10、第二副縫11和第三副縫12相鄰兩者之間夾角為90°。
[0048]所述橫縫5位于所述副縫4徑向長(zhǎng)度的二分之一處，且位置偏差在±20mm內(nèi)。
[0049]所述橫縫5的數(shù)量為3個(gè)，分別設(shè)在所述第一副縫10、第二副縫11和第三副縫12上。
[0050]實(shí)施例2
[0051]如圖3所示，一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，包括線圈主體1、冷卻水管道2、主縫3、若干副縫4和若干橫縫5;
[0052]所述線圈主體I為平板線圈，所述線圈主體I的上表面向線圈內(nèi)部凹陷成關(guān)于中心對(duì)稱的階梯結(jié)構(gòu);所述線圈主體I幾何中心處設(shè)有線圈眼6，所述線圈眼6為通孔；
[0053]所述冷卻水管道2位于所述線圈主體I最外層臺(tái)階內(nèi)部，且沿周向設(shè)置;所述冷卻水管道2內(nèi)表面為機(jī)械化學(xué)拋光面；
[0054]所述主縫3沿徑向設(shè)置在所述線圈主體I上并穿透線圈主體I上表面和下表面;所述主縫3—端與所述線圈眼6連通，另一端延伸至所述線圈主體I的外邊沿；
[0055]所述若干副縫4設(shè)置在所述線圈主體I的最內(nèi)層臺(tái)階面9上且貫穿該臺(tái)階面上表面和下表面;所述若干副縫4沿逆時(shí)針方向分布，且相鄰兩個(gè)副縫4之間的夾角和緊鄰所述主縫3的副縫4與主縫3之間的夾角均相等；
[0056]部分或全部副縫4上設(shè)有橫縫5，且橫縫5與各自所在的副縫4垂直。所述線圈主體I的上表面向線圈內(nèi)部凹陷成包含最外層臺(tái)階面7、中間層臺(tái)階面8和最內(nèi)層臺(tái)階面9的3層階梯結(jié)構(gòu);所述最外層臺(tái)階面7、中間層臺(tái)階面8均與水平面平行;所述最內(nèi)層臺(tái)階面9為傾斜面，且與水平面呈第一傾斜角度。
[0057]所述最內(nèi)層臺(tái)階面9邊沿止于所述線圈眼6頂部外邊沿。
[0058]所述線圈主體I的下表面與所述線圈眼6的底部外邊沿連接成的斜面與水平面呈第二傾斜角度。
[0059]所述冷卻水管道2的材質(zhì)為銅或銀。
[0060]所述冷卻水管道2由沿周向設(shè)置于所述線圈主體I最外層臺(tái)階內(nèi)部的凹槽和密封焊接于其上的銅板組成。
[0061]所述副縫4的數(shù)量為3個(gè)，包括從所述主縫3所在位置開始依次沿逆時(shí)針設(shè)置的第一副縫10、第二副縫11和第三副縫12;所述第一副縫10、第二副縫11和第三副縫12相鄰兩者之間夾角為90°。
[0062]所述橫縫5位于所述副縫4徑向長(zhǎng)度的二分之一處，且位置偏差在±20mm內(nèi)。
[0063]所述橫縫5的數(shù)量為I個(gè)，且該橫縫5設(shè)在與所述主縫3相對(duì)的第二副縫11上。
[0064]采用本實(shí)施例的有益效果為:
[0065]如圖4所示，采用本實(shí)施例所述線圈結(jié)構(gòu)拉制電阻率20 — 30 Qcm的6寸區(qū)熔硅單晶，其摻雜氣體對(duì)流增加了流線13和對(duì)流14，同時(shí)熔體15內(nèi)部的熔體流速增加;單晶徑向電阻率均勻性可以得到改善，橫截面電阻率波動(dòng)可以控制在±2 Qcm以內(nèi)；由于對(duì)冷水管道內(nèi)表面進(jìn)行了機(jī)械化學(xué)拋光處理，可改善表面粗糙度，降低表面對(duì)雜質(zhì)的吸附率，線圈壽命可提升50 —100小時(shí)。
[0066]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括線圈主體(I)、冷卻水管道(2)、主縫(3)、若干副縫(4)和若干橫縫(5); 所述線圈主體(I)為平板線圈，所述線圈主體(I)的上表面向線圈內(nèi)部凹陷成關(guān)于中心對(duì)稱的階梯結(jié)構(gòu);所述線圈主體(I)幾何中心處設(shè)有線圈眼(6)，所述線圈眼(6)為通孔； 所述冷卻水管道(2)位于所述線圈主體(I)最外層臺(tái)階內(nèi)部，且沿周向設(shè)置;所述冷卻水管道(2)內(nèi)表面為機(jī)械化學(xué)拋光面； 所述主縫(3)沿徑向設(shè)置在所述線圈主體(I)上并穿透線圈主體(I)上表面和下表面；所述主縫(3)—端與所述線圈眼(6)連通，另一端延伸至所述線圈主體(I)的外邊沿； 所述若干副縫(4)設(shè)置在所述線圈主體(I)的最內(nèi)層臺(tái)階面(9)上且貫穿該臺(tái)階面上表面和下表面;所述若干副縫(4)沿逆時(shí)針方向分布，且相鄰兩個(gè)副縫(4)之間的夾角和緊鄰所述主縫(3)的副縫(4)與主縫(3)之間的夾角均相等； 部分或全部副縫(4)上設(shè)有橫縫(5)，且橫縫(5)與各自所在的副縫(4)垂直。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述線圈主體(I)的上表面向線圈內(nèi)部凹陷成包含最外層臺(tái)階面(7)、中間層臺(tái)階面(8)和最內(nèi)層臺(tái)階面(9)的3層階梯結(jié)構(gòu);所述最外層臺(tái)階面(7)、中間層臺(tái)階面(8)均與水平面平行；所述最內(nèi)層臺(tái)階面(9)為傾斜面，且與水平面呈第一傾斜角度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述最內(nèi)層臺(tái)階面(9)邊沿止于所述線圈眼(6)頂部外邊沿。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述線圈主體(I)的下表面與所述線圈眼(6)的底部外邊沿連接成的斜面與水平面呈第二傾斜角度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述冷卻水管道(2)的材質(zhì)為銅或銀。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述冷卻水管道(2)由沿周向設(shè)置于所述線圈主體(I)最外層臺(tái)階內(nèi)部的凹槽和密封焊接于其上的銅板組成。7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述冷卻水管道(2)為沿周向以焊接方式內(nèi)嵌于所述線圈主體(I)最外層臺(tái)階內(nèi)部的獨(dú)立水管。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述副縫(4)的數(shù)量為3個(gè)，包括從所述主縫(3)所在位置開始依次沿逆時(shí)針設(shè)置的第一副縫(10)、第二副縫(11)和第三副縫(12);所述第一副縫(10)、第二副縫(11)和第三副縫(12)相鄰兩者之間夾角為90°。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善區(qū)熔徑向電阻率均勻性的線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述橫縫(5)位于所述副縫(4)徑向長(zhǎng)度的二分之一處，且位置偏差在±20mm內(nèi)。
【文檔編號(hào)】C30B29/06GK106087035SQ201610626885
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月29日 公開號(hào)201610626885.5, CN 106087035 A, CN 106087035A, CN 201610626885, CN-A-106087035, CN106087035 A, CN106087035A, CN201610626885, CN201610626885.5
【發(fā)明人】婁中士, 王遵義, 劉錚, 由佰玲, 張雪囡, 李立偉, 喬柳
【申請(qǐng)人】天津市環(huán)歐半導(dǎo)體材料技術(shù)有限公司