分体式导流筒
技术领域
本发明涉及半导体晶体生长领域，特别是涉及一种分体式导流筒。
背景技术
在使用拉晶炉通过直拉法生长半导体单晶的过程中，导流筒是拉晶炉中控制热场的重要部件，可以起到引导氩气流及控制热场温度梯度的作用。目前，现有的导流筒结构已无法满足单晶生长新工艺的不断发展对于热场分布愈加精细的控制要求。此外，在直拉法生长单晶的过程中，导流筒的底部还常常会被坩埚中熔融的物料沾污，为了避免影响单晶生长质量，当物料沾污达到一定程度后一般会对整个导流筒进行更换，这就会额外增加设备的维护成本和时间。
因此，有必要提出一种新的分体式导流筒，解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种分体式导流筒，用于解决现有技术中频繁更换导流筒导致产能低下的问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种分体式导流筒，其特征在于，包括：
上筒体，包含导通所述上筒体的顶部和底部的上通孔；
下筒体，包含导通所述下筒体的顶部和底部的下通孔，所述下筒体的顶部可拆卸式连接于所述上筒体的底部，使所述上通孔和所述下通孔相连通并一同构成导流通孔。
作为本发明的一种可选方案，所述下筒体的顶部内表面和所述上筒体的底部内表面连接部分为直纹曲面。
作为本发明的一种可选方案，所述下筒体的顶部通过旋转脱扣结构连接所述上筒体的底部。
作为本发明的一种可选方案，所述下筒体的顶部通过销接结构连接所述上筒体的底部。
作为本发明的一种可选方案，所述导流通孔的径向尺寸自上而下逐渐减小。
作为本发明的一种可选方案，所述下筒体的高度占所述上筒体的高度的四分之一至二分之一。
作为本发明的一种可选方案，所述分体式导流筒的外壁的径向尺寸自上而下逐渐减小。
作为本发明的一种可选方案，所述上筒体和所述下筒体的组成材料包含石墨。
作为本发明的一种可选方案，所述下筒体为多个，分别具有不同的下底面构造，且可选地与所述上筒体的底部连接。
作为本发明的一种可选方案，所述下筒体的下底面包含平面。
作为本发明的一种可选方案，所述下筒体的下底面上形成有凹槽。
作为本发明的一种可选方案，所述凹槽包含环状凹槽结构，且所述环状凹槽结构的圆心位于所述导流通孔的轴线上。
如上所述，本发明提供了一种分体式导流筒，通过引入可拆卸连接的上筒体和下筒体，针对不同类型的半导体单晶生长更换不同结构的下筒体；当下筒体出现物料沾污时，只需要更换下筒体，减少了维护成本和时间，避免了因频繁更换整个导流筒而降低设备产能的问题。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的分体式导流筒的横截面示意图。
图2显示为本发明实施例一中提供的分体式导流筒的俯视图。
图3显示为本发明实施例一中提供的分体式导流筒的仰视图。
图4至图6显示为本发明实施例一中提供的分体式导流筒的下筒体与上筒体通过旋转脱扣结构连接的过程示意图。
图7显示为本发明实施例一中提供的分体式导流筒在单晶生长时的示意图。
图8显示为本发明实施例二中提供的分体式导流筒的横截面示意图。
图9显示为本发明实施例二中提供的分体式导流筒的仰视图。
图10显示为本发明实施例二中提供的分体式导流筒在单晶生长时的示意图。
图11显示为本发明实施例三中提供的分体式导流筒的横截面示意图。
图12显示为本发明实施例三中提供的分体式导流筒在图11中AA’处的截面示意图。
图13至图14显示为本发明实施例三中提供的分体式导流筒的下筒体与上筒体通过销接结构连接的过程示意图。
图15显示为本发明实施例四中提供的分体式导流筒的横截面示意图。
图16显示为本发明实施例四中提供的分体式导流筒在图15中AA’处的截面示意图。
图17至图18显示为本发明实施例四中提供的分体式导流筒的下筒体与上筒体通过销接结构连接的过程示意图。
元件标号说明
001坩埚
002晶锭
10 分体式导流筒
101上筒体
101a 挂钩结构
102下筒体
103导流通孔
103a 上通孔
103b 下通孔
104旋转脱扣结构
104a 卡扣
104b 卡槽
20 分体式导流筒
201上筒体
202下筒体
202a 凹槽
203导流通孔
203a 上通孔
203b 下通孔
204旋转脱扣结构
30 分体式导流筒
301上筒体
302下筒体
305销接结构
305a 圆柱销
305b 盲孔
305c 通孔
40 分体式导流筒
401上筒体
402下筒体
405销接结构
405a 圆柱销
405b 盲孔
405c 通孔
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图18。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1至图3，本发明提供了一种分体式导流筒10，包括：
上筒体101，包含导通所述上筒体101的顶部和底部的上通孔103a；
下筒体102，包含导通所述下筒体102的顶部和底部的下通孔103b，所述下筒体102的顶部可拆卸式连接于所述上筒体101的底部，使所述上通孔103a和所述下通孔103b相连通并一同构成导流通孔103。
本发明所提供的分体式导流筒10由上筒体101和下筒体102共同构成，所述下筒体102的顶部连接所述上筒体101的底部，且这种连接是可拆卸式的，即所述下筒体102可以从所述上筒体101上拆卸分离。所述上筒体101包含导通其顶部和底部的上通孔103a，所述下筒体102包含导通其顶部和底部的下通孔103b，所述上通孔103a和所述下通孔103b共同组成导流通孔103。如图1所示，是本发明的一个实施例所提供的所述分体式导流筒10的横截面示意图，图2是其俯视图，图3是其仰视图。
作为示例，请参阅图1及图4至图6，所述下筒体102的顶部通过旋转脱扣结构104连接所述上筒体101的底部。本实施例中通过旋转脱扣结构104实现所述上筒体101与所述下筒体102的可拆卸连接。如图1所示，在所述下筒体102的顶部两侧成对设置有卡扣104a，其顶端设有向所述分体式导流筒10轴线方向伸出的突出部，所述突出部嵌入并固定于所述上筒体101上。具体地，如图4至图6，是所述下筒体102通过所述旋转脱扣结构104连接于所述上筒体101的过程。在所述下筒体102的顶部设置有卡扣104a，所述卡扣104a的顶端设有向所述分体式导流筒10轴线方向伸出的突出部，在所述上筒体101的底部对应位置设置有卡槽104b，所述卡槽104b分为位于左侧的嵌入槽及位于右侧的固定槽，所述嵌入槽的深度可以容纳包含所述突出部的所述卡扣104a进入所述嵌入槽中，所述固定槽在其顶端的深度可以容纳所述卡扣104a的突出部嵌入，而其他部位的深度远小于所述突出部的嵌入深度。在图4中，将所述上筒体101和所述下筒体102对准并贴合，其中所述卡扣104a对准所述卡槽104b的所述嵌入槽。在图5中，所述卡扣104a向上进入所述卡槽104b的所述嵌入槽中，从俯视方向看逆时针转动所述下筒体102。在图6中，通过转动所述下筒体102，所述卡扣104a从所述嵌入槽移动到所述固定槽中，由于所述固定槽在其顶端的深度可以容纳所述卡扣104a的突出部嵌入，而其他部位的深度远小于所述突出部的嵌入深度，所述卡扣104a通过所述突出部固定于所述固定槽中，从而实现了所述下筒体102与所述上筒体101的可拆卸式连接。当需要拆卸所述下筒体102时，只需从俯视方向看顺时针转动所述下筒体102至所述嵌入槽中，就可向下移动并拆卸所述下筒体102。需要指出的是，本实施例中的所述旋转脱扣结构成对设置于所述分体式导流筒10上相对的两侧，而在本发明的其他实施例中，所述旋转脱扣结构的数量还可以大于两个，并等间距环绕分布于所述上筒体101与所述下筒体102的连接处。所述旋转脱扣结构也不限于本实施例中所述设置于所述分体式导流筒10的外壁，在其他实施方案中，也可以设置于所述分体式导流筒10的内壁。此外，除了本实施例所采用的所述旋转脱扣结构外，在本发明的其他实施方案中，所述上筒体101与所述下筒体102的可拆卸连接还可以采用销接、螺纹连接、直接卡扣(非旋转)等其他可能的连接方式。
作为示例，如图1所示，所述下筒体102的顶部内表面和所述上筒体101的底部内表面连接部分为直纹曲面。所述直纹曲面的定义为可以由一条直线通过连续运动构成的曲面，即所述直纹曲面是光滑平顺的，不会出现曲折突变。在本实施例中，在所述下筒体102的顶部内表面和所述上筒体101的底部内表面的连接部位采用直纹曲面，也即是说连接部位的形貌是光滑的，不会对所述导流通孔103内的气流流动造成扰动，确保了晶体生长过程中氩气气流不会出现湍流，晶体可以稳定地生长。
作为示例，如图1所示，所述导流通孔103的径向尺寸自上而下逐渐减小。在本发明中，所述导流通孔103的径向尺寸自上而下逐渐减小指的是形成所述导流通孔103的导流筒内壁的形貌是光滑渐变的，且自上而下逐渐减小。所述导流通孔103由所述上通孔103a和所述下通孔103b所共同构成。在拉晶炉生长单晶的过程中，作为保护气体的氩气一般从炉体上方通入，通过径向尺寸自上而下逐渐减小的漏斗状设计，可以将氩气气流集中于单晶的生长界面附近，在保护单晶生长的同时，还可以通过冷却，提高生长界面附近的温度梯度，加快单晶的生长速度。此外，考虑到导流筒内壁上如果存在突出结构可能会引起湍流，造成晶体生长失稳，引入光滑渐变的内壁形貌也确保了氩气气流流动平稳而不会出现湍流。可选地，所述导流通孔呈上宽下窄的倒圆台形状，通过引入倒圆台形状的渐变光滑的侧壁，避免了所述导流筒在引导氩气气流时可能产生的湍流，使氩气气流平稳可控地流向晶体生长界面，以利于提高单晶生长质量。
作为示例，如图1所示，所述下筒体102的高度占所述上筒体101的高度的四分之一至二分之一。可选地，所述下筒体102的高度占所述上筒体101的高度的三分之一。在设计所述下筒体102占整个所述分体式导流筒10的比例时，一方面希望尽可能减少所述下筒体102的占比，以减少更换下筒体带来的部件维护成本；另一方面，也要考虑物料沾污的分布范围，尽可能地将会被物料沾污到的部位设计入所述下筒体102所占范围中，以此仅通过更换所述下筒体102就可去除筒体上的物料沾污。在本实施例中，选取所述下筒体102的高度占所述上筒体101的高度的三分之一。
作为示例，如图1所示，所述分体式导流筒10的外壁的径向尺寸自上而下逐渐减小。虽然影响单晶生长的热场因素主要由所述分体式导流筒10内部的结构所决定，但所述分体式导流筒10的外壁形貌也对炉体内的对流条件具有一定影响。在本实施例中，所述分体式导流筒10的外壁的径向尺寸自上而下逐渐减小。可选的，所述分体式导流筒10的内壁与外壁径向尺寸在同一高度的差值是固定的，即所述分体式导流筒10在各处的筒壁厚度是相同的。
作为示例，所述上筒体101和所述下筒体102的组成材料包含石墨。石墨具有耐高温、导热性能强、抗腐蚀性能好及使用寿命长等特点，是一种理想的用于高温炉体的部件材料。在本发明的其他实施例中，所述组成材料还包括碳化硅、陶瓷或石英等其他耐高温材料。
作为示例，如图1至图3所示，在所述上筒体101外壁的顶部两侧的相对位置还设有一对挂钩结构101a。所述挂钩结构101a可以用来连接升降导杆，所述升降导杆可以通过所述挂钩结构101a固定所述分体式导流筒10并控制所述分体式导流筒10升降，调节所述分体式导流筒10在炉体内的相对位置。
作为示例，所述下筒体102的下底面包含平面。如图7所示，是采用下底面为平面结构的所述分体式导流筒10在单晶生长时的示意图。在生长用于外延衬底片的单晶硅时，一般要求加强单晶生长界面附近的散热，因此将所述下筒体102的下底面设计为平面结构，以利于对流散热。在图7中，从上方通入的氩气气流在所述分体式导流筒10的引导下向下方流动，而从坩埚001中的物料液面处会由于加热产生向上的热对流，两者在晶锭002的生长界面附近相遇，并向所述分体式导流筒10的外围扩散，即所述氩气气流会带走从物料液面处对流的部分热量。当所述下筒体102的下底面设计为平面结构时，所述氩气气流更容易从所述下筒体102的下底面扩散到所述分体式导流筒10的外围，加强了热场的散热，进而提高了生长界面附近的温度梯度，以利于用于外延衬底片的单晶硅的生长。
实施例二
如图8和图9所示，本实施例所提供的分体式导流筒20由上筒体201和下筒体202共同构成，所述下筒体202的顶部通过旋转脱扣结构204连接于所述上筒体201的底部。上通孔203a和下通孔203b相连通并一同构成导流通孔203。本实施例中的方案与实施例一的不同之处在于，所述下筒体202的下底面上形成有具有储热作用的凹槽202a。所述凹槽202包含环状凹槽结构，且所述环状凹槽结构的圆心位于所述导流通孔203的轴线上。图8是所述分体式导流筒20的横截面示意图，图9是其仰视图。
如图10所示，是采用下底面上形成有凹槽202a的所述分体式导流筒10在单晶生长时的示意图。在生长用于抛光片的单晶硅时，需要减少单晶生长界面附近的散热，因此在所述下筒体202的下底面上形成有凹槽202a，通过凹槽结构进行储热，从而减少散热。在图10中，从上方通入的氩气气流在所述分体式导流筒20的引导下向下方流动，而从坩埚001中的物料液面处会由于加热产生向上的热对流，两者在晶锭002的生长界面附近相遇，并沿着所述分体式导流筒20的底部向外围扩散，即所述氩气气流会带走从物料液面处对流的部分热量，而通过在所述下筒体202的下底面上形成有凹槽202a，则气流在通过所述凹槽202a会有部分热量停留并储存于所述凹槽202a中，这就减少了整个系统的散热，使晶体生长界面附近可以保留更多热量，以利于用于抛光片的单晶硅生长。在本实施例中，所述凹槽202a包含一圈环状凹槽结构，在本发明的其他实施例中，所述凹槽202a还可以采用多圈具有相同圆心的环状凹槽结构，或者采用以其他任何可能的几何图案排布在所述下筒体202的下底面上的凹槽结构。
实施例三
作为示例，所述下筒体为多个，分别具有不同的下底面构造，且可选地与所述上筒体的底部连接。在实际生产过程中，可能会出现根据不同的晶体生长需求，更换具有不同下底面结构的导流筒。本实施例所实施的方案与实施例一及实施例二的不同之处在于，在一套本发明所述的分体式导流筒中，一个上筒体对应设置多个下筒体，所述下筒体根据拉晶炉所要生长的不同类型的单晶对应设置。例如，用于外延衬底片的单晶硅的生长对应设置如实施例一中所述的下底面为平面结构的下筒体，用于抛光片的单晶硅的生长对应设置如实施例二中所述的底面具有环状凹槽结构的下筒体。在所述拉晶炉生长不同类型的单晶时，针对性地通过拆卸方式更换对应的下筒体；设置多个同一类下筒体，在所述下筒体上所沾污的物料达到一定程度后，也可以及时更换所述下筒体。本实施例不但减少了筒体更换的部件成本和维护时间，也减少了更换后对筒体进行烘烤等复机措施所耗费的时间。
实施例四
如图11至图12所示，是本实施例所提供的一种分体式导流筒30，其中，图11是本实施例所提供的一种分体式导流筒30的横截面示意图，图12是图11中AA’处的截面示意图。本实施例和实施例一的不同之处在于，所述分体式导流筒30采用销接方式进行连接，下筒体302的顶部通过销接结构305连接上筒体301的底部。具体地，所述上筒体301的底部嵌套于下筒体302的顶部外围，所述销接结构305设有多个销孔，贯穿所述上筒体301和所述下筒体302。圆柱销305a插设于销孔中，并固定上筒体301和下筒体302。如图12所示，本实施例中共成对设置了2个圆柱销305a。当然，在本发明的其他实施方案中，所述圆柱销305a的数量及布局可以根据实际需要灵活变更。如图13至图14所示，是本实施例中上筒体301和下筒体302的销接过程。在图13中，所述下筒体302的顶部设置有若干个盲孔305b，所述上筒体301的底部设置有若干个与所述盲孔305b的数量及位置对应的通孔305c，且所述上筒体301的底部可以紧密嵌套于所述下筒体302的顶部外侧。在图14中，所述上筒体301的底部嵌套于所述下筒体302的顶部，且所述盲孔305b连通所述通孔305c，并共同形成销孔。在所述销孔中插入所述圆柱销305a，以形成稳固的销接结构305，如图11所示。需要指出的是，本实施例中，所述下筒体302的顶部设置的是所述盲孔305b，在本发明的其他实施案例中，也可以改为通孔，这并不影响所述销接结构305的实施。
实施例五
如图15至图16所示，是本实施例所提供的一种分体式导流筒40，其中，图15是本实施例所提供的一种分体式导流筒40的横截面示意图，图16是图15中AA’处的截面示意图。本实施例和实施例一的不同之处在于，所述分体式导流筒40采用销接方式进行连接，下筒体402的顶部通过销接结构405连接上筒体401的底部；而与实施例四的不同之处在于，本实施例中，所述下筒体402的顶部嵌套于所述上筒体401的底部外围。所述销接结构405设有多个销孔，贯穿所述上筒体401和所述下筒体402。圆柱销405a插设于销孔中，并固定上筒体401和下筒体402。如图12所示，本实施例中共成对设置了2个圆柱销405a。当然，在本发明的其他实施方案中，所述圆柱销405a的数量及布局可以根据实际需要灵活变更。如图17至图18所示，是本实施例中上筒体401和下筒体402的销接过程。在图17中，所述下筒体402的顶部设置有若干个通孔405c，所述上筒体401的底部设置有若干个与所述通孔405c的数量及位置对应的盲孔405b，且所述下筒体402的顶部可以紧密嵌套于所述上筒体401的底部外侧。在图18中，所述上筒体401的底部嵌套于所述下筒体402的顶部，且所述盲孔405b连通所述通孔405c，并共同形成销孔。在所述销孔中插入所述圆柱销405a，以形成稳固的销接结构405，如图15所示。需要指出的是，本实施例中，所述上筒体401的底部设置的是所述盲孔305b，在本发明的其他实施案例中，也可以改为通孔，这并不影响所述销接结构305的实施。
综上所述，本发明提供了一种分体式导流筒，包括：上筒体，包含导通所述上筒体的顶部和底部的上通孔；下筒体，包含导通所述下筒体的顶部和底部的下通孔，所述下筒体的顶部可拆卸式连接于所述上筒体的底部，使所述上通孔和所述下通孔相连通并一同构成导流通孔。本发明所提供的分体式导流筒，通过引入可拆卸连接的上筒体和下筒体，针对不同类型的半导体单晶更换不同结构的下筒体；当下筒体出现物料沾污时，只需要更换下筒体，减少了维护成本和时间，避免了因频繁更换整个导流筒而降低设备产能的问题。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
