本申請涉及單晶硅制備，特別是涉及單晶爐及單晶硅制備方法。

背景技術：

1、隨著單晶硅制備技術的發(fā)展，基于坩堝與晶體雙旋轉的氧含量及雜質控制技術成為主流。該技術通過調節(jié)坩堝轉速和晶棒提拉速度，利用機械對流抑制雜質聚集并調控氧分布。在拉晶過程中，硅熔液因垂直方向與徑向溫度梯度產生自然對流，而坩堝旋轉進一步引入機械對流。兩者的疊加效應加劇熔體流動紊亂，導致氧元素和雜質向晶棒-熔液界面富集，進而影響晶棒純度及氧含量均勻性。

2、相關技術中，行業(yè)普遍采用優(yōu)化堝轉參數平衡引放成活率與晶棒品質的策略：低堝轉雖可減弱機械對流、降低氧滲透，但會因熔體溫度場不均勻導致引晶階段結晶穩(wěn)定性差；高堝轉雖通過增強機械對流改善熔體熱均勻性、提升引放成活率，卻加劇氧與雜質的輸運，損害晶棒品質。因此，現(xiàn)有工藝難以同時實現(xiàn)高效率與高質量生產。此外，傳統(tǒng)導流筒采用光滑內壁及短插齒設計，雖可通過增強散熱提升拉速，但無法抑制熔體對流，對氧含量控制無顯著作用，且氬氣氣流路徑單一，未能充分利用其對流場調控及雜質攜帶潛力。

3、綜上，當前單晶硅制備存在的晶棒品質低、引放成活率低、制備速率慢等問題。

技術實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對當前單晶硅制備存在的晶棒品質低、引放成活率低、制備速率慢等問題，提供一種單晶爐及單晶硅制備方法。

2、一種單晶爐，包括：

3、導流筒，包括外殼和升降驅動機構；所述外殼包括具有入口的容納腔，所述入口用以向容納腔內通入氣流；

4、渦扇內襯，可旋轉地設置于所述容納腔內，與所述升降驅動機構連接；

5、軸承，設置于所述導流筒底部，與所述渦扇內襯底部連接；

6、攪拌組件，固定連接于所述渦扇內襯底部；

7、其中，所述升降驅動機構驅動所述渦扇內襯及攪拌組件同步升降，氣流驅動所述渦扇內襯及攪拌組件同步旋轉。

8、在其中的一個實施例中，所述渦扇內襯的頂端連接于所述外殼頂部；所述攪拌組件沿所述渦扇內襯的軸向向下延伸。

9、在其中的一個實施例中，所述攪拌組件包括多個陣列分布的插齒，相鄰所述插齒之間存在間距；所述插齒為扁平條狀結構，其末端呈長方形。

10、在其中的一個實施例中，所述渦扇內襯內壁表面設有多組傾斜設置的扇葉，所述扇葉突出所述渦扇內襯內壁的高度大于所述渦扇內襯內壁的壁厚；所述扇葉表面與所述渦扇內襯內壁的夾角為銳角。

11、在其中的一個實施例中，所述軸承為陶瓷推力球軸承，其外圈固定于所述外殼底部，內圈與所述渦扇內襯法蘭連接。

12、在其中的一個實施例中，所述外殼頂部的內壁設有環(huán)形卡槽，所述渦扇內襯的頂端嵌設于所述環(huán)形卡槽。

13、在其中的一個實施例中，所述外殼內壁設有導流結構，所述導流結構為螺旋導流槽，沿所述外殼內壁軸向延伸。

14、上述單晶爐，通過氣流驅動渦扇內襯與攪拌組件的反向旋轉，抵消坩堝旋轉引發(fā)的機械對流疊加效應，減少氧和雜質的富集，提高晶棒的純度及均勻性，以及提高單晶的生長速率，提高制備效率。

15、根據本發(fā)明的另一目的，還提供一種單晶硅制備方法，應用于如上所述的單晶爐，包括：

16、調節(jié)氣流驅動攪拌組件旋轉，并控制升降驅動機構調節(jié)所述攪拌組件插入熔硅的深度；

17、分階段協(xié)同調控堝轉速度、氣流流量及爐壓；

18、其中，分階段協(xié)同調控至少包括調溫階段、引晶階段、放肩階段和等徑階段。

19、在其中的一個實施例中，在所述分階段協(xié)同調控的步驟中，包括：

20、所述堝轉速度在調溫階段至放肩階段遞增，在等徑階段遞減；

21、所述氣流流量在調溫階段至放肩階段遞減，在等徑階段遞增；

22、所述爐壓在調溫階段至放肩階段遞增，在等徑階段遞減。

23、在其中的一個實施例中，在所述分階段協(xié)同調控的步驟中，包括：所述堝轉速度為12rpm-14rpm；所述氣流流量為150slpm-180slpm；所述爐壓為5torr-7torr。

24、上述單晶硅制備方法，通過渦扇內襯及攪拌組件的反向旋轉，減少氧和雜質的富集，提高引晶成活率和單晶質量，以及通過調溫、引晶、放肩、等徑階段的協(xié)同調控，減少對流，降低晶體缺陷率。

技術特征：

1.一種單晶爐，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的單晶爐，其特征在于，所述渦扇內襯(20)的頂端連接于所述外殼(100)頂部；所述攪拌組件(40)沿所述渦扇內襯(20)的軸向向下延伸。

3.根據權利要求2所述的單晶爐，其特征在于，所述攪拌組件(40)包括多個陣列分布的插齒(400)，相鄰所述插齒(400)之間存在間距；所述插齒(400)為扁平條狀結構，其末端呈長方形。

4.根據權利要求2所述的單晶爐，其特征在于，所述渦扇內襯(20)內壁設有多組傾斜設置的扇葉(200)，所述扇葉(200)突出所述渦扇內襯(20)內壁的高度大于所述渦扇內襯(20)內壁的壁厚；所述扇葉(200)表面與所述渦扇內襯(20)內壁的夾角為銳角。

5.根據權利要求2-4任一項所述的單晶爐，其特征在于，所述軸承(30)為陶瓷推力球軸承，其外圈固定于所述外殼(100)底部，內圈與所述渦扇內襯(20)法蘭連接。

6.根據權利要求2-4任一項所述的單晶爐，其特征在于，所述外殼(100)頂部的內壁設有環(huán)形卡槽，所述渦扇內襯(20)的頂端嵌設于所述環(huán)形卡槽。

7.根據權利要求2-4任一項所述的單晶爐，其特征在于，所述外殼(100)內壁設有導流結構(110)，所述導流結構(110)為螺旋導流槽，沿所述外殼(100)內壁軸向延伸。

8.一種單晶硅制備方法，其特征在于，應用于如權利要求1-7任一項所述的單晶爐，包括：

9.根據權利要求8所述的單晶硅制備方法，其特征在于，在所述分階段協(xié)同調控的步驟中，包括：

10.根據權利要求9所述的單晶硅制備方法，其特征在于，在所述分階段協(xié)同調控的步驟中，包括：所述堝轉速度為12rpm-14rpm；所述氣流流量為150slpm-180slpm；所述爐壓為5torr-7torr。

技術總結
本申請涉及一種單晶爐及單晶硅制備方法，單晶爐包括：導流筒，包括外殼和升降驅動機構；所述外殼包括具有入口的容納腔，所述入口用以向容納腔內通入氣流；渦扇內襯，可旋轉地設置于所述容納腔內，與所述升降驅動機構連接；軸承，設置于所述導流筒底部，與所述渦扇內襯底部連接；攪拌組件，固定連接于所述渦扇內襯底部；其中，所述升降驅動機構驅動所述渦扇內襯及攪拌組件同步升降，氣流驅動所述渦扇內襯及攪拌組件同步旋轉。通過氣流驅動渦扇內襯與攪拌組件的反向旋轉，抵消坩堝旋轉引發(fā)的機械對流疊加效應，減少氧和雜質的富集，提高晶棒的純度及均勻性，以及提高單晶的生長速率，提高制備效率。

技術研發(fā)人員：趙玉智,歐子楊,陳占倉
受保護的技術使用者：青海晶科能源有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/4/28