本文摘要：热场的结构设计对单晶的品质影响很大，而热场的排气同样很重要。通常国内使用最多的是下排气，上排气技术的使用还不常见。热场排气技术...

　作者：江西旭阳雷迪高科技公司   曾世铭（首席单晶研究员  教授、博导） 高一凡(单晶部总监  高级工程师） 

    热场的结构设计对单晶的品质影响很大，而热场的排气同样很重要。通常国内使用最多的是下排气，上排气技术的使用还不常见。
热场排气技术概况
　　国内外大多数的硅片公司采用的硅单晶拉制工艺都是采用下排气热场的结构，即是拉单晶时高纯氩气从上炉室顶部通入炉室，氩气流向下方，穿过导流罩，掠过硅熔体表面再流过加热器与保温筒之间的空隙，流至炉底部，最后从下炉筒左右两侧的真空抽气管流出，被大机械泵抽吸，被泵油清洗后，最后排至大气中。
　　上排气热场结构是将原热场的下保温筒上的两个抽气孔堵死，在上保温筒 的上段沿圆周钻出若干孔洞，孔是均匀分布的。拉单晶时减压氩气从上炉室顶部通入炉室，氩气流向下方，穿过导流罩，掠过硅熔体表面后又沿着导流罩外壁向上流动，穿过上保温筒的孔洞后，
　　再沿水冷炉壁向下，被下方的两抽气口抽出，通过机械泵油排至室外。
　　与上排气相比下排气技术有三大缺点：一是单晶炉内的热场是希望上部较凉，下部较热。这样能获得适宜的单晶和硅熔体的温度梯度，利于成晶。而下排气时较凉的氩气把热场下部吹凉了，不是最佳的拉晶条件。二是氩气流经硅熔体表面，会将硅熔体中含有的，可蒸发性的一氧化硅裹挟住一同向下流动，流经加热器上部和石墨三瓣埚表面，部分一氧化硅就会淀积在这些石墨件表面，如石墨件结构疏松会逐渐渗入石墨中，在高温下发生热还原反应，生成的硅立即与石墨的碳生成碳化硅，使得石墨件变硬，这部分的电阻也变大。时间较长后由于淀积的碳化硅越来越多，分子体积也较碳的大，所以会将石墨件胀坏。总之使得石墨加热器的高温区上移，改变了温度梯度，不利于单晶成长。拉晶过程中如石墨埚裂了后，坩埚就不能旋转，无法拉单晶，只能吊料，这两点都使得单晶成品率严重降低，同时还必须更换石墨件，使生产成本大幅增加。三是从炉底抽空管道排出的氩气中含有大量的一氧化硅尘埃，会堵塞管道，使炉压升高，影响单晶生长。并且该尘埃会混入机械泵油中，经常需要更换泵油，耗费资金。也加速机械泵的磨损。
　　所以希望将"下排气热场拉晶"改变为"上排气热场拉晶"，就有可能解决上述三问题。据知国外已有一些公司采用了上排气技术，取得了较好的效果。而国内必然也会有公司对该技术展开研究。
上排气热场的优点
　　　上排气有很多好处：比如：节约能耗，提高热场的寿命等，可以大大的降低生产成本。具体如下：
　　第一，由于较冷的氩气从炉室上方流下，吹拂单晶棒表面，然后穿过导流罩下口，掠过硅熔体表面再折向上方，通过热场上部 孔洞流出石墨热场。所以单晶和硅熔体的轴向温度梯度都适宜地增大，有利于单晶生长。
　　第二，上排气热场优点中最重要之点是可大大延长石墨热场的使用寿命，特别是三瓣埚和加热器的寿命。因为裹挟了在高温下由于石英坩埚和硅熔体间的热化学反应而产生的一氧化硅：SiO2 + Si =  2SiO ↑
  的氩气向下流入石墨热场内部，如加热器，石墨埚，保温筒的表面，氩气中的一氧化硅被炽热的石墨还原而生成碳化硅，随着开炉次数的增加，石墨件中的碳化硅含量越来越多，就会使石墨坩埚胀裂；加热器上部电阻增大，温度变高，从而改变了加热器上部的温度梯度，也就是所谓的加热器老化，使单晶生长困难，会严重降低单晶的成晶率。而更换石墨埚和加热器的费用很高。所以采用上排气技术能显著提高单晶的成品率和降低生产成本。
　　第三，采用上排气技术后，可以发现在主炉室内壁和保温筒外壁淀 积有大量的一氧化硅粉尘，用吸尘器很容易吸去，表明进入机械泵中泵油的粉尘量不多，减少了换油次数，能大大降低机械泵油的消耗，同时，对机械泵本身来言，降低了机械磨损，延长泵的使用寿命。也可以降低单晶生产成本。含尘粒的浓度，也会减小泵的磨损，能延长泵的使用寿命。
　　通过上述对拉单晶工艺中采用上排气技术的阐述，认为该技术是大有发展前途的。在拉晶的工艺条件方面，还需要探索和调试，才能掌握其规律以期获得满意的结果。