一种使用改良坩埚和加热器设计的硅晶体拉制法

本发明涉及晶体生长领域 

直拉法(CZ法)指晶体生长的一种方法，用来获取半导体(如硅、锗、砷化镓)、金属(钯、铂、银、金)、盐，或者是合成宝石的单晶。也称切氏或者柴氏法，由波兰科学家切克劳斯基于1916年研究金属的结晶速率时发明的。 

普遍意义上的直拉法使用圆桶形或者类似的圆周对称形状的石英坩埚用来承装熔融的高温液态硅或其他熔体。加热器和保温罩(桶)呈圆柱状布置在坩埚的外围。事实上在拉晶的时候坩埚按照工艺要求作旋转和升降，在坩埚的正下方通常布置有设计精密而价格昂贵的升降和旋转轴。环状底部加热器(未广泛使用)和底部保温罩，也只是布置在坩埚下面的圆环形设计。由于加热器通常使用整个圆柱的高纯石墨块切割而成，导致加热器加工中有大量石墨边角料产生，成本也居高不下。 

本发明使用方型或者其他横截面非圆形的坩埚取代传统的圆桶状坩埚进行直拉晶体的生产。由单晶炉，坩埚，保温桶等加工方法，布局和成本的考虑，横截面形状为正三角形，正方形，长方形，正六边形和正八边形的设计比较有实用意义。 

由于使用了非圆周对称的坩埚设计，从而使得包裹在坩埚周围(侧边和底部)的热场和保温罩可以使用形状整齐的块状，板状石墨材料，从而减少边角料降低热场和保温罩的加工成本。 

更进一步，由于非圆周对称的坩埚设计导致取消了坩埚下方旋转结构。使得在坩埚下方可以设计和坩埚截 面相同的全面积的加热器，从而可以进一步取消侧方加热器(桶)。取消侧方加热器后，有利于增大固液界面的温度梯度从而提高晶体的拉速，同时也节约了制作侧方加热器的成本费用。 

为了实现本发明中所述坩埚制造，本发明同时提供一种使用氮化硅，碳化硅等陶瓷材料通过2次或更多次烧结的加工方法。即用加工出坩埚的桶边和桶底等各个型材之后，拼装出所需要的物理性状，通过结合剂等再次烧结整体成型。使用非石英坩埚后，消除了石英坩埚(成分为氧化硅)在高温下接触熔融硅向熔体内扩散的氧原子，从而提升硅晶体的质量 

附图为采用该发明方法设计的硅晶体生长炉的示意图。 

1坩埚2陶瓷护板3底部加热器4侧方保温罩(桶)5侧方加热器6底部保温罩7籽晶8硅晶体9硅熔体10陶瓷炉筒(炉室) 

在传统单晶炉的设计基础上取消底部的坩埚旋转装置，按照坩埚，加热器，保温罩等物理形状设计安装上合适的支撑结构即可实现应用。