一种炉室小型化的悬浮区熔单晶炉
技术领域
本实用新型属于悬浮区熔单晶炉技术领域，具体涉及一种炉室小型化的悬浮区熔单晶炉。
背景技术
悬浮区熔单晶炉用于悬浮区熔提纯与悬浮单晶生长的装置。主要用于区熔硅的提纯和单晶生长，已用于工业生产半导体材料。悬浮区熔单晶炉结构由两部分组成，即炉室和机械传动部分以及电气控制柜和高频发生器部分。炉室为一不锈钢水套式直立容器，可抽高真空或通入流动氩气。从炉室顶底端各插入上轴和下轴，上轴下端夹持一根多晶硅棒，下轴顶端夹持一籽晶。炉室中央装设一单匝高频加热线圈。上下轴可分别旋转和升降。电气控制柜上装有指示仪表、调速旋钮、按钮开关。柜内装有电机控制系统等。
这种单晶炉的缺点是对于较长的单晶棒的生产，必须使用相同长度的原料晶体棒，这导致设置原料晶体棒的炉室也比较高，且体积也比较大。这一方面导致了抽真空的难度或增加了惰性气体的使用量，使得工艺成本较高；另一方面使得悬浮区熔单晶炉整体较高、体积较大，占用过多的空间。
实用新型内容
针对上述现有用于生产较长单晶棒的悬浮区熔单晶炉由于炉室过大，导致生产成本较高、占用空间较大的问题。本实用新型提供一种炉室小型化的悬浮区熔单晶炉，其目的在于：通过分段提供原料晶体棒的方式，降低炉室的高度，从而有效降低悬浮区熔单晶炉整体的体积，从而降低生产成本和占用的空间。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种炉室小型化的悬浮区熔单晶炉，包括炉室，炉室顶部设置有上轴，上轴的末端设置有夹具，炉室底部设置有下轴，炉室中还设置有挂架，挂架一端连接有用于将挂架输送至上轴下方的伸缩轴，伸缩轴通过能够横向滑动的滑动机构与炉室的内壁连接。
采用该技术方案后，需要熔融的原料晶体棒可截断成较短长度的多根短棒，并将短棒密集挂在挂架上。进行单晶棒的生长时，先将挂架输送至上轴的下方，由位于上轴底部的夹具从挂架上夹取一根原料晶体棒，然后将挂架移开，进行单晶棒的生长。上轴夹取的原料晶体棒消耗完后，将挂架再次输送到上轴下方，先将上轴上剩余的无法再继续熔融的原料晶体棒残余部放回挂架，然后微调挂架的位置，用上轴底部的夹具夹取另一根原料晶体棒，移开挂架后在上一次生长的基础上继续进行单晶棒的生长。上述过程一直重复，直到所有的原料晶体棒熔融生长成一根单晶棒。由于将原料晶体棒截成了多根短棒，因而容纳原料晶体棒的炉室的高度可以设计得更低，从而达到了减小炉室的体积和使得悬浮区熔单晶炉小型化的目的。更小的炉室体积可以使得抽真空和填充惰性气体更加容易，从而降低了工艺的成本。悬浮区熔单晶炉小型化则有利于减小设备的占用空间。
优选的，夹具和伸缩轴连接有控制系统。控制系统用于从炉室外部控制夹具和伸缩轴的运行，实现夹取原料单晶棒的操作。
优选的，挂架上设置有多个等距排列的限位条，所述限位条向上弯曲。挂架悬挂原料晶体棒的方式可以有多种选择。该优选方案结构简单，为较优的选择。该优选方案的实施方法是，使得每一根原料晶体棒的直径略大于两根相邻限位条之间的距离，然后在原料晶体棒的顶端附近刻出凹槽，使得凹槽与两根相邻限位条匹配，这样可以通过凹槽与限位条的配合悬挂原料晶体棒。限位条向上弯曲的目的是阻挡原料晶体棒，避免原料晶体棒在晃动的作用下掉落。
优选的，下轴的顶部依次设置有角度调节台Ⅰ和角度调节台Ⅱ，角度调节台Ⅱ上部设置有籽晶夹具。角度调节台Ⅰ和角度调节台Ⅱ能够分别向两个不同的方向旋转，从而实现旋转籽晶夹具上固定的籽晶，调整籽晶朝向正上方的方向。籽晶朝向正上方的方向决定了单晶棒轴向的晶体取向，因而该优选方案可以用于生产不同取向的单晶棒。
进一步优选的，角度调节台Ⅰ和角度调节台Ⅱ的角度调节轴的方向互相垂直。该优选方案中，角度调节台Ⅰ和角度调节台Ⅱ的转动方向相互垂直，方便通过晶体学的方法计算对于目标取向的单晶棒需要将籽晶转动多少角度。
优选的，炉室底部设置有保温室，下轴设置在保温室中，保温室的侧壁设置有夹持装置。保温室用于减慢单晶棒的冷却速度，防止快速降温导致的单晶棒开裂。而对于长度较长的单晶棒，设置夹持装置固定单晶棒，避免在上轴更换夹取原料晶体棒的过程中单晶棒倾倒。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1.由于采用挂架悬挂原料晶体棒，将原料晶体棒截成了多根短棒，因而容纳原料晶体棒的炉室的高度可以设计得更低，从而达到了减小炉室的体积和使得悬浮区熔单晶炉小型化的目的。更小的炉室体积可以使得抽真空和填充惰性气体更加容易，从而降低了工艺的成本。悬浮区熔单晶炉小型化则有利于减小设备的占用空间。
2.通过两组传动机构，使得伸缩轴可以带动挂架在水平面内移动，并能够保证将挂架上的每一根原料晶体棒输送到上轴的正下方从而方便上轴夹取。
3.使得每一根原料晶体棒的直径略大于两根相邻限位条之间的距离，然后在原料晶体棒的顶端附近刻出凹槽，使得凹槽与两根相邻限位条匹配，这样可以通过凹槽与限位条的配合悬挂原料晶体棒。限位条向上弯曲的目的是阻挡原料晶体棒，避免原料晶体棒在晃动的作用下掉落。该挂架的结构简单，方便操作。
4.角度调节台Ⅰ和角度调节台Ⅱ能够分别向两个不同的方向旋转，从而实现旋转籽晶夹具上固定的籽晶，调整籽晶朝向正上方的方向。籽晶朝向正上方的方向决定了单晶棒轴向的晶体取向，因而设置角度调节台Ⅰ和角度调节台Ⅱ能够用于生产不同取向的单晶棒。
5.角度调节台Ⅰ和角度调节台Ⅱ的转动方向相互垂直，方便通过晶体学的方法计算对于目标取向的单晶棒需要将籽晶转动多少角度。
6.角度调节台Ⅰ和角度调节台Ⅱ的转动方向相互垂直，方便通过晶体学的方法计算对于目标取向的单晶棒需要将籽晶转动多少角度。
7.保温室用于减慢单晶棒的冷却速度，防止快速降温导致的单晶棒开裂。而对于长度较长的单晶棒，设置夹持装置固定单晶棒，避免在上轴更换夹取原料晶体棒的过程中单晶棒倾倒。
附图说明
本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本实用新型进行单晶棒生长时的结构示意图；
图2是本实用新型中的上轴夹取单晶棒时的结构示意图；
图3是本实用新型实施例2中挂架的俯视图；
图4是本实用新型实施例2中挂架的侧视图。
其中：1-炉室，2-上轴，3-原料晶体棒，4-晶体熔融区，5-加热线圈，6-单晶棒，7-籽晶，8-籽晶夹具，9-角度调节台Ⅱ，10-角度调节台Ⅰ，11-下轴，12-保温室，13-挂架，14-限位条，15-伸缩轴，16-夹持装置。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1至图4对本实用新型作详细说明。
实施例1
一种炉室小型化的悬浮区熔单晶炉，包括炉室1，炉室1顶部设置有上轴2，上轴2的末端设置有夹具，炉室1底部设置有下轴11，炉室1中还设置有挂架13，挂架13一端连接有用于将挂架13输送至上轴2下方的伸缩轴15，伸缩轴15通过能够横向滑动的滑动机构与炉室1的内壁连接。通过伸缩轴15的伸缩和滑动机构的滑动，使得挂架13可以在水平面内移动，从而保证能够将挂架13上的每一根原料晶体棒3输送到上轴2的正下方从而方便夹取。炉室1底部设置有保温室12，下轴11设置在保温室12中，保温室12的侧壁设置有夹持装置16。夹具和伸缩轴15连接有控制系统。控制系统用于从炉室1外部控制夹具和伸缩轴15的运行，实现夹取原料单晶棒3的操作。
该悬浮区熔单晶炉工作时，将需要熔融的原料晶体棒3截断成多根较短长度的短棒，并将短棒密集挂在挂架13上。进行单晶棒6的生长时，先将挂架13输送至上轴2的下方，由位于上轴2底部的夹具从挂架13上夹取一根原料晶体棒3，然后将挂架13移开，使得原料晶体棒3和籽晶7在加热线圈5中加热熔融，然后上轴2和下轴11向下运动，使得原料晶体棒3和单晶棒6之间的晶体熔融区4在原料晶体棒3上移动，从而进行单晶棒6的生长。上轴2夹取的原料晶体棒3消耗完后(即大部分熔融形成单晶棒6后)，升高上轴2使得剩余的不方便继续熔融的原料晶体棒6残余部离开晶体熔融区，然后将挂架13再次输送到上轴2下方，先将上轴2上剩余的无法再继续熔融的原料晶体棒6残余部放回挂架13，然后微调挂架13的位置，用上轴2底部的夹具夹取另一根原料晶体棒3，移开挂架13后在上一次生长的基础上继续进行单晶棒6的生长。上述过程一直重复，直到所有的原料晶体棒3熔融生长成一根单晶棒6。由于将原料晶体棒3截成了多根短棒，因而容纳原料晶体棒3的炉室1的高度可以设计得更低，从而达到了减小炉室1的体积和使得悬浮区熔单晶炉小型化的目的。
实施例2
在实施例1的基础上，挂架13上设置有多个等距排列的限位条14，所述限位条14向上弯曲。挂架13悬挂原料晶体棒3的方式可以有多种选择。本实施例方案结构简单，为较优的选择。其实施方法是，使得每一根原料晶体棒3的直径略大于两根相邻限位条14之间的距离，然后在原料晶体棒3的顶端附近刻出凹槽，使得凹槽与两根相邻限位条14匹配，这样可以通过凹槽与限位条14的配合悬挂原料晶体棒3。限位条3向上弯曲的目的是阻挡原料晶体棒3，避免原料晶体棒3在晃动的作用下掉落。
实施例3
在实施例1的基础上，下轴11的顶部依次设置有角度调节台Ⅰ10和角度调节台Ⅱ9，角度调节台Ⅱ9上部设置有籽晶夹具8。角度调节台Ⅰ10和角度调节台Ⅱ9能够分别向两个不同的方向旋转，从而实现旋转籽晶夹具8上固定的籽晶7，调整籽晶7朝向正上方的方向。籽晶7朝向正上方的方向决定了单晶棒6轴向的晶体取向，因而该优选方案可以用于生产不同取向的单晶棒6。角度调节台Ⅰ10和角度调节台Ⅱ9的角度调节轴的方向互相垂直。角度调节台Ⅰ10和角度调节台Ⅱ9的转动方向相互垂直，方便通过晶体学的方法计算对于目标取向的单晶棒6需要将籽晶7转动多少角度。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
