直拉式单晶炉测温方案知识讲解
直拉单晶炉及热系统6
直拉单晶炉及热系统6直拉单晶炉及热系统6单晶炉是一种用于生产单晶体的设备，广泛应用于半导体、光电、陶瓷、能源等领域。
单晶炉主要由炉体和热系统组成，热系统起到加热和保持恒定温度的作用。
本文将介绍直拉单晶炉及其热系统的工作原理和结构设计。
直拉单晶炉是目前最常用的单晶制备设备之一，其工作原理是将高纯度的溶料（常为氧化物）加热到熔点，并通过固液相平衡使其形成单晶体。
直拉单晶炉采用纺锤形炉体设计，其主要结构包括炉体、炉心、加热元件和升降机构。
炉体是直拉单晶炉的主要组成部分，用于承载其他部件和保持恒定的温度。
炉体一般由石墨等高温材料制成，具有良好的耐高温和导热性能。
炉体内部设置有炉心，用于收集和凝固溶液，并保持合适的形状和尺寸。
炉心通常由多孔陶瓷材料制成，具有良好的热传导性和稳定性。
加热元件是直拉单晶炉的核心组件，用于提供所需的热量。
常用的加热元件包括电阻丝、功率可调电源和热交换器。
电阻丝通常由钨或钼等高温材料制成，具有较高的电阻率和热稳定性，能够提供稳定的加热功率。
功率可调电源用于调节电阻丝的加热功率，以控制溶液的温度。
热交换器用于冷却炉体，防止过热和损坏。
升降机构是直拉单晶炉的重要组成部分，用于控制和调节炉心的高度。
升降机构通常由电机、滑轨和导轨组成，能够实现炉心的平稳上升和下降。
通过调节升降机构，可以精确地控制单晶体的生长速度和形状。
热系统是直拉单晶炉的重要组成部分，主要包括加热、冷却和温度控制系统。
加热系统用于提供所需的热量，通常由加热元件和功率可调电源组成。
冷却系统用于冷却炉体和保持恒定温度，通常由热交换器和冷却剂组成。
温度控制系统用于监测和调节炉体的温度，通常由温度传感器和温度控制器组成。
在直拉单晶炉的工作过程中，首先将溶料加入炉心中，并通过热交换器和加热元件加热到熔点。
然后通过调节功率可调电源和升降机构，控制炉心的高度和下降速度，使溶液逐渐凝固形成单晶体。
同时，通过温度传感器和温度控制器监测和调节炉体的温度，保持恒定的温度。
6.直拉单晶炉及热系统
热系统的安装与对中
热系统，特别是新系统在安装前，应仔细擦抹干净，去除表面的 浮尘，检查各部件质量，整个炉室也必须清擦干净，安装顺序一 般是由下而上，由内到外。在整个安装过程中，要求热系统对中 良好。具体对中顺序如下： 1）托杆对中，先将托杆稳定地安装在下轴上，如紧上螺丝后， 托杆还有晃动，需修磨托杆下面锥面，使托杆与下轴可以紧密配 合安装。打开埚转，测量托杆是否对中良好。 2）加热器与石墨坩埚对中，打开埚转，对平口（将石墨坩埚上 沿与加热器上沿处于同一平面），调整加热器位置，与石墨坩埚 对中，保证石墨坩埚与加热器之间的间隙四周都一致。最后紧电 极螺丝，固定好加热器。 3）保温罩与加热器对中，调整保温筒位置，做到保温筒内壁和 加热器外壁之间间隙四周都一致，注意可径向移动，不可转动， 否则取光孔和测温孔对不上。 4）保证炉底护盘与电极之间间隙前后一致，否则可能造成打火。 每次拆装炉时，都需检查同心度，这样既可保证热场的对称性， 又能避免短路打火。
3、真空系统
真空系统主要分两部分：主炉室真空系统和副炉室 真空系统。 主炉室真空系统主要包括主真空泵、电磁截至阀、除尘 罐、安全阀、真空计、真空管道及控制系统等。其中除 尘罐对排气中的粉尘起到过滤作用，以便保护真空泵， 除尘罐内的过滤网要定期清理，使排气畅通，否则影响 成晶，另外要定期更换泵油。 副炉室真空系统除了无除尘罐外，与主炉室真空系统相 似。主要是在拉晶过程中需要关闭主、副炉室之间的翻 板阀取晶体或提渣时，必须用副炉室真空系统来对副炉 室进行抽真空。 拉晶过程中必要时应进行真空检漏。冷炉极限真空应达 到3Pa以下，单晶炉泄露率应该低于3Pa/10min。 3Pa以下，单晶炉泄露率应该低于3Pa/10min。
1、水冷系统
水冷系统包括总进水管道、分水器、各路冷却水 管道以及回水管道。由循环水系统来保证水循环 正常运行。 水冷系统的正常运行非常重要，必须随时保持各 部位冷却水路畅通，不得堵塞或停水，轻者会影 响成晶率，严重会烧坏炉体部件，造成巨大损失。
直拉单晶炉热系统
直拉单晶炉热系统单晶炉是一种用于制备单晶材料的设备，它的热系统是整个设备的核心组成部分。
热系统主要由加热元件、温度控制系统和气体流动系统组成。
本文将对单晶炉的热系统进行详细介绍。
首先，加热元件是单晶炉热系统的重要组成部分。
单晶炉加热元件通常采用的是电阻丝或者是电磁线圈。
其中，电阻丝是通过通电使其发热，从而对单晶炉进行加热。
这种加热方式相对简单，但是能耗较高。
而电磁线圈则是通过交变电磁场的感应效应对单晶炉进行加热，这种加热方式能耗较低，且对单晶炉中的单晶材料质量影响较小。
其次，温度控制系统是单晶炉热系统的重要组成部分。
温度控制系统主要包括温度传感器、温度调节器和温度控制器。
温度传感器用于感知单晶炉中的温度变化，常见的传感器有热电偶、热电阻等。
温度传感器将感知到的温度信号传输给温度调节器，温度调节器根据预设的温度范围进行温度调节，通过控制加热元件的功率大小来实现对单晶炉温度的控制。
温度控制器则是对温度传感器和温度调节器进行整合和控制的设备。
最后，气体流动系统是单晶炉热系统的另一个重要组成部分。
单晶炉中的单晶生长过程通常需要在特定的气氛环境下进行，因此需要通过气体流动系统来控制单晶炉内的气氛。
气体流动系统通常由气源、气体槽和气体调节装置组成。
气体源可以是气瓶或者气体发生器，气体槽用于储存气体，气体调节装置则用于调节气体的流量以及气体的组成。
综上所述，单晶炉的热系统是单晶炉设备中至关重要的组成部分。
加热元件、温度控制系统和气体流动系统是构成热系统的三个主要组成部分。
通过合理地设计和控制热系统，可以确保单晶炉能够提供稳定的温度和气氛环境，从而实现高质量的单晶材料的生长。
直拉单晶炉 热系统
主讲教师：裴迪 石油化工学院
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直拉单晶炉的热系统
直拉单晶炉的热系统是指为了熔化硅料，
并保持在一定温度下进行单晶生长的整个
系统，它包括：加热器、保温罩、保温盖、
托碗（石墨坩埚）、电极等部件。它们是
由耐高温的高纯石墨和碳毡材料加工而成
的。
加热系统长期使用在高温下，所以要求石
墨材质结构均匀致密、坚固、耐用，变形
以后，石英坩埚的高度应该高于石墨托碗的 高度（10~20mm），如果石英坩埚低于石墨 托碗，容易造成掉渣影响成晶率。
托杆以及托座共同组成了托碗的支撑体，
要求和下轴结合牢固，对中性良好，在下轴
转动时，托杆及托座偏摆度≤0.5mm，托座可
以用一个或者两个以上的部件组成，部件数
的增减可以调节托碗支撑体的高度，以保证
熔料时有合适的低埚位，拉晶时，有足够的
埚升随动行程。
保温罩
由保温罩内筒、外筒、面板及支撑环（托盘）
组成，内、外筒之间整齐地包裹着石墨毡。托盘
放置应平稳，不得径向窜动，也不得转动，同时
保证保温罩内壁、外壁垂直并对中。
保温盖
一般由两层环状
石墨板之间夹一层石
墨毡组成，内径的大
小与加热器内径相同， 平稳地放在保温罩面 板上。
加热器是热系统中最重要的部件，是直接的发
热体，温度最高时达到1600 ℃以上，采用“等 静压成型法”（CIP）生产的高纯石墨加工制作， 形状为直筒式，每个半圆筒各为一组，纵向开缝
分瓣，形成串联电阻；两组并联后形成串并联回
路。
两组加在一起的总瓣数为4的整倍数，常用的有
16、20、24或28瓣等。
小，无空洞，气孔率≤24%，无裂纹，弯曲
炉温测试知识点总结
炉温测试知识点总结一、炉温测试的基本原理1.1 热力学基础知识炉温测试是基于热力学原理进行的，需要对热力学基础知识有一定的了解。
热力学是研究热量、温度、压力等热现象的科学，其中包括了热平衡、热力学循环、热传导、热辐射等基本概念。
热力学基础知识对于理解炉温测试原理和方法具有重要的指导作用。
1.2 热工参数的测量炉温测试是对炉内温度进行测量和监控，需要了解热工参数的测量方法。
常见的热工参数包括温度、热量、热功率等，其测量方法有接触式测量和非接触式测量两种。
接触式测量包括热电偶、热电阻、红外测温仪等方式，非接触式测量包括红外测温、激光测温、红外线摄像等技术。
1.3 测温技术的发展随着科学技术的不断发展，炉温测试的测温技术也在不断更新和优化。
热电偶、红外测温仪、激光测温仪等传统测温技术正在逐渐被数字式红外测温仪、红外测温摄像等新型技术所取代。
了解测温技术的发展趋势和特点，有助于选择合适的测温仪器和方法进行炉温测试。
1.4 炉温测试的数据分析炉温测试获取的数据需要进行进一步的分析和处理，以得出准确的炉温信息。
数据分析的方法包括统计分析、动态分析、时序分析等，通常需要借助计算机软件进行数据处理。
熟练掌握数据分析方法，可以提高炉温测试的准确性和可靠性。
二、炉温测试的测量仪器2.1 热电偶热电偶是最常用的炉温测试仪器之一，具有响应速度快、测量范围广、价格低廉等优点。
常见的热电偶有K型、J型、T型等多种型号，适用于不同温度范围的炉温测试。
熟练掌握热电偶的选择、安装和使用方法，是进行炉温测试的基本技能之一。
2.2 热电阻热电阻是另一种常见的炉温测试仪器，具有精度高、稳定性好等优点。
常见的热电阻有铂铑热电阻、镍铬镍硅热电阻等多种型号，适用于高温、精密炉温测试。
热电阻的选择和校准方法对于确保测量准确性至关重要。
2.3 红外测温仪红外测温仪是一种非接触式测温仪器，具有测量速度快、使用便捷等优点。
红外测温仪适用于各种炉内温度测量，特别是对于温度较高、不易接触的材料进行测量。
6直拉单晶炉及热系统
6直拉单晶炉及热系统直拉单晶炉及热系统是一种用于生产单晶材料的设备，它具有高温加热、单晶生长和热管冷却三个功能。
下面将详细介绍直拉单晶炉及热系统的工作原理和结构。
直拉单晶炉及热系统的工作原理是通过高温加热使原料溶解，然后通过单晶生长的方式逐渐冷却，最后形成一块完整的单晶材料。
整个过程需要精确控制温度、压力和速度等参数。
直拉单晶炉及热系统的主要结构包括炉体、加热设备、单晶生长设备和热管冷却设备等。
炉体是直拉单晶炉及热系统的基础部分，它由炉膛、炉管和炉盖等组成。
炉膛是用于容纳原料的部分，通常是一个圆柱形的容器，可以承受高温和高压。
炉管是连接炉膛和单晶生长设备的通道，它负责将原料输送到单晶生长区域。
炉盖则是覆盖在炉膛上的部分，主要用于调节炉内的压力和加热设备的接入口。
加热设备是直拉单晶炉及热系统的核心部分，它负责将炉膛中的原料加热到需要的温度。
常见的加热设备包括电阻加热、电子束加热和感应加热等。
电阻加热是通过将电流通过炉体内的电阻丝使之发热，从而加热炉膛。
电子束加热是利用高速电子束撞击原料的表面，将其加热至高温。
感应加热是通过电磁感应原理使炉膛中的原料发热，从而提高温度。
单晶生长设备是直拉单晶炉及热系统的关键部分，它负责将加热后的原料逐渐冷却形成单晶材料。
单晶生长设备通常由单晶生长炉、拉伸装置和控制系统组成。
单晶生长炉是用于控制温度和压力的设备，通常由石墨制成，具有很好的导热性和化学稳定性。
拉伸装置则是用于拉伸形成的单晶材料，使其保持一定的形状和尺寸。
控制系统则是用于监测和调节单晶生长过程中的温度、压力和速度等参数，保证单晶材料的质量。
热管冷却设备是直拉单晶炉及热系统的辅助部分，它负责冷却单晶生长设备和炉体。
热管冷却设备由热管、冷却介质和冷却系统组成。
热管是一种基于液-气相变原理的传热装置，具有高热传导性和低温度梯度的特点。
冷却介质通常是水或空气，通过与热管接触，将其中的热量带走。
冷却系统则是用于调节冷却介质的温度和流量等参数，保证热管冷却设备的正常工作。
单晶炉温度控制系统解读
辽宁工业大学微型计算机控制技术课程设计（论文）题目：单晶炉温度控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：自动化093学号： 090302084学生姓名：宋进帅指导教师：（签字）起止时间：辽宁工业大学课程设计说明书（论文）课程设计（论文）报告的内容及其文本格式1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：①封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、、起止时间等）②设计(论文)任务及评语③中文摘要（黑体小二，居中，不少于200字）④目录⑤正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等）⑥参考文献2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数。
3、封面格式4、设计（论文）任务及评语格式5、目录格式①标题“目录”（小二号、黑体、居中）②章标题（四号字、黑体、居左）③节标题（小四号字、宋体）④页码（小四号字、宋体、居右）6、正文格式①页边距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订；②字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级标题，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体；③行距：20磅行距；④页码：底部居中，五号、黑体；7、参考文献格式①标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。
②示例：（五号宋体）期刊类：[序号]作者1,作者2,……作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次.图书类：[序号]作者1,作者2,……作者n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次.课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化Array注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要单晶炉是以直拉法从熔化的多晶硅熔液中生长硅单晶的电子专用设备。
而等径控制是单晶炉自动控制的核心。
单晶直径在生长过程中可受到温度、提拉速度与转速、坩埚跟踪速度与转速、保护气体的流速与温度等因素的影响。
直拉硅单晶工艺简介讲课讲稿
单台炉局部断电
一、电源柜断电 现象：加热器没有功率（其他如氩气、埚转、晶转等正常） 处理方法：
1、将电源柜上控 调为内控
2、启动运行按钮
3、调节功率旋钮
1、通知当班电工检修。 2、若内控也无法启动加热器迅速通知当班 电工检修。若短时间无法修复，告知操作工 停炉。
直拉硅单晶工艺简介
等径
目的：保持设定的直径尺寸拉晶 • 转肩完成直径控制稳定后可进入等径状态，进入等径状态时，将
CCD监控摄像头调节到最佳状态及检查埚跟随动等各参数无误后投 入等径自动控制。 • 经常观察坩埚上升速度和晶升速度是否正确。埚升太快液面容易碰 到Байду номын сангаас流筒，晶升太快晶体容易变形。 • 拉晶过程中要求每隔15分钟对炉内巡视一次，确定有无异常，并每 一个小时做一次拉晶记录。
直拉硅单晶工艺简介
直拉硅单晶工艺简介
稳定
• 设定引晶所需温度及坩埚转速并进行稳定 • 根据光环情况确定温度稳定情况 • 反复几次试温找到最佳引颈温度并记录下来引颈功率等参数。
直拉硅单晶工艺简介
引晶
• 籽晶与熔体接触后，等1-2分钟有光环出现且棱线有逐渐变大趋势。其时温度 适合缩颈。
• 缩颈拉速最好控制在3-6mm/min之间，引颈直径控制在3mm左右，不宜过粗， 过细，尽量保持平滑。
单炉整体断电UPS供电
现象：1、报警灯闪烁与报警声。 2、加热器电源关闭。 3、操作界面显示正常 4、电源恢复后，报警停止。
处理方法：1、操作界面上的晶升，埚降。使晶棒脱离。 2、关闭氩气。保压 3、通知当班电工检修，若是总开关跳闸通知配电房 人员送闸，恢复供电。操作工恢复单晶炉的正常 操作。 4、无法短时间(30分钟）恢复供电，通知操作工停炉。
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德国生产，品质保证
多晶硅铸锭炉
1
德国生产，品质保证
多晶硅生产过程简介
1、装炉 将多晶硅料和掺杂剂放入炉内，给炉室抽真空并通氩气，保持气压为：400～
600mbar 2、加热熔化硅料
给炉室内的石墨加热器通电加热。先预热，使石英坩埚的温度达到1200～ 1300℃左右，保持4~5小时。然后逐渐增加加热功率，使石英坩埚内的温度达到 1500℃（大于硅熔点）左右，硅原料开始熔化。该时间约为9~11小时。 3、铸锭硅生长
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德国生产，品质保证
德国生产，品质保证
直拉式单晶硅炉热场示意图
1
德国生产，品质保证
直拉式单晶炉测温应用
1、硅液液面温度的测量 单晶硅是在热场中进行拉制的，热场的优劣对单晶硅
质量有很大影响。单晶硅生长过程中，好的热场，能生产 出高质量的单晶。不好的热场容易使单晶变成多晶，甚至 根本引不出单晶。有的热场虽然能生长单晶，但质量较差 ，有位错和其他结构缺陷。因此，配置最佳热场，对热场 的实时监测非常重要,特别是结晶处的硅液液面的温度监测 ，尤为重要。
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德国生产，品质保证
单晶炉多晶炉材料发射率
晶体：0.55 熔体：0.3 石英坩埚：0.5 石墨：0.8
培训专用
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把加热功率降低并关闭，并充入氩气，提升气压至大气压。让铸锭硅在炉内自然 冷却8～13个小时。方可打开炉室，取出铸锭硅块。
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德国生产，品质保证
多晶硅液面 测温方案 PYROSPOT DSR10N
坩埚加热器温度 测量方案 PYROSPOT DG40N
温度范围：700~1800℃ 光学镜头：可变焦距，带石英玻璃保护窗，最小测量 目标1.2mm 测量距离：距离250~4000mm, 光谱范围：0.7~1.1μm 测量精度：0.5%测量值 重复精度：0.2%测量值 响应时间：5ms，可调直10s 比色系数（双色）：0.800~1.200 可通过软件或测温仪 上的按钮调节 输出信号：0/4~20毫安,温度线性
使石英坩埚的温度降至1420～1440℃（硅熔点）左右，通过缓慢提升隔热系统 或缓慢降低坩埚的方法，使下部的液态硅温度降低首先凝固成晶体，并从下往上非 常缓慢地长晶。 4、退火处理
坩埚内的液态硅全部结晶成固态后，把炉温控制在稍比熔点低一些，并让硅锭整 体温度保持一致，退火处理3～4个小时，以消除硅锭内部的应力和裂纹，用一款短波双色测温仪（DSR10N ），短波选择非常适合液态硅料温 度测量，而双色设计可以克服炉内 热场变化的影响。光学测温探头封 装在紧凑型的机械外壳中，非常适 合应用于直拉式单晶炉副室安装。
PYROSPOT DSR10N
温度范围：700~1800℃ 光学镜头：可变焦距，带石英玻璃保护窗 ，最小测量目标1.2mm 测量距离：距离250~4000mm, 光谱范围：0.7~1.1μm 测量精度：0.5%测量值 重复精度：0.2%测量值 响应时间：5ms，可调直10s 比色系数（双色）：0.800~1.200 可通过软 件或测温仪上的按钮调节 输出信号：0/4~20毫安,温度线性
融化控制 系统
炉塔 拉杆
籽晶 硅棒结晶体
炉缸控制 系统
硅融体 炉缸
温度监测 系统
德国生产，品质保证
多晶硅铸锭炉
多晶硅由多晶硅铸锭炉生产出来。多晶硅的生产是把 高纯多晶硅装入到铸锭炉中，先熔化成液态，通过铸锭炉 的自动化的操作，使液态硅自下向上缓慢地重新结晶，生 成一块大晶粒的多单晶体的铸锭硅来。
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德国生产，品质保证
上海皇龙自动化工程有限公司
欢迎交流：邮箱mark_jm@
太阳能光伏产业红外测温仪应用
德国生产，品质保证
直拉式单晶炉
硅单晶是一种半导体材料。直拉式单晶炉是使用直拉方 法获得硅单晶的一种设备。
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德国生产，品质保证
直拉式单晶炉
• 直拉单晶炉型式尽管 不同，总的说来，主 要由炉体、电器部分 、热系统、水冷系统 、真空系统和氩气装 置五大部分组成。
温度范围：350~1800℃ 光学镜头：固定或可变焦距，最小测量目标1.2mm 光谱范围：1.5~1.8μm 测量精度：0.5%测量值 重复精度：0.1%测量值 响应时间：10ms，可调直10s 发射率：0.05~1. 00 输出信号：0/4~20毫安,温度线性
德国生产，品质保证
多晶硅炉基本构造（红外测温仪安装处）