一种炉盖发黑处理的单晶生长炉的制作方法

1.本实用新型涉及单晶生长炉技术领域，具体而言是一种炉盖发黑处理的单晶生长炉。


背景技术：

2.降低成本和提升晶体品质一直是光伏单晶制造行业的努力方向。
3.降低成本有以下两种方法，一是降低加热器功耗，通过增加炉体保温来实现，单晶炉外径逐渐增大，已经达到1600mm，热场保温也越来越好；二是提高晶体拉速，通过增大生长界面的纵向温度梯度和吸收结晶潜热来实现。在晶体生长通道增加热辐射吸热层吸收结晶潜热，提高纵向温度梯度。内壁发黑水冷热屏已经在光伏行业上得到了大规模推广，想要进一步提高拉速，炉盖发黑增加热辐射吸热层也是一种绝佳的方案。
4.提升晶体品质上，晶棒经历热历史温度越高，时间越长，晶体原生缺陷(如氧沉淀、oisf形核中心、位错等)产生的二次缺陷也越高，此外还会产生各种由间隙氧导致的施主，施主热施主在350℃-500℃形成，新施主在650℃-850℃形成。所以在晶体生长通道内设计吸辐射热的吸热层在一定程度上影响晶体品质。


技术实现要素：

5.基于上述原因，而提供一种炉盖发黑处理的单晶生长炉。
6.本实用新型采用的技术手段如下：
7.一种炉盖发黑处理的单晶生长炉，包括单晶生长炉本体和安装在所述单晶生长炉本体顶部的炉盖，所述炉盖内具有水冷系统，且所述炉盖的内壁设置有用于吸收热辐射的炉盖吸热层。
8.进一步地，所述炉盖吸热层为对所述炉盖的内壁进行发黑处理得到的金属氧化膜层。
9.进一步地，所述单晶生长炉本体包括炉体、设置在所述炉体内的保温桶、设置在所述保温桶内的坩埚、设置在所述保温桶内且位于所述坩埚上方的水冷热屏和设置在所述保温桶内的加热器；
10.所述水冷热屏包括水冷热屏本体和两个左右对称设置的提升臂，且所述提升臂的底部与所述水冷热屏本体连接，所述提升臂的顶部穿出所述炉盖，所述水冷热屏本体内设有循环冷却水系统，所述提升臂内设有与所述循环冷却水系统连通的冷却水流道；
11.所述提升臂用于带动所述水冷热屏本体上升或下降。
12.进一步地，所述水冷热屏本体的内壁设有热屏吸热层。
13.进一步地，所述热屏吸热层为对所述水冷热屏本体的内壁进行发黑处理得到的金属氧化膜层。
14.进一步地，所述炉体包括上炉筒和下炉筒，所述下炉筒具有炉体封底；所述保温桶由上至下依次包括上保温盖、上保温桶、主保温桶和下保温桶，所述下保温桶具有保温桶封
底，所述炉体封底的顶部具有支撑组件，所述保温桶封底的底部与所述支撑组件连接；
15.所述坩埚设置在所述主保温桶内，所述水冷热屏本体设置在所述上保温桶内，杆托的顶端穿过所述炉体封底和所述保温桶封底后与所述坩埚的底部连接；
16.所述坩埚的侧壁与所述主保温桶之间具有埚帮；
17.所述加热器包括靠近所述坩埚侧壁的主加热器和靠近所述坩埚底部的底加热器。
18.所述坩埚为石英坩埚。
19.较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
20.1、本实用新型为单晶炉炉盖内壁增加发黑热辐射吸热层，能有效吸收水冷热屏上方晶棒释放结晶潜热，同时对结晶界面产生的结晶潜热散发也有一定效果，具有提高结晶速率和拉速的作用。
21.2、本实用新型能让晶棒经历热历史温度更低和时间更短，这样能起到降低热施主，减少长晶后形成的二次缺陷。
22.基于上述理由本实用新型可在单晶硅生产等领域广泛推广。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型具体实施方式中一种炉盖发黑处理的单晶生长炉结构示意图。
25.图中：1、炉盖；2、石英坩埚；3、底加热器；4、硅熔体；5、晶棒；6、水冷热屏本体；7、主加热器；8、水冷热屏；9、上保温盖；10、下炉筒； 11、上炉筒；12、提升臂；13、冷却水流道；14、主保温筒；15、下保温筒；16、上保温筒；17、炉盖吸热层；18、热屏吸热层；19、托杆；20、埚帮。
具体实施方式
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
29.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各
个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
31.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
32.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
33.如图1所示，一种炉盖发黑处理的单晶生长炉，包括单晶生长炉本体和安装在所述单晶生长炉本体顶部的炉盖1，所述炉盖1内具有水冷系统，且所述炉盖1的内壁设置有用于吸收热辐射的炉盖吸热层17。
34.进一步地，所述炉盖吸热层17为对所述炉盖的内壁进行发黑处理得到的金属氧化膜层。
35.进一步地，所述单晶生长炉本体包括炉体、设置在所述炉体内的保温桶、设置在所述保温桶内的石英坩埚2、设置在所述保温桶内且位于所述石英坩埚2上方的水冷热屏和设置在所述保温桶内的加热器；所述水冷热屏8包括水冷热屏本体6和两个左右对称设置的提升臂12，且所述提升臂12的底部与所述水冷热屏本体6连接，所述提升臂12的顶部穿出所述炉盖1，所述水冷热屏本体16内设有循环冷却水系统，所述提升臂12内设有与所述循环冷却水系统连通的冷却水流道13；冷却水通过所述冷却水流道13流入或流出所述循环冷却水系统；
36.所述水冷热屏本体6的内壁设有热屏吸热层18。
37.所述热屏吸热层18为对所述水冷热屏本体16的内壁进行发黑处理得到的金属氧化膜层。
38.所述提升臂12用于带动所述水冷热屏本体6上升或下降。
39.所述炉体包括上炉筒11和下炉筒10，所述下炉筒10具有炉体封底；
40.所述保温桶由上至下依次包括上保温盖9、上保温桶16、主保温桶14和下保温桶15，所述下保温桶15具有保温桶封底；
41.所述炉体封底的顶部具有支撑组件，所述保温桶封底的底部与所述支撑组件连接；
42.所述石英坩埚2设置在所述主保温桶14内，所述水冷热屏本体6设置在所述上保温桶16内，杆托19的顶端穿过所述炉体封底和所述保温桶封底后与所述石英坩埚2的底部连接；
43.所述石英坩埚2的侧壁与所述主保温桶14之间具有埚帮20；
44.所述加热器包括靠近所述石英坩埚2侧壁的主加热器7和靠近所述石英坩埚底部的底加热器3。
45.晶棒5位于两个所述提升臂12的对称中心处；拉晶过程中，石英坩埚2 中的硅熔体4由于存在过冷度，以及籽晶与硅熔体4熔接，所以硅熔体4会沿着籽晶的晶向生长，由液态转换成固态的所述晶棒5，相变过程中晶棒5 存在结晶潜热，结晶潜热会在所述晶棒5中产生热传导。放置在石英坩埚2 上方所述水冷热屏本体6和所述炉盖1共同吸收晶棒5的产生的热量，促进晶棒5快速冷却。所述水冷热屏内壁表面发黑处理的吸热层18，可以吸收晶体生长界面和晶棒5的热辐射；所述炉盖内壁吸热层17主要吸收水冷热屏上方晶棒释放结晶潜热。
46.水冷热屏8和发黑处理的炉盖1上下同步吸收热辐射，使结晶潜热得到很好的散发，晶棒5的热历史温度降低和时间缩短，有利于提高拉速，降低热施主，减少长晶后形成的二次缺陷。
47.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种炉盖发黑处理的单晶生长炉，其特征在于，包括单晶生长炉本体和安装在所述单晶生长炉本体顶部的炉盖，所述炉盖内具有水冷系统，且所述炉盖的内壁设置有用于吸收热辐射的炉盖吸热层。2.根据权利要求1所述的一种炉盖发黑处理的单晶生长炉，其特征在于，所述炉盖吸热层为对所述炉盖的内壁进行发黑处理得到的金属氧化膜层。3.根据权利要求1所述的一种炉盖发黑处理的单晶生长炉，其特征在于，所述单晶生长炉本体包括炉体、设置在所述炉体内的保温桶、设置在所述保温桶内的坩埚、设置在所述保温桶内且位于所述坩埚上方的水冷热屏和设置在所述保温桶内的加热器；所述水冷热屏包括水冷热屏本体和两个左右对称设置的提升臂，且所述提升臂的底部与所述水冷热屏本体连接，所述提升臂的顶部穿出所述炉盖，所述水冷热屏本体内设有循环冷却水系统，所述提升臂内设有与所述循环冷却水系统连通的冷却水流道；所述提升臂用于带动所述水冷热屏本体上升或下降。4.根据权利要求3所述的一种炉盖发黑处理的单晶生长炉，其特征在于，所述水冷热屏本体的内壁设有热屏吸热层。5.根据权利要求4所述的一种炉盖发黑处理的单晶生长炉，其特征在于，所述热屏吸热层为对所述水冷热屏本体的内壁进行发黑处理得到的金属氧化膜层。6.根据权利要求3所述的一种炉盖发黑处理的单晶生长炉，其特征在于，所述炉体包括上炉筒和下炉筒，所述下炉筒具有炉体封底；所述保温桶由上至下依次包括上保温盖、上保温桶、主保温桶和下保温桶，所述下保温桶具有保温桶封底，所述炉体封底的顶部具有支撑组件，所述保温桶封底的底部与所述支撑组件连接；所述坩埚设置在所述主保温桶内，所述水冷热屏本体设置在所述上保温桶内，杆托的顶端穿过所述炉体封底和所述保温桶封底后与所述坩埚的底部连接；所述坩埚的侧壁与所述主保温桶之间具有埚帮；所述加热器包括靠近所述坩埚侧壁的主加热器和靠近所述坩埚底部的底加热器。7.根据权利要求3～6任一权利要求所述的一种炉盖发黑处理的单晶生长炉，其特征在于，所述坩埚为石英坩埚。

技术总结
本实用新型公开了一种炉盖发黑处理的单晶生长炉，包括炉体、保温筒、晶棒、水冷热屏、加热器、坩埚、埚帮、炉盖、炉盖吸热层和热屏吸热层；所述水冷热屏本体的内壁发黑处理，能够提高热吸收效果，结晶界面的结晶潜热能快速释放，起到提高拉速潜力作用。由于水冷屏上方空间大，同样存在热量积累，在所述炉盖上做发黑处理，有利于热辐射的热量更快速的释放，晶棒经历热历史温度降低和时间缩短。因此本实用新型能起到提高拉速作用，同时还能起到降低热施主，减少长晶后二次缺陷的产生。减少长晶后二次缺陷的产生。减少长晶后二次缺陷的产生。


技术研发人员：黎志欣 逯占文
受保护的技术使用者：大连连城数控机器股份有限公司
技术研发日：2021.07.15
技术公布日：2022/1/28