一種矽單晶爐連續投料裝置及設有該裝置的矽單晶爐的製作方法

2023-11-05 07:26:57 2

專利名稱：一種矽單晶爐連續投料裝置及設有該裝置的矽單晶爐的製作方法
技術領域：
本發明涉及矽單晶爐配套設備，具體的說是一種矽單晶爐連續投 料裝置及設有該裝置的矽單晶爐。
背景技術：
矽單晶爐目前是採用減壓拉晶工藝而進行工作的，在矽單晶拉制 過程中，連續等速地向單晶爐膛內通入高純氬氣，同時機械泵不斷地從爐膛向外抽氣，保持爐膛內壓強穩定在1333Pa左右，這種工藝既 有真空工藝的特點——爐膛內保持負壓，又有流動氣氛工藝的特點一 一不斷充氣，不斷排氣。由於單晶爐內的溫度高達142CTC,又必須 在氬氣保護下拉晶，所以如何提高拉晶的產量和成品率對於節省耗品 和節約能量有重大的實用價值。如能在不開爐的條件下，利用同一隻 石英坩堝，通過連續投料的方式向石英坩堝內再投入又一爐的矽料， 然後再拉制出又一根單晶棒就可以達到以上目的，但是這種輔助配套 裝置必須具備如下條件首先能容納一定體積的矽料，具有一定的硬 度不易被矽料磨損；其次在矽單晶爐的高溫狀態下不能被熔化，保證 投料時的原料安全；第三，在投料時矽料在合適的距離落入液面，而 不會引起矽熔液的濺出。目前國內市場上常見的矽單晶爐連續投料裝置有兩種， 一種是用 石英玻璃做成的，其存在以下缺陷第一、造價成本高、製造工藝復 雜；第二、石英玻璃易破碎，使用壽命短；第三、其料筒的下端開口 結構複雜，操作麻煩，有時會因為不能打開下端開口而導致連續投料 失敗。另一種是用不鏽鋼做成的，其料筒的下底是由三瓣不鏽鋼葉片 組成，葉片與料筒壁的邊緣以合頁連接，三瓣葉片的中心點用一立杆 連接以保持底面處於關閉狀態。當鬆開立杆時，三瓣葉片向下打開，矽料從中落下。其存在極大的安全隱患第一、在高溫下固定三瓣葉 片的合頁容易出現變形，造成三瓣葉片打開不全，使矽料不能完全落 下；有時合頁變形會導致三瓣葉片脫開與料筒壁的連接，落入熔矽中 致使一坩堝的矽料報廢；第二、為了做到三瓣葉片的最低點離開熔矽 液面有一定的安全距離，必須抬高料筒的高度，致使矽料離開熔矽液 面過高，經常導致在連續投料時熔矽濺出液面，而造成矽料的流失和 石墨件的損壞；第三、矽料在料筒中由於堆積的因素，經常出現矽料 卡住而不能落下，而用插板閥去敲打料筒，有時造成立杆落入柑堝中， 造成嚴重的缺失。發明內容針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種矽單晶 爐連續投料裝置及設有該裝置的矽單晶爐，結構簡單，能夠在不開爐 的條件下，連續向石英坩堝內投料，使得矽單晶爐產量和成品率增高， 降低能耗和成本。為達到以上目的，本發明採取的技術方案是一種矽單晶爐連續投料裝置，其特徵在於包括由圓柱形的頂部 鋼筒、圓柱形的中部鋼筒和倒置的錐臺形的底部鋼筒三部分組成的料 筒7，頂部鋼筒的直徑比中部鋼筒大，頂部鋼筒的底邊設有向內延伸 的凸臺8，凸臺8的內側和中部鋼筒的頂邊相連，中部鋼筒的底邊和底部鋼筒的頂邊相連，底部鋼筒的底邊內翻並卡設一矽片6，壓杆外 套筒4兩端通過上下扁鋼片9、 10固設在料筒7內，壓杆外套筒4內 設有可在壓杆外套筒4內上下移動的壓杆5，壓杆5的上端設有壓杆 滑輪3，通過銷軸11設置在上扁鋼片9上的操縱連杆2的一端和壓 杆滑輪3的外表面抵接，另一端和操縱機構滑輪1連接。在上述技術方案的基礎上，料筒7、壓杆外套筒4、上下扁鋼片 9、 10、壓杆5、壓杆滑輪3、銷軸ll、操縱連杆2和操縱機構滑輪1 的材質為316不鏽鋼。在上述技術方案的基礎上，矽片6為矽單晶棒或多晶棒切成的薄片。一種設有連續投料裝置的矽單晶爐，其特徵在於包括矽單晶爐 主室22，矽單晶爐主室22的上部設有矽單晶爐副室21，矽單晶爐連 續投料裝置設置在矽單晶爐副室21內，所說的矽單晶爐連續投料裝 置包括由圓柱形的頂部鋼筒、圓柱形的中部鋼筒和倒置的錐臺形的底 部鋼筒三部分組成的料筒7，頂部鋼筒的直徑比中部鋼筒大，頂部鋼 筒的底邊設有向內延伸的凸臺8，凸臺8的內側和中部鋼筒的頂邊相 連，中部鋼筒的底邊和底部鋼筒的頂邊相連，底部鋼筒的底邊內翻並 卡設一矽片6，壓杆外套筒4兩端通過上、下扁鋼片9、 IO固設在料 筒7內，壓杆外套筒4內設有可在壓杆外套筒4內上下移動的壓杆5， 壓杆5的上端設有壓杆滑輪3，通過銷軸11設置在上扁鋼片9上的 操縱連杆2的一端和壓杆滑輪3的外表面抵接，另一端和操縱機構滑 輪1連接；矽單晶爐副室21和矽單晶爐主室22的連接處設有和凸臺 8適配的定位銷12，矽單晶爐副室21的側壁上設有和操縱機構滑輪 1適配的插板閥13。在上述技術方案的基礎上，料筒7、壓杆外套筒4、上下扁鋼片 9、 10、壓杆5、壓杆滑輪3、銷軸ll、操縱連杆2和操縱機構滑輪1 的材質為316不鏽鋼。在上述技術方案的基礎上，矽片6為矽單晶棒或多晶棒切成的薄片。本發明所述的矽單晶爐連續投料裝置，結構簡單，能夠在不開爐 的條件下，連續向石英坩堝內投料，使得矽單晶爐產量和成品率增高， 降低能耗和成本。


本發明有如下附圖-圖l矽單晶爐連續投料裝置的結構示意2設有矽單晶爐連續投料裝置的矽單晶爐的結構示意圖 圖3矽單晶爐連續投料裝置投料示意圖附圖標記1為操縱機構滑輪，2為操縱連杆，3為壓杆滑輪，4為壓杆外套 筒，5為壓杆，6為矽片，7為料筒，8為凸臺，9為上扁鋼片，10為 下扁鋼片，ll為銷軸，12為定位銷，13為插板闊，21為矽單晶爐副 室，22為矽單晶爐主室，30為矽原料，31為石英坩堝，32為熔矽液 面。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。圖1為本發明所述的矽單晶爐連續投料裝置的結構示意圖，包括 由圓柱形的頂部鋼筒、圓柱形的中部鋼筒和倒置的錐臺形的底部鋼筒 三部分組成的料筒7，頂部鋼筒的直徑比中部鋼筒大，頂部鋼筒的底 邊設有向內延伸的凸臺8，凸臺8的內側和中部鋼筒的頂邊相連，中部鋼筒的底邊和底部鋼筒的頂邊相連，底部鋼筒的底邊內翻並卡設一 矽片6,壓杆外套筒4兩端通過上下扁鋼片9、 10固設在料筒7內， 壓杆外套筒4內設有可在壓杆外套筒4內上下移動的壓杆5，壓杆5 的上端設有壓杆滑輪3，通過銷軸11設置在上扁鋼片9上的操縱連 杆2的一端和壓杆滑輪3的外表面抵接，另一端和操縱機構滑輪1連 接。在上述技術方案的基礎上，料筒7、壓杆外套筒4、上下扁鋼片 9、 10、壓杆5、壓杆滑輪3、銷軸ll、操縱連杆2和操縱機構滑輪1 的材質為316不鏽鋼。在上述技術方案的基礎上，矽片6為矽單晶棒 或多晶棒切成的薄片。本發明還給出了一種設有連續投料裝置的矽單晶爐，如圖2所 示，包括矽單晶爐主室22，矽單晶爐主室22的上部設有矽單晶爐副 室21，矽單晶爐連續投料裝置設置在矽單晶爐副室21內，所說的矽單晶爐連續投料裝置包括由圓柱形的頂部鋼筒、圓柱形的中部鋼筒和倒置的錐臺形的底部鋼筒三部分組成的料筒7，頂部鋼筒的直徑比中 部鋼筒大，頂部鋼筒的底邊設有向內延伸的凸臺8，凸臺8的內側和 中部鋼筒的頂邊相連，中部鋼筒的底邊和底部鋼筒的頂邊相連，底部 鋼筒的底邊內翻並卡設一矽片6，壓杆外套筒4兩端通過上、下扁鋼 片9、 10固設在料筒7內，壓杆外套筒4內設有可在壓杆外套筒4內 上下移動的壓杆5，壓杆5的上端設有壓杆滑輪3,通過銷軸11設置 在上扁鋼片9上的操縱連杆2的一端和壓杆滑輪3的外表面抵接，另 一端和操縱機構滑輪1連接；矽單晶爐副室21和矽單晶爐主室22的 連接處設有和凸臺8適配的定位銷12，矽單晶爐副室21的側壁上設 有和操縱機構滑輪1適配的插板閥13。在上述技術方案的基礎上， 料筒7、壓杆外套筒4、上下扁鋼片9、 10、壓杆5、壓杆滑輪3、銷 軸11、操縱連杆2和操縱機構滑輪1的材質為316不鏽鋼。在上述 技術方案的基礎上，矽片6為矽單晶棒或多晶棒切成的薄片。本發明在使用時，如圖2、 3所示，先在料筒7底部裝好矽片6， 以保證料筒7下底的封閉，然後在料筒7內裝入矽原料30。裝好矽 原料30後，將矽單晶爐連續投料裝置通過連接部位掛在重錘的鉬夾 頭上(圖中未示出)，提升至矽單晶爐副室21內，將矽單晶爐副室移 到正常位置，將矽單晶爐副室抽真空達到合格要求，將主副室隔離插 板閥13打開，緩慢將矽單晶爐連續投料裝置放下，在提拉鋼絲、導 軌的引導下凸臺8滑入定位銷12上，自行完成定位。根據設計要求 確保料筒底部離開熔矽液面32有一安全距離，此時推動插板閥13， 讓插板閥13與操縱機構滑輪1接觸，進一步推動後，通過槓桿工作 原理，操縱連杆2轉動，向下推壓壓杆滑輪3，使壓杆5在壓杆外套 筒4內向下運動，壓碎矽片6，使矽片6與矽原料30 —起緩慢落入 石英坩堝31內的熔矽液面32，完成投料任務。為確保投料安全，可 先適當下移石英坩堝31到合適位置，適當降低加熱器功率，以達到 爐內合適的溫度。如上所述，本發明所述的矽單晶爐連續投料裝置及設有該裝置的矽單晶爐的優點如下第一，選用316不鏽鋼材料，具有一定的硬度和耐高溫性能。第二，選用清潔矽片6做料筒7的底面，當料筒7下降到合適的 高度時，用定位銷12配合凸臺8將料筒7固定在矽單晶爐副室21和 矽單晶爐主室22內，保證料筒7的底面(矽片6)離開熔矽液面32 有一安全的距離。第三，用壓杆5向下推壓矽片6的中心部位(其他位置亦可，但 優選中心部位)，致使矽片6破裂，而向下落入熔矽液面32。料筒7 內的矽原料30隨之落入熔矽液面32，這樣即確保了料筒7底部的安 全距離，又能保證投料時石英坩堝31內的熔矽不會濺出。而且，由 於作為底部的整個矽片6碎裂後落入熔矽液面32，這樣就不存在底 部打開不全的問題。第四，通過插板閥13的推動力作用於料筒7的操縱機構滑輪1， 帶動操縱連杆2沿銷軸11逆時針(如圖1所示)轉動，由操縱連杆 2壓迫壓杆滑輪3下移，最後由壓杆滑輪3帶動壓杆5下行並撞碎矽 片6，能使矽原料30全部安全落入熔矽液面32內。這一套槓桿操作 機構的結構簡單合理，可靠性高，而且壓杆滑輪3的尺寸稍大於壓杆 外套筒4的直徑，可以通過壓杆滑輪3防止壓杆5脫落掉入石英柑堝 31內。第五、由於將料筒7用定位銷12固定在爐壁上，料筒7的提拉 鋼絲並無受力，用插板閥13推動操縱機構滑輪1時就不會引起料筒 機械裝置任何部位的損壞或者鬆開而落入熔矽液面32。第六、本方案使用的投料裝置造價便宜，不易破損，使用壽命長， 容易推廣應用，可重複使用。本發明不限於上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發明的啟 示下作出的結構變化，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均 落入本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種矽單晶爐連續投料裝置，其特徵在於包括由圓柱形的頂部鋼筒、圓柱形的中部鋼筒和倒置的錐臺形的底部鋼筒三部分組成的料筒(7)，頂部鋼筒的直徑比中部鋼筒大，頂部鋼筒的底邊設有向內延伸的凸臺(8)，凸臺(8)的內側和中部鋼筒的頂邊相連，中部鋼筒的底邊和底部鋼筒的頂邊相連，底部鋼筒的底邊內翻並卡設一矽片(6)，壓杆外套筒(4)兩端通過上下扁鋼片(9、10)固設在料筒(7)內，壓杆外套筒(4)內設有可在壓杆外套筒(4)內上下移動的壓杆(5)，壓杆(5)的上端設有壓杆滑輪(3)，通過銷軸(11)設置在上扁鋼片(9)上的操縱連杆(2)的一端和壓杆滑輪(3)的外表面抵接，另一端和操縱機構滑輪(1)連接。
2. 如權利要求1所述的矽單晶爐連續投料裝置，其特徵在於-料筒(7)、壓杆外套筒(4)、上下扁鋼片(9、 10)、壓杆(5)、壓杆 滑輪(3)、銷軸(11)、操縱連杆(2)和操縱機構滑輪(1)的材質 為316不鏽鋼。
3. 如權利要求1或2所述的矽單晶爐連續投料裝置，其特徵在 於矽片(6)為矽單晶棒或多晶棒切成的薄片。
4. 一種設有連續投料裝置的矽單晶爐，其特徵在於包括矽單 晶爐主室(22)，矽單晶爐主室(22)的上部設有矽單晶爐副室(21)， 矽單晶爐連續投料裝置設置在矽單晶爐副室(21)內，所說的矽單晶 爐連續投料裝置包括由圓柱形的頂部鋼筒、圓柱形的中部鋼筒和倒置 的錐臺形的底部鋼筒三部分組成的料筒(7)，頂部鋼筒的直徑比中部 鋼筒大，頂部鋼筒的底邊設有向內延伸的凸臺(8)，凸臺(8)的內 側和中部鋼筒的頂邊相連，中部鋼筒的底邊和底部鋼筒的頂邊相連， 底部鋼筒的底邊內翻並卡設一矽片(6)，壓杆外套筒(4)兩端通過 上、下扁鋼片(9、 10)固設在料筒(7)內，壓杆外套筒(4)內設 有可在壓杆外套筒(4)內上下移動的壓杆(5)，壓杆(5)的上端設 有壓杆滑輪(3)，通過銷軸(11)設置在上扁鋼片(9)上的操縱連杆(2)的一端和壓杆滑輪(3)的外表面抵接，另一端和操縱機構滑 輪(1)連接；矽單晶爐副室(21)和矽單晶爐主室(22)的連接處 設有和凸臺(8)適配的定位銷(12)，矽單晶爐副室(21)的側壁上 設有和操縱機構滑輪(1)適配的插板閥(13)。
5. 如權利要求4所述的設有連續投料裝置的矽單晶爐，其特徵 在於料筒(7)、壓杆外套筒(4)、上下扁鋼片(9、 10)、壓杆(5)、 壓杆滑輪(3)、銷軸(11)、操縱連杆(2)和操縱機構滑輪(1)的 材質為316不鏽鋼。
6. 如權利要求4或5所述的設有連續投料裝置的矽單晶爐，其 特徵在於矽片(6)為矽單晶棒或多晶棒切成的薄片。
全文摘要
一種矽單晶爐連續投料裝置及設有該裝置的矽單晶爐，涉及矽單晶爐配套設備，包括料筒(7)，料筒(7)設有上端外表面向內延伸的凸臺(8)，料筒(7)的底邊內翻並卡設一矽片(6)，壓杆外套筒(4)兩端通過上下扁鋼片(9、10)固設在料筒(7)內，壓杆外套筒(4)內設有可在壓杆外套筒(4)內上下移動的壓杆(5)，壓杆(5)的上端設有壓杆滑輪(3)，通過銷軸(11)設置在上扁鋼片(9)上的操縱連杆(2)的一端和壓杆滑輪(3)的外表面抵接，另一端和操縱機構滑輪(1)連接。本發明結構簡單，能夠在不開爐的條件下，連續向石英坩堝內投料，使得矽單晶爐產量和成品率增高，降低能耗和成本。
文檔編號C30B15/02GK101403136SQ20081017587
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月7日 優先權日2008年11月7日
發明者飛 王, 賴汝萍 申請人:飛 王