单晶炉--专业生产单晶炉水冷电缆及单晶炉配件
 
 
 
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单晶炉标准
双击自动滚屏 发布者:admin 发布时间:2010/3/14 16:42:49 阅读:342次 【字体:

 

单晶炉TDR系列直拉法单晶炉

1 范围

本标准规定了对TDR系列直拉法单晶炉(以下简称单晶炉)的各项要求,包括品种规格、技术要求、试验方法、检验规则及订购和供货等。

本标准适用于直拉法拉制半导体硅、锗等单晶的单晶炉。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。

GB 150- 1998 钢制压力容器

GB/T 2900.23-1995 Y术语Y业电热设备(negIEC60050-841:1983)

GB/T 10066.1-2004 电热设备的试验方法第1部分:通用部分(IEC60398:1999,MOD)

GB/T 10066.4-2004 电热设备的试验方法第4部分:间接电阻炉(IEC60397: 1994.NEQ)

GB/T 10067.1-1988 电热设备基本技术条件第一部分:通用部分

GB/T 10067.4-1988 电热设备基本技术条件第四部分:间接电阻炉

JB/T 9691-1999 电热设备产品型号编制方法

3 术语和定义

GB/T 2900.23-1995.GB/T10066.4-2004确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1

直拉法 czochralski method

直拉法又称引上法、切克劳斯基法,是生长单晶最常用的方法,即把高纯的多晶材料放在柑祸内并加热使之熔化,用固定在提拉轴_L的籽晶与熔融的材料相熔接,然后以一定的速度垂直向上提拉,晶体便在籽晶下端不断生长。

3.2

工作室尺寸 dimensions of working chamber

单晶炉设计时规定并在图样上标明的晶体生长室的空间尺寸,用其内径和高度表示。

3.3

熔料量 charge

单晶炉设计时规定的每炉次一次最大的装料量,不包括拉晶过程中添加的量。

3.4

晶体的等径部分isodiameter part of crystal

晶体拉制过程中,自转肩后从投人等径控制开始到等径控制结束的那一部分晶体

3.5

工作温度 working temperatuer

单晶炉设计时规定的多晶材料熔化及单晶从熔液中生长允许使用的温度范围。

3.6

最高加热温度 maximum heating temperature

单晶炉设计时规定的能够满足对加热系统(石墨加热器、石墨涡杆、石墨祸托、石墨柑祸及其屏蔽保温系统)进行预先锻烧处理目的而需达到的加热温度。

3.7

工作区 working region

能满足炉温均匀度要求的区域。通常指正常拉晶条件下加热器内增祸液面附近的区域。

4 产品分类

4.1 品种和规格

4.1.1 单晶炉按工作室内径尺寸分为多个品种,如表1所示。

品种代号

工作室内径(cm

TDR40

40

TDR50

50

TDR60

60

TDR62

62

TDR70

70

TDR80

80

1

4.2 型号

参照 JB/T9691-1999,单晶炉的型号规定如下:

 点击新窗口打开大图

4.3 主要参数

在企业产品标准中对各个型号的单晶炉应分别列出以下各项参数:

a) 电源电压,单位为V;

b) 电源频率,单位为Hz;

c) 相数 :

d) 晶体直径,单位为mm:

e) 熔料量,单位为kg;

f) 工作室尺寸(直径x长度),单位为mmxmm:

g) 额定功率,单位为Kw;

h) 工作温度,单位为℃:

i) 最高加热温度,单位为℃;

J) 炉温稳定度单位为℃;

k) 炉温均匀度,单位为℃

1) 工作电压,单位为V;

m) 极限真空度,单位为Pa;

n) 工作真空度,单位为Pa;

o) 压升率,单位为Pa/h;

P) 空炉抽空时间,单位为h;

4) 充气压力,单位为Pa;

r) 籽晶拉速范围,单位为nun/nun;

s) 籽晶在炉内有效行程,单位为mm;

t) 籽晶转速范围,单位为r/min;

u) 坩埚升速范围,单位为mm/min;

V) 坩埚转速范围,单位为r/min;

w) 坩埚在炉内有效行程,单位为mm;

x) 气体耗量,单位为L/h,

Y) 水流量,单位为m3/h;

2) 主机重量,单位为t

as) 主机外形尺寸,单位为mm

5 技术要求

5.1 一般要求

单晶炉应符合GB/T100674-1988中第5章的规定。

5.2 对设计和制造的补充要求

5.2.1 总体要求

单晶炉主要由主机〔包括炉体、籽晶提拉及旋转系统、增祸上升及旋转系统)以及抽气系统、充气系统、液压系统、水冷系统、加热电路电源、控制装置等组成。

单晶炉的炉体通常由主炉室(生长室)、副炉室(提拉室)及隔离阀组成。炉体通常为内热式水冷炉壁结构。

在单晶炉通电加热前,抽气系统应能把炉室抽到预定的真空度。在加热阶段,输人功率应能调节,在冷却阶段,已拉制的单晶应能在不同真空度下和中性气体(包括惰性气体,下同)中冷却。

5.2.2 材料

所有处于炉室内的材料应适应设计规定的气氛、真空度、温度,并在该环境下保持稳定的成分和性能。

52.3 工作电压

单晶 炉 的 工作电压应在企业产品标准中规定。在工作电压范围内和正常工作条件下,炉内应不产生

火花放电。

52.4 炉壳

炉壳应采用水冷结构。筒体、封头、炉门的设计和制造应符合GB 150-1998的规定。

炉壳内表面应光洁平滑。内外壁可用不锈钢材料制成。

5.2.5 炉室

单晶炉的加热系统应根据拉晶工艺要求也可由用户自行设计制造。

炉室的设计应把热胀冷缩引起的变形以及通过绝热层的热损失限制到最小程度。

单晶炉加热元件的引出部分应确保真空密封和正常工作并用水冷却。

在炉室壳体上应配备测量工作区炉温均匀度用的热电偶引出装置,其连接热电偶的数量按GB/T10066.4-20046.15的要求。

5.2.6 水冷系统

水冷系统应能使炉壳的筒体、封头和炉门的表面温升不超过5.3.5的规定,同时在水压不足或压力过高时应有指示或报警信号,关键水冷部位还应具备超温报誉信号。

527 抽气系统

单晶炉的抽气系统由真空泵、管道、阀门、冷阱、控制系统、真空计等组成。系统中应装有自动阀门,以便在发生停电事故时自动关闭,防止空气和真空泵油进人炉内。当要求在系统中配备粉尘捕集器或过滤器时。可按9.2提出。

5.2.8 充气系统

单晶炉的充气系统通常由气体流量控制单元来实现,并应具备安全防爆装置,在单晶炉产品标准中可具体规定不同的充气压力数值

5.2.9 测量、控制和记录

单晶炉的测量、控制和记录应符合GB/T1 0067.4-19885.2.75.2.7.矽卜的各项规定和以下补充规定

5.2.9.1 控制装置

单晶炉应配备专门的控制柜,用来安装仪器、仪表和控制元件等。控制系统应配备速度控制单元、温度控制单元及功率部件、晶体生长控制器、冷却水温度显示、报普、运行状态报警装置和继电控制单元等

5.2.9.2 炉温控制系统

单晶炉的炉温控制系统通常采用串级控制系统。控制系统应能限制输人功率不超过所要求的最大值。单晶炉应配备具有自适应和自调谐控制功能,有双重四位半数字显示,可以遥控或是本机控制,对外有数字接口通信等特点的温度控制器。对温度控制器如有不同要求可按9.2提出。

5.2.9.3 真空仪表

单晶炉应配备薄膜规一热偶规复合真空测量仪,或热偶规管一电离规管,用来测量O.OlPa"l OkPa之间的真空度

5.2.9.4 晶体生长控制器

单晶炉应配备晶体生长控制器,以实现自引晶一放肩一等径一收尾等过程的自动生长。在单晶炉的产品标准中应具体规定晶体等径部分的允许直径偏差。

5.2.9.5 自动化水平

单晶炉应采用计算机控制。产品的主要技术功能(速度控制、温度控制、晶体直径控制等)应完善可靠;辅助技术功能(液面测距、晶体计长等)应配置齐全。整个拉晶工艺过程可为用户提供使用方便、友好的人机交互界面,实现拉晶工艺过程自动化控制。

5.2.9.6 报警和保护装置

单晶炉的籽晶轴与增涡轴应具有超程报警和保护装置

5.3 性能要求

单晶炉的性能应符合GB/T10067.4-19885.3和以下各项要求

5.3.1 工作温度

在工作温度范围内,单晶炉应能够满足5.3.65.3.7炉温均匀度和炉温稳定度要求

5.3.2 工作真空度

单晶炉的工作真空度应以具体生长单晶的工艺条件而定,并在企业产品标准中规定。

5.33 空炉抽气时间

单晶炉应能在60min内抽气到所要求的工作真空度。

5.3.4 压升率

单晶炉的压升率应不超过6Pa/h,

5.35 表面温升

单晶炉炉体的表面温升应不超过35.

5.3.6 炉温均匀度

单晶炉炉温均匀度应不超过士2

5.3.7 炉温稳定度

单晶炉的炉温稳定度应不超过士0.5

5.3.8 加热能力和热炉抽气能力

在炉温和多晶料都等于环境温度下,把重量等于熔料量的多晶盛人增涡内并装人炉内,起动抽气系统当炉内达到预定真空度时开始加热。对工作室容积不大于。.6m3的单晶炉,炉温应能在加热开始后Ih内上升到最高工作温度对工作室容积大于Ohm'单晶炉,应在1.5h达到上述要求。

5.3.9 运动参数相对偏差和速度百分偏差

单晶炉在其速度控制系统的调速范围内,各项运动参数的实际测t值与指示计的指示值(或显示值)的相对偏差应不大于5%;各项运动参数的速度百分偏差应不大于2%;各运动机构运转应工作灵活,在正常拉晶工艺条件下应无明显振动

5.3.10 同轴度及径向圆跳动

单晶炉的籽晶轴与柑祸轴的同轴度及径向圆跳动应在单晶炉的产品标准中具体规定。

5.3.11 爬行量

单晶炉的籽晶轴与琳祸轴以低速(速度范围下限)上升时的爬行量应在单晶炉的产品标准中具体规定

5.3.12 其他

单晶炉其他方面的性能应分别符合5.2以及在企业产品标准和供货合同中的相应规定

5.4 成套要求

5.4.1 在企业产品标准中应列出供方规定的单晶炉成套供应范围,一般包括下列各项:

a) 单晶炉主机

b) 控制装置:

c) 加热电路电源;

d) 水冷电缆:

e) 抽气机组各组件:

f) 充气装置;

9) 除尘器:

h) 液压泵站

i) 备件

在企业产品标准中可对上述项目作必要的补充,并应列出各个项目的具体内容,包括型号、规格和数量

需方如对供方规定供应的项目有不同要求,可按9.2提出。

6 试验方法

单晶炉的试验按GB/T10066.1-2004GB/C1 0066.4-2004相应条文进行。

6.1 压升率的测量

GB/T10066.1-20047.1.10.3的规定

6.2 炉温均匀度的测量

参照GB/T10066.4-20046.15的规定,工作区内测温点的布置按GB/T10066.4-20046.15.5的规定

试验温度应以单晶材料的结晶温度为准。

在试验温度下进行试验。试验应在130Pa到极限真空度之间不同压力下各测取三组数据,然后求三者的算术平均值。

试验温度下的炉温均匀度应满足5.3.6的要求

6.3 加热能力和热炉抽气能力试验

本试验的目的在于测定单晶炉的加热能力和热炉抽气能力,并检验单晶炉的热炉运行情况先进行加热能力试验,把炉温设定在最高工作温度上,当炉室真空度达到6.5Pa时开始加热,并根据企业标准中规定的升温程序,把炉温升到设定值,保温30min,加热开始后Ih1.5h(5.3.8)炉温应达到设定值,炉室应在5.3.3规定的时间内达到规定的工作真空度‘

当有要求时(见,2),单晶炉应在最高工作温度和满载荷的情况下累计运行24h以上

停炉后应按GB/T10066.1-20047.2.8进行检查。

6.4 运动参数相对偏差的测量

在规定的速度范围内,籽晶轴及增涡轴处于某一(任意选定)位里,取某一(任意设定)速度(指示计指示值或显示值),用秒表和百分表(或千分表)测量该速度下两轴上升速度:用秒表测量两轴旋转速度。测量时间以imin计。相对偏差按下式计算:

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6.5 速度百分偏差的测量

在规定的速度范围内,籽晶轴及柑涡轴处于某一(任意选定)位置,用秒表和百分表(或千分表)每间隔5min测量某一(任意设定)速度下两轴上升速度;或用秒表侧量某一(任意设定)转速下的两轴旋转速度每次测量时间以Im in计。测量5次。速度百分偏差按下式计算:

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6.6 爬行量的测量

在籽晶及柑祸轴以低速(速度范围下限)上升时,用千分表检查由运动停顿到重新起动的最大蹦跳问隔数值。

6.7 工业拉晶试验

以拉制硅晶为例。拉制其他材料晶体的试验由制造厂与用户商定。

将经过处理好的多晶硅或复拉料盛人增锅中,把籽晶(籽晶尺寸大小及取向选择应在单晶炉产品标准中具体规定)装卡在籽晶轴上。盛人增祸中的装料量应不小于熔料童的6096。在正常拉晶工艺条件下,

拉制外形符合等径部分直径偏差要求的单晶。拉制的单晶重量应不小于装料量的80%.

注 除拉制硅单晶一般由制造厂进行试验外。拉制其他材料的晶体应由制造厂与用户协商进行,用户可向制造厂提供条件〔材料、工艺等)

6.8 晶体直径偏差的测量

在晶体的等径部分,用卡尺沿晶体的同一侧母线方向测量晶体直径,以测得的最大值与最小值之差作为晶体的直径偏差。

注 本标准中的5.3.10系一般检查项目,按一般机电产品的检查方法检查

7 检验规则

单晶炉的检验应按GB/T 10067.1-1988中第7章和以下各条进行。

7.1 单晶炉的出厂检验项目

a) 触电防护措施的试验;

b) 绝缘电阻的测量:

c) 绝缘耐压的试验:

d) 控制电路试验:

e) 运动机构运转或动作情况的检验;

f) 运动参数及相对偏差的测量(包括速度百分偏差的测量和爬行量的测量)

g) 水路系统的试验

h) 气路系统的试验;

i) 液压系统的试验:

J) 联锁和报警系统的试验;

k) 极限真空度的测量:

1) 空炉抽气时间的测量;

m )压升率的测量:

n) 配套件的检查,包括型号、规格和出厂合格证件的检查:

0) 供货范围,包括出厂技术文件完整性的检查;

P) 包装检查。

7.2 单晶炉的型式检验项目

a) 全部出厂检验项目(在型式检验条件下):

b) 空炉升温时间的测量:

c) 额定功率的测量:

d) 最高工作温度的测量;

e) 受热构件表面温升的测量:

f) 炉温均匀度的测量;

9) 炉温稳定度的测量;

h) 加热试验(加热能力与热炉抽气能力的检查):

i) 工作真空度的测量:

1> 工业拉晶试验;

k) 水流量的测量;

l) 气体耗量的测量;

m) 运动机构运转情况或动作情况的热态试验;

n) 热态试验后的检查。

8 标志、包装、运输和贮存

8.1 单晶炉的标志、包装、运输和贮存应符合GB/T 10067.1-19888章的规定。

8.2 除另有要求外(9.2)单晶炉的铭牌上应标出下列各项:

a) 产品的型号和名称;

b) 电源电压,单位为V;

c) 电源频率。单位为Hz;

d) 相数 :

e) 额定功率,单位为kW;

f) 工作电压,单位为V;

9) 熔料量 ,单位为kg;

h) 工作室尺寸,单位为mm

i) 主机重量,单位为t:

J) 产品编号:

k) 制造日期:

1) 制造厂名称(对出口产品应标明国名)

9 订购与供货

9.1 单晶炉的订购与供货应按GB/T 10067.1-19889章的规定

9.2 需方有下列特殊要求时,可向供方提出:

a) 对单位制、电源电压、电源频率等的不同要求(GB/T10067.1-19885.1.1.1);

b) 对使用环境的不同要求(GB/T10067.1-19885.12):

c) 要求在水冷系统中提供循环冷却系统或其中部分装置,如机械致冷装置,水冷却塔装置或水净化装置等:并提出具体技术要求(GB/T10067.1-19885.1.3.1);

d) 对安全和环境保护的附加要求〔见GB/T10067.7-19885.1.5.1):

e) 对涂漆的不同要求(GB/T10067.1-19885.2.7);

f) 对包装的特殊要求(GB/T10067.1-19888.2.5):

9) 对电源的不同要求(GB/T10067.1-19885.2.2);

h) 对温度控制器的不同要求(GB/T10 067.1-19885.2.7.3和本标准5.2.9.1);

i) 要求在抽气系统中配备粉尘捕集器或过滤器(5.2.7);

J) 对供方规定项目的不同要求(5.4):

k) 对加长试验的时间要求(6.3):

L) 对铭牌的不同要求(8.2)

供方应尽可能满足需方的各项特殊要求,但实际可供需方选择的特殊要求项目由供方参照本标准各

自的条件决定。其中一部分可列在企业产品标准中,其他部分在订钩时由供需双方商定。
 
 

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