直拉单晶炉热系统的安装与要求

1.热系统的组成 热系统由加热器、保温罩、托碗、电极等部件组成。图6-26示出直拉单晶炉热系统。

（1）加热器。它是热系统中最重要的部件，是直接发热体，温度最高时达到1600℃以上。加热器的形状为直筒形，直筒由两个半圆筒组装而成。半圆筒四周开有不到头的纵向长条缝，形成串联电阻，两组并联后形成串并联回路。加热器材料为高纯石墨，采用“等静压成型法”制作而成。图6-27所示为石墨加热器。

石墨加热器底部有两条脚，脚上有孔，是与石墨电极连接用的。从图6-28所示倒立的石墨加热器中可看到脚上的孔。

（2）保温罩。它由保温上、下盖，保温碳毡，上保温筒，下保温筒等组成（见图6-26）。保温上、下盖是由环状石墨板之间夹一层石墨毡组成，内径大小与导流筒上端外径相同；下保温筒、下保温碳毡组成了托碗的底部保温系统，对埚底保温，减少热量损失。保温材料还有碳-碳复合材料，耐高温，不产生纤维、强度大、重量轻、安装方便。

图6-26 直拉单晶炉热系统

图6-27 石墨加热器

图6-28 倒立的石墨加热器(www.xing528.com)

（3）托碗。它是用来盛装坩埚的，必须具有一定的强度。它的内径应与坩埚外径相配合。硅料熔化完以后，坩埚的高度应高于托碗10～20mm。如果坩埚低于托碗，容易造成掉渣，影响成晶率。托碗分为托碗上体与托碗下体，上体有单瓣、双瓣、三瓣之分。托碗由托座和托杆支撑，托杆可升降及旋转，从而带动坩埚升降及旋转。托碗用高纯石墨制成。

（4）电极。电极对加热器供电，且是加热器的载体，厚重结实。它与加热器及金属电极相接触，接触面要光滑、平整，通电时不打火。电极用高纯石墨制成。

热系统大部分零部件材质都是高纯石墨，要求石墨结构均匀致密、坚固耐用，变形小，无空洞，气孔率≤24%，无裂纹，弯曲强度40～60MPa，颗粒度0.02～0.05mm，密度1.70～1.80g/cm³，灰分≤1×10^-4（100ppm），金属杂质含量少，一般检测值在10^-4%～10^-6%数量级。

2.热系统安装要点 工作中热系统会经常拆、装，因此要熟知热系统安装要求及安装步骤。热系统安装要求是同轴度高，安装应由下到上、由里到外进行。保证同轴度首先要确定安装基准，安装基准是坩埚轴，坩埚轴（图中未画出）安装在托杆中间。要保证以下三个部件与坩埚轴的同轴度，其顺序如下：

（1）托碗与坩埚轴同轴度。先将托杆稳定地装在坩埚轴上，人工转动坩埚轴，用钢尺测量并调整托杆偏摆度，四周间隙均匀后，安装托碗座和托碗，最终保证托碗与坩埚轴同轴度<1.0mm。这一步很重要，因为后面的安装均以托碗为基准。

（2）加热器与托碗同轴度。装上加热器，加热器与托碗等高，转动托碗，测量并调整四周间隙，合格后拧紧加热器连接螺栓。拧紧螺栓时不可太用力，因为加热器是石墨件，防止其断裂。

（3）保温罩与加热器同轴度。调整保温罩位置，使保温罩内壁和加热器外壁四周间隙一致，注意对准取光孔和测温孔位置。

每次拆炉都要例行检查同轴度。

新的热系统必须要在真空下煅烧10h；接着在减压状态下煅烧10h，方能投入使用。以后每拉晶5～8炉后要煅烧一次。煅烧功率以不同热场而定，一般与熔料温度一致或稍高一点。如果热场较大，氩气流量比较大，炉膛内壁比较干净，可以缩短煅烧时间。