直拉单晶炉用籽晶及直拉单晶炉的制作方法

本技术涉及伏单晶硅生产领域，具体而言，涉及一种直拉单晶炉用籽晶及直拉单晶炉。

背景技术：

1、随着半导体产业的快速发展，单晶硅作为集成电路和光伏产业的基础材料，其生产过程中的关键环节——籽晶熔接技术直接影响着单晶硅的质量和生产效率。直拉法(czochralski method)作为主流的单晶硅生长技术，其核心在于通过籽晶与硅熔体的熔接来引导晶体生长。

2、现有技术中普遍采用的籽晶具有平切面末端结构，该结构在熔接过程中直接与高温硅熔体接触。具体工艺流程为：将籽晶下降至接近熔体表面进行预热，待温度稳定后继续下降至熔接位置，通过界面原子重组实现熔接。然而，由于平切面结构导致热传导路径仅有末端接触面，实测数据显示该结构会产生150-200℃/cm的剧烈温度梯度。这种陡峭的温度分布会在籽晶末端形成热应力集中区，当应力超过硅晶体的断裂强度时即导致熔接失败。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种直拉单晶炉用籽晶，其能够在进行熔接操作时，降低断裂风险，提高熔接成功率。

2、本实用新型的另一目的在于提供一种直拉单晶炉，其能够在进行熔接操作时，降低断裂风险，提高熔接成功率。

3、本实用新型的技术方案是这样实现的：

4、一种直拉单晶炉用籽晶，所述籽晶包括柱状主体和位于其末端的工作端面，以及位于所述工作端面与柱状主体之间的圆锥形过渡结构，所述圆锥形过渡结构为锥体，所述锥体的两端分别为粗径端和细径端，且所述细径端一侧设置所述工作端面，所述工作端面用于籽晶熔接时率先插入熔融硅液里。

5、进一步地，所述圆锥形过渡结构的锥顶为所述工作端面，且所述工作端面为平面结构，用于避免熔接时应力集中。

6、进一步地，所述圆锥形过渡结构的圆锥角θ为10°至60°，锥体长度l为80mm至120mm。

7、进一步地，所述圆锥角θ为10°、20°、30°、40°、50°或60°。

8、进一步地，所述锥体长度l为80mm、90mm、100mm、110mm或120mm。

9、进一步地，所述圆锥形过渡结构的表面粗糙度ra不超过0.8μm。

10、进一步地，所述籽晶为单晶硅材料，且整体呈轴对称结构，其轴向对中精度偏差不大于0.2mm。

11、进一步地，所述工作端面的直径为2mm至6mm。

12、一种直拉单晶炉，包含所述的直拉单晶炉用籽晶，所述籽晶安装于籽晶夹头上，并置于单晶炉热场的预热区内，且所述圆锥形过渡结构位于硅熔体液面上方80mm至120mm处。

13、进一步地，所述预热区的温度梯度分布与所述圆锥形过渡结构的轮廓相匹配，以实现渐进式热传导。

14、相比于现有技术而言，本实用新型的有益效果是：

15、在现有方案中，直拉籽晶一般为圆柱状，其末端为平切面，容易熔接时发生断裂，而本方案通过将籽晶的末端设计圆锥形过渡结构（锥体），该锥体可以通过精密打磨机进行打磨而成，这样籽晶末端的工作端面率先插入熔融硅液时，由于锥体外壁的锥形面，其受热面积更大了，锥面比平面接触更多热量，升温更平稳，热量传递时形成梯度式加热或阶梯式升温，避免温度突变，进而使籽晶内部应力分散开，由整个锥体分担压力，不容易断裂，降低断裂风险，提高籽晶熔接成功率。

1.一种直拉单晶炉用籽晶，其特征在于，所述籽晶包括柱状主体（1）和位于其末端的工作端面（3），以及位于所述工作端面（3）与柱状主体（1）之间的圆锥形过渡结构，所述圆锥形过渡结构为锥体（2），所述锥体（2）的两端分别为粗径端和细径端，且所述细径端一侧设置所述工作端面（3），所述工作端面（3）用于籽晶熔接时率先插入熔融硅液里。

2.根据权利要求1所述的直拉单晶炉用籽晶，其特征在于，所述圆锥形过渡结构的锥顶为所述工作端面（3），且所述工作端面（3）为平面结构，用于避免熔接时应力集中。

3.根据权利要求1所述的直拉单晶炉用籽晶，其特征在于，所述圆锥形过渡结构的圆锥角θ为10°至60°，锥体（2）长度l为80mm至120mm。

4.根据权利要求3所述的直拉单晶炉用籽晶，其特征在于，所述圆锥角θ为10°、20°、30°、40°、50°或60°。

5.根据权利要求3所述的直拉单晶炉用籽晶，其特征在于，所述锥体（2）长度l为80mm、90mm、100mm、110mm或120mm。

6.根据权利要求1所述的直拉单晶炉用籽晶，其特征在于，所述圆锥形过渡结构的表面粗糙度ra不超过0.8μm。

7.根据权利要求1所述的直拉单晶炉用籽晶，其特征在于，所述籽晶为单晶硅材料，且整体呈轴对称结构，其轴向对中精度偏差不大于0.2mm。

8.根据权利要求2所述的直拉单晶炉用籽晶，其特征在于，所述工作端面（3）的直径为2mm至6mm。

9.一种直拉单晶炉，包括如权利要求1-8任一项所述的直拉单晶炉用籽晶，其特征在于，所述籽晶安装于籽晶夹头上，并置于单晶炉热场的预热区内，且所述圆锥形过渡结构位于硅熔体液面上方80mm至120mm处。

10.根据权利要求9所述的直拉单晶炉，其特征在于，所述预热区的温度梯度分布与所述圆锥形过渡结构的轮廓相匹配，以实现渐进式热传导。