直拉单晶炉设备简介、结构

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。

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CCZ技术简介要得到优质晶体，在晶体生长系统中必须建立合理的温度分布，在单晶炉的炉膛内存在不同的介质，如熔体、晶体以及品体周围的气氛等。

不同的介质具有不同的温度，就是在同一介质内，温度也不是均匀分布的，炉膛内的温度是随空间位置而变化的。

晶体生长过程中最理想的是炉内温场不随时间而变化；即温度分布与时间无关，这样的温场称稳态温场。

而实际生长过程中，炉膛中的温场随时间而变化，也就是炉内的温度是空间和时间的函数，这样的温场称为非稳温场。

根据晶体生长方式不同，当前制备单晶硅技术主要分为悬浮区熔法（FZ法）和直拉法（CZ法）两种，直拉法相对来说成本更低，生长速率较快，更适合大尺寸单晶硅棒的拉制，目前我国90%以上的太阳能级单晶硅通过直拉法进行生产，预计今后仍将大比例沿用。

Fz区熔硅CZ直拉法的原理是将高纯度的多晶硅原料放置在石英坩埚中加热熔化，再将单晶硅籽晶插入熔体表面，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，并随着籽晶的提拉晶体逐渐生长形成晶棒。

CZ是从熔体中生长晶体的一种常用方法，属于保守系统，它要求晶体一致共熔，其主要优点在于它是一种直观的技术，可以在短时间内生长出大而无位错的单晶。

优点：1. 便于精密控制生长条件，可以较快速度获得优质大单晶；2. 可以使用定向籽晶，选择不同取向的籽晶可以得到不同取向的单晶体；3. 可以方便地采用“回熔”和“缩颈”工艺，以降低晶体中的位错密度，提高晶体的完整性；4. 可以在晶体生长过程中直接观察生长情况，为控制晶体外形提供了有利条件；缺点：1. 一般要用坩埚作容器，导致熔体有不同程度的污染；保温材料和发热体材料杂质也属于这类污染；2. 当熔体中含有易挥发物时，则存在控制组分的困难；3. 不适合生长冷却过程中存在固态相变的材料；4．分凝系数导致溶质分布不均匀或组分不均匀；5. 随着生长过程的进行，坩埚中熔体液面会不断下降，坩埚内壁逐渐地裸露出来。

由于埚壁的温度很高，因而对晶体、熔体中的温场影响很大，甚至发生界面翻转。

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。

单晶炉的机械结构与维修研讨1. 引言单晶炉是一种用于生产单晶材料的设备，广泛应用于材料科学、光电子学、半导体制造等领域。

作为一种复杂的设备，单晶炉的机械结构和维修工作十分重要。

本文将讨论单晶炉的机械结构和维修的关键问题，并提供一些建议和本卷须知。

2. 单晶炉的机械结构单晶炉的机械结构包括主要部件和辅助部件。

主要部件包括炉体、电极、加热元件、晶体生长装置等，这些部件相互配合，完成单晶生长的过程。

辅助部件包括炉门、冷却系统、排放系统等，用于提供辅助功能。

2.1 炉体炉体是单晶炉的根本部件，承当着整个炉内环境的控制和保护作用。

炉体通常由高温合金制成，具有优良的耐高温能力和热稳定性。

炉体的结构设计应满足炉内气氛的密封要求，以防止炉内气氛泄漏。

此外，炉体的内部应具备适宜的陶瓷衬层，以提供良好的热传导性能和防护功能。

2.2 电极电极是单晶炉中的关键部件之一，用于提供电源和控制晶体生长的过程。

电极通常采用导电材料制成，如钼、铂等。

电极的结构设计应考虑电极与晶体生长装置之间的耐高温接触、电气性能和平安性。

此外，电极也需要考虑与其他部件的配合，确保整个机械结构的完整性和稳定性。

2.3 加热元件加热元件是单晶炉中的另一个重要部件，用于提供必要的热量，保持晶体生长的温度。

加热元件通常采用电阻丝或电加热炉管，通过电流加热，将热量传递给晶体材料。

加热元件的设计应考虑温度控制、均匀加热和耐高温能力，以确保晶体生长的质量和效率。

2.4 晶体生长装置晶体生长装置是单晶炉的核心部件，用于控制晶体的生长过程。

晶体生长装置通常使用石英炉管和石英坩埚等材料制成，具有良好的耐高温性能和化学稳定性。

晶体生长装置包括晶体容器、温控系统、晶体移动机构等，通过精确控制温度和移动速度来实现晶体的生长。

3. 单晶炉的维修单晶炉的维修是保证设备性能稳定和延长使用寿命的重要环节。

下面将介绍一些常见的维修工作和本卷须知。

3.1 清洁和保养定期进行单晶炉的清洁和保养是维护设备的关键。