直拉单晶炉是直拉法生产单晶硅的主要设备，简称单晶炉，单晶炉主要单晶炉示意图
１—提升装置；２—副炉室；３—炉室；
４—视觉传感器；５—炉盖；６—坩埚；
７—籽晶；８—晶体；９—熔化的多晶硅；
１０—加热器；１１—惰性气体排放口；
１２—水冷电极；１３—坩埚转动装置；
１４—石墨托碗；１５—控制系统
由提升装置、炉体、加热系统、坩埚转动装置和气
体传送系统组成。
炉体由炉室和副炉室组成，是单晶硅生长的地
方。炉室中部有加热器，加热器中心放有一个石英
坩埚，石英坩埚的上方有与提升装置相连的籽晶，
籽晶可以自由上下移动，也可以转动。石英坩埚放
在石墨托碗里，石墨托碗的下方是坩埚转动装置，
可以带动石英坩埚转动或升降。
籽晶又称种晶，是用单晶硅制成的一根细长的小
棍，其截面有矩形的，也有圆形的。籽晶是生长单晶
硅的种子，是人工合成晶体时人为提供的晶核，它的
缺陷会 “遗传”给新生长的晶体，所以它的好坏直接
决定着单晶硅棒的好坏，因此很重要。为了能够生产
出高质量的单晶硅，一般籽晶都是用没有任何缺陷的
优质单晶硅制成的。籽晶切割时需要定向，目前要求
籽晶的晶向偏角要小于５′。常用的籽晶几何尺寸为
１０ｍｍ×１０ｍｍ×１５０ｍｍ，或１２．７ｍｍ×１５０ｍｍ。
最初的石英坩埚都是由透明的石英玻璃制成的。
由于透明的石英玻璃造价太高，对降低单晶硅的成
本不利，再加上，采用透明石英玻璃制作大口径坩
埚的技术难度较大，所以现在的石英坩埚大多都是
采用半透明的石英玻璃制成的。半透明的石英玻璃
密度低，其体内有许多微型的气泡，表面有许多微
型小坑，容易藏污纳垢，对多晶硅原料有一定的沾
污，而透明的石英玻璃密度高，表面平滑光亮，不
易藏污纳垢，因此对多晶硅沾污的可能性就小。为
防止沾污，在目前的坩埚内侧有一层厚约１～３ｍｍ的透明石英层 。
单晶硅生产对石英坩埚的要求相当严格，不仅要求石英坩埚内壁光滑无气泡，而且还要
求石英坩埚壁薄厚均匀一致、无生料点、无色斑沾污、无析晶、无缺口、无裂纹。除此之
外，对石英坩埚的纯度也有要求。一般天然石英原料生产的石英坩埚纯度较低，不能满足高
纯度单晶硅生产的需要，一般采用在石英坩埚内喷涂一层高纯的石英方法来满足单晶硅生产
的要求。
 石英坩埚装满多晶硅的石英坩埚
采用直拉法生产单晶硅，首先要将处理好的多晶硅装入石英坩埚 ，然后再
将石英坩埚放入加热器中部的石墨托碗里 装入石英坩埚的加热器
１—多晶硅；２—石英坩埚；３—石墨托碗；
４—加热器；５—石墨保温套；６—石墨托
图６１０ 倒立的加热器 （→为电流方向）
１—加热电阻；２—电源接头
石墨托碗是用来盛装石英坩埚的，它的内径要和石英坩埚的外形尺寸相配合，而且还必
须具有一定的强度，这样才可承受来自石英坩埚和多晶硅的重量。这里必须要注意的是，石
英坩埚的上口边缘要高于石墨托碗的上口边缘 （一般要高１～２ｃｍ），不然，在高温下，就容
易造成掉渣，而影响成晶率。
石墨托碗放在石墨托上，石墨托连接着坩埚转动装置。所以石墨托碗可以随石墨托转
动，也可以自由升降。放在石墨托碗里的石英坩埚也就同样能够跟随石墨托碗和石墨托一起
转动或升降。
在加热器的外围还装有石墨保温套。石墨保温套可以防止热量流失，从而可以提高热能第６章 单晶硅的制备 １１７
的利用率。
但要注意，为防止沾污，单晶炉里所用的石墨件都要采用超纯石墨为原料来制造，并且
新的石墨件使用前应进行高温处理。处理方法是：在真空下煅烧８～１０ｈ，接着在减压状态
下煅烧８～１０ｈ。煅烧温度要与熔硅温度一样或稍高一些。石墨件使用５～８炉后也应煅烧
一次。
中的加热器是用高纯石墨制成的，其形状如图６１０所示，是一个多 ｍ 形电阻式
加热器。当２个电源接头接通电源后，电流就会沿着箭头方向穿过电阻而产生热量。
单晶炉是用不锈钢制成的，不锈钢的耐温只有几百度，可单晶炉是在高温下工作的，最
高温度要达到１４２０℃以上。这样高的温度，不锈钢是承受不了的，因此，单晶炉的炉腔部
分的外壳是双层的，目的是用水冷降温，从而保护炉腔不被烧坏。
问题是，水冷会带走很多热量，必然要在石英坩埚与水冷外壳之间形成较大的温度梯
度，这对单晶硅的生长极为不利，而且水冷的热损失大，对节能也不利。
怎样解决这一矛盾呢？
这一矛盾可以用保温的措施来解决。在实际的单晶炉中，除了炉腔部分的外壳中有水冷
却之外，在加热器石墨保温套的外围和炉底等部位都还有一层或多层毯毡保温。毯毡耐高
温，而且热阻大，因此可以极好地防止高温外流，从而减缓石英坩埚与水冷外壳之间的温度
梯度，是单晶炉保温的最佳材料。