直拉单晶炉设备简介 结构

单晶炉三加热器结构
单晶炉三加热器结构主要由加热器本体、加热管、电源、温控系统等
组成。

加热器本体是一个金属外壳，内部有隔板分隔成多个独立的加热室。

每个加热室内都装有一根或多根加热管，通过电源提供电能生成热能，将
加热室内的温度升高。

加热器本体上还有进出口和排气口，可供气体进出
和排放。

加热管是加热器中的关键部件，通常采用钨丝或铬铝电阻丝制成。

它
们的长度和数量取决于加热室大小和所需温度范围。

电源是加热器的能源支持，根据加热器的功率和工作电压选择适当的
电源，通常采用交流或直流电源。

温控系统是控制加热器内温度的部件，通常由一个或多个温控仪组成。

当温度低于或高于设定范围时，温控仪能够自动调节电源输出来保持稳定
的加热温度。

直拉单晶炉总结概述直拉单晶炉是一种用于生产高纯度单晶材料的设备。

它采用了先进的加热和冷却技术，能够实现高质量的单晶生长。

本文将对直拉单晶炉进行总结，包括工作原理、设备特点、应用领域以及未来发展趋势等方面进行介绍。

工作原理直拉单晶炉的工作原理基于熔融单晶生长技术。

其基本过程包括：先将材料的原料加入炉膛，然后通过加热使之熔化。

接下来，通过适当的处理将熔融材料降温并形成单晶种子。

最后，利用拉扩力将单晶晶体从熔融材料中拉出并使之加长。

直拉单晶炉的关键组件包括加热系统、冷却系统和拉升系统。

加热系统采用了高温电阻加热器，可以通过控制加热功率和加热位置来控制炉内温度。

冷却系统则通过导热和传导技术来控制炉内温度梯度，从而实现单晶的生长。

拉升系统则通过调整拉升速度来控制晶体生长速度。

设备特点直拉单晶炉具有以下几个特点：1.高纯度：直拉单晶炉可以在无氧或低氧环境下进行单晶生长，从而获得高纯度的单晶材料。

这种高纯度的材料在电子器件制造、光学器件制造和半导体工业等领域中应用广泛。

2.高生产率：直拉单晶炉具有较高的生长速度和较大的生长尺寸范围，可以满足大规模单晶生产的需求。

这在提高产能和降低成本方面具有重要意义。

3.稳定性强：直拉单晶炉采用了先进的温度和压力控制技术，能够实现稳定的生长过程。

这方面的优势使得直拉单晶炉在高温条件下依然能够保持较好的工作效率和稳定性。

4.自动化程度高：直拉单晶炉采用了先进的自动化控制系统，可以实现全自动控制和监测。

这方面的优势使得操作人员可以更加方便地对设备进行操作和维护。

应用领域直拉单晶炉在许多领域中具有重要的应用价值，主要包括以下几个方面：1.半导体制造：直拉单晶炉可以用于生产硅、镓、锗等半导体材料的单晶。

这些单晶材料被广泛应用于集成电路、太阳能电池和光电器件等领域。

2.光学器件制造：直拉单晶炉可以用于生产包括激光晶体、光纤晶体、液晶基板和光学透镜等光学器件的单晶材料。

这些材料在激光技术、光通信和成像技术等领域中具有重要应用。

CL系列单晶炉，属软轴提拉型，用直拉法生长无位错电路级、太阳能级单晶的设备。

此设备结构设计稳定，运行平稳，且有多项安全防护设施，质量流量及温度控制精确，整个晶体生长过程由高可靠的可编程计算机控制器（PCC）控制，并可实现全自动（CCD）控制，包括抽真空、熔化、引晶缩颈、放肩、等经生长和尾锥生长。

CL-90型设备提供一对电极，满足用户采用两温区加热的工艺要求。

设备使用18寸或20寸的热系统，投料量60-90Kg，生长6″或8″的单晶体。

设备特点：1、稳定的机架结构设计，增强了设备在晶体生长过程中的抗振动能力。

2、优化的液压提升机构确保副炉室提升和复位时的运动平稳性。

3、与主机分离的分水器设计，在减少冷却水振动对晶体生长的影响的同时优化了水路布局。

4、晶体和坩埚的提升采用双电机结构，保证稳定的低生长速度以及坩埚和籽晶的快速定位。

5、采用无振动的高性能马达和低噪声的减速器驱动晶体和坩埚上升，可提供稳定的低生长速度。

6、设备的真空条件和在真空下的可控惰性气体气流使得热区清洗最佳化。

氧化硅可以在不污染晶体和晶体驱动装置的条件下排除。

7、带隔离阀的副室可以在热区保持工作温度的情况下，取出长成的晶体或者更换籽晶。

8、对惰性气体流量和炉室压力高精度的控制能力，为生长高品质单晶创造了条件。

9、炉盖和炉腔通过两个提升装置提升，很方便的转向一边快捷地清洗。

10、熔化温度通过对加热器温度的电控来维持和调节，加热电源采用直流供电提高了控制精度。

高品质的加热器温度测量传感器实现了精确的温度控制。

12、整个晶体生长过程由一个高可靠的可编程计算机控制器（PCC）控制，包括抽真空、熔化、引晶缩颈、放肩、等经生长和尾锥生长，晶体生长全过程可实现全自动（CCD）控制：。

13、带有数据和报警过程控制的可视化软件，存储在计算机的硬盘中。

可以显示过程变量随时间变化的趋势图。

直流电源5柱变压器，空载电流小，效率比3柱高10%--15%。

双反芯6脉波比桥式整流功耗小。

单晶硅生长炉单晶硅生长炉是通过直拉法生产单晶硅的制造设备。

主要由主机、加热电源和计算机控制系统三大部分组成。

1、主机部分：●机架，双立柱●双层水冷式结构炉体●水冷式阀座●晶体提升及旋转机构●坩埚提升及旋转机构●氩气系统●真空系统及自动炉压检测控制●水冷系统及多种安全保障装置●留有二次加料口2、加热器电源：全水冷电源装置采用专利电源或原装进口IGBT及超快恢复二极管等功率器件。

配以特效高频变压器，构成新一代高频开关电源。

采用移相全桥软开关（ZVS）及CPU独立控制技术，提高了电能转换效率，不需要功率因数补偿装置。

3、计算机控制系统：采用PLC和上位工业平板电脑PC机，配备大屏幕触摸式HMI 人机界面、高像素CCD测径ADC系统和具有独立知识产权的“全自动CZ法晶体生长SCADA监控系统”，可实现从抽真空—检漏—炉压控制—熔料—稳定—溶接—引晶—放肩—转肩—等径—收尾—停炉全过程自动控制。

编辑本段原理简介首先，把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚，通过石墨加热器产生的高温将其熔化；然后，对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体（称作籽晶）插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长；接着，控制籽晶生长出一段长为100mm左右、直径为3～5mm的细颈，用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错，这个过程就是引晶；随后，放大晶体直径到工艺要求的大小，一般为75～300mm，这个过程称为放肩；接着，突然提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角；然后，进入等径工艺，通过控制热场温度和晶体提升速度，生长出一定直径规格大小的单晶柱体；最后，待大部分硅溶液都已经完成结晶时，再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体，称为收尾工艺。

这样一个单晶拉制过程就基本完成，进行一定的保温冷却后就可以取出。

直拉法，也叫切克劳斯基（J.Czochralski）方法。

直拉单晶炉设备简介结构单晶炉设备，也称为单晶生长炉，是一种用于生产高质量单晶材料的先进设备。

单晶材料在电子、光电子、光学和磁学等领域有着广泛的应用。

单晶炉设备通过熔融法或气相沉积法进行单晶生长，其结构一般包括炉体、加热元件、温度控制装置、控制系统和附件等部分。

一、炉体炉体是单晶炉设备的主体部分，一般由炉罐和炉盖两部分组成。

炉罐通常由耐高温、高膨胀系数的材料制成，如石墨、石英等。

炉罐的内部需要保持一定的真空度，以防止杂质的污染。

炉盖通常是一个单向旋转的结构，方便单晶生长过程中的试样的进出。

二、加热元件加热元件是单晶炉设备中起到加热作用的部分，一般由电阻丝、电阻板等构成。

加热元件的作用是提供足够的热量使试样内部达到熔点并保持一定的熔化状态。

加热元件通常布置在炉罐的外侧，通过电源供电控制加热温度。

三、温度控制装置温度控制装置是保证单晶生长过程中温度的稳定性和精确性的关键部分。

一般由温度传感器、温控仪和加热控制系统组成。

温度传感器通过测量试样的温度信号反馈给温控仪，温控仪根据设定的温度范围和精度，调节加热控制系统提供的热量，以实现稳定的温度控制。

四、控制系统控制系统是单晶炉设备的核心部分，主要包括温度控制系统、真空控制系统、气体流量控制系统和运行状态监测系统等。

温度控制系统通过控制加热元件的供电功率，实现对温度的控制。

真空控制系统通过控制抽气装置的工作状态，实现对炉罐内真空度的控制。

气体流量控制系统用于控制与单晶生长过程相关的气体的输入和排出。

运行状态监测系统可根据实际需要监测单晶炉设备的工作状态和性能，以提供参考和保障设备的正常运行。

五、附件单晶炉设备的附件包括保护屏、加热瓶、真空泵等。

保护屏是一种用于保护实验人员免受高温辐射的屏障。

加热瓶是单晶生长过程中用来加热试样的容器。

真空泵是单晶炉设备用于维持炉罐内真空度的设备，通常由机械泵和分子泵组成。

总结起来，单晶炉设备是一种结构复杂、功能完善的高精度设备，用于生产高质量单晶材料。

北京京仪世纪电子股份有限公司──MCZ-6000FA型单晶硅炉二O一二年八月十七日一、产品简介MCZ-6000FA 型是用直拉法半自动生长单晶的炉型，主要用于硅单晶的生长。

它是在惰性气体环境下通过石墨电阻加热器熔化硅原料，用减压方式，软轴提拉晶体。

该设备主要用于大规模生产太阳能级硅单晶，在优化条件后，也可生产IC级单晶。

本设备结构可方便地配置水平、垂直及钩型磁场，实现等效微重力生长晶体，可配置18″或20″热系统，最大投料量90Kg ，最大晶体直径10″。

二、主要技术特征主炉室和副炉室的提升和外旋采用机械结构，既免去了液压系统、减少油污染又利于配置磁场。

主机配置了完成全自动拉晶的全部接口，经电气柜升级可实现全自动拉晶。

本设备可实现多台设备的网络式计算机集中管理。

本设备充分考虑节能设计要求，采用我公司的热系统及工艺等解决方案可使能耗得到显著降低。

坩埚升降备有慢速、快速、手动三个功能，各传动链均通过电磁离合器直接驱动升降用丝杠，而丝杠螺母并不转动。

位于丝杠端的脉冲发生器信号显示准确埚位。

炉腔体内壁采用进口316L 不锈钢。

炉体焊接采用专有焊接工艺，主要焊缝均进行射线探检验，确保内部焊接质量。

具备安全防爆系数，特别加装安全泄压阀及报警系统。

三、主要技术参数1. 主炉室尺寸：φ850×1150mm2. 上主室尺寸：φ850×800mm3. 下主室尺寸：φ850×350mmMCZ-6000FA 型单晶炉4. 插板阀通径：φ300mm5. 加热方式：石墨电阻加热6. 冷炉真空度：≤2 Pa7. 冷炉真空泄漏率：≤0.1 Pa/min8. 热场规格：18″～20″9. 最大装料量： 90Kg10. 拉制晶体最大直径(英寸)：φ10″11. 籽晶夹头在副室内的最大行程：1800mm（重锤系统L=683） 2015mm（重锤系统L=475）12. 籽晶夹头总行程： >3000mm13. 籽晶拉速范围： 0.1～10 mm/min14. 籽晶快升/快降：≥300 mm/min15. 籽晶旋转速度： 2～40 rpm16. 坩埚升降速度: 0.02～2.5 mm/min17. 坩埚升降快速：＞50mm/min18. 坩埚轴最大承重： 140Kg19. 坩埚转速范围： 1～30rpm20. 坩埚升降最大行程： 400mm21. 电源电压/频率/相数： 380VAV/50Hz/3相22. 变压器容量： 200KVA23. 最大加热功率： 150KW24. 最高加热温度1600℃25. 耗水量： 15m3/h26. 进水压力/温度：0.3MPa/≤25℃27. 氩气耗量：≈2500升/台、小时28. 设备外形尺寸：2530×1700×577029. 设备最大高度: 6050mm30. 设备整机重量：≈5500Kg31. 主机占地面积：2820×3200mm32. 整机占地面积：4000×6000mm四、生长晶体尺寸（仅供参考）温馨推荐您可前往百度文库小程序享受更优阅读体验不去了立即体验。

半导体工艺设备之单晶炉半导体工艺设备为半导体大规模制造提供制造基础。

摩尔定律，给电子业描绘的前景，必将是未来半导体器件的集成化、微型化程度更高，功能更强大。

这里先介绍半导体工艺的头道工序——单晶体拉胚的单晶炉。

单晶炉单晶炉，全自动直拉单晶生长炉，是一种在惰性气体（氮气、氦气为主）环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生长无错位单晶的设备。

单晶硅炉型号有两种命名方式，一种为投料量，一种为炉室直径。

比如 120、150 等型号是由投料量决定， 85 炉则是指主炉筒的直径大小。

单晶硅炉的主体构成由主机、加热电源和计算机控制系统三大部分组成。

单晶硅片工艺流程硅，Si，地球上含硅的东西很多，好像90%以上都是晶硅的，也就是单晶硅。

太阳能级别的硅纯度6N以上就可以了。

开始是石头，（石头都含硅），把石头加热，变成液态，再加热变成气态，把气体通过一个密封的大箱子，箱子里有N多的子晶加热，两头用石墨夹住，气体通过这个箱子，子晶会把气体中的一种吸符到子晶上，子晶慢慢就变粗了，因为是气体变固体，所以很慢，一个月左右，箱子里有就了很多长长的原生多晶硅。

单晶硅片由此进入生产流程：1、酸洗：使用稀硝酸HNO3,进行清洗，去除表面杂质及提炼时产生的四氯化硅。

2、清洗：清洗硅料经过酸洗后的残留杂质。

3、单晶硅料烘干：去除水分。

4、挑料：区分P型，N型硅料。

5、配料：对拉晶的硅料型号进行匹配。

6、单晶炉拉晶：7、硅棒检测：检查有无位错，棱线断等现象。

8、开断：将单晶硅棒用带锯条切割成四方体。

9、包装：将开断后的单晶硅棒进行包装，送至下一道工序10、磨圆：将单晶硅棒四个直角进行磨圆。

11、多线切割：瑞士的264，265。

日本的PV800,MDM442DM 设备进行切割 0.33mm。

12、清洗：13、单晶硅片检测：单晶炉的结构单晶炉炉体（包括炉底板、主炉室、炉盖、隔离阀室、副炉室、籽晶提升旋转机构和坩埚提升旋转机构）由304L不锈钢制造。

培训记录表一、直拉晶体中碳和氧的来源（1）直拉单晶炉结构示意图：（2）、直拉工艺过程简单描叙：①、多晶硅：半导体级多晶氧、碳含量低于检测极限；②、籽晶、掺杂剂：不会单晶的氧碳问题；③、石英坩埚：成份为高纯的SiO2 材料，含有大量的结合氧（不同于空气中的氧气，炉子漏气时空气中的氧气进入单晶炉会造成石墨件的氧化、籽晶和晶体表面氧化，严重时熔体表面起皮！），单晶生长过程中它与熔体接触的部分缓慢的溶解在Si的熔体中，熔体中的氧大部分氧以气态SiO挥发，在温度较低的表面冷凝成黄褐色的粉末（SiO + SiO2）。

④、石墨件：成份为高纯的C材料，高温下（≥350℃）与氧气（O2）、水汽（H2O）反应被消耗掉，产生含碳气体；在单晶生炉内高温的C与气态SiO接触，也会产生含碳气体（CO；CO2）。

⑤、含碳气体与熔体接触，硅熔体被碳的沾污，拉成的单晶碳含量超标，生产出碳含量超标的废品：CO （G）+ Si（L）→C（Si，L）+ SiO （G）CO2 （G）+ Si（L）→C（Si，L）+ SiO （G）说明：G --- 气体状态L --- 液体状态Si（L）--- 硅熔体图一：直拉工艺过程碳含量的引入（二）防止化料过程碳的沾污：实际生产过程中，使用的多晶硅、籽晶、掺杂剂、石墨件等都是满足质量要求，开炉时单晶炉漏气率达到要求，但在单晶炉内在高温条件下存在产生含碳气体的化学反应，因此防止含碳气体与硅熔体接触是工艺中的关键。

使用适当流量的氩气和合理的氩气气流方向，将含碳气体吹离硅熔体，隔断含碳气体与硅熔体接触的是减少和避免碳沾污的核心。

在CG6000炉配置固定热屏时，化料初期坩埚位置很低，热屏的下端与石英坩埚的上端面基本平齐，化料时要特别注意及时的升高埚位。

（1）正确的化料过程：说明：随着多晶料的熔化料块塌落，固体料块离热屏距离加大，在留有安全距离的情况下分次上升坩埚，使石英坩埚套到热屏外，此时氩气能有效的将含碳气体吹离熔体，避免了碳沾污。