CN101403136B - 一种硅单晶炉连续投料装置及设有该装置的硅单晶炉 - Google Patents

Abstract

一种硅单晶炉连续投料装置及设有该装置的硅单晶炉，涉及硅单晶炉配套设备，包括料筒(7)，料筒(7)设有上端外表面向内延伸的凸台(8)，料筒(7)的底边内翻并卡设一硅片(6)，压杆外套筒(4)两端通过上下扁钢片(9、10)固设在料筒(7)内，压杆外套筒(4)内设有可在压杆外套筒(4)内上下移动的压杆(5)，压杆(5)的上端设有压杆滑轮(3)，通过销轴(11)设置在上扁钢片(9)上的操纵连杆(2)的一端和压杆滑轮(3)的外表面抵接，另一端和操纵机构滑轮(1)连接。本发明，结构简单，能够在不开炉的条件下，连续向石英坩埚内投料，使得硅单晶炉产量和成品率增高，降低能耗和成本。

Description

一种硅单晶炉连续投料装置及设有该装置的硅单晶炉

技术领域

本发明涉及硅单晶炉配套设备，具体的说是一种硅单晶炉连续投料装置及设有该装置的硅单晶炉。

背景技术

硅单晶炉目前是采用减压拉晶工艺而进行工作的，在硅单晶拉制过程中，连续等速地向单晶炉膛内通入高纯氩气，同时机械泵不断地从炉膛向外抽气，保持炉膛内压强稳定在1333Pa左右，这种工艺既有真空工艺的特点——炉膛内保持负压，又有流动气氛工艺的特点——不断充气，不断排气。由于单晶炉内的温度高达1420℃，又必须在氩气保护下拉晶，所以如何提高拉晶的产量和成品率对于节省耗品和节约能量有重大的实用价值。如能在不开炉的条件下，利用同一只石英坩埚，通过连续投料的方式向石英坩埚内再投入又一炉的硅料，然后再拉制出又一根单晶棒就可以达到以上目的，但是这种辅助配套装置必须具备如下条件：首先能容纳一定体积的硅料，具有一定的硬度不易被硅料磨损；其次在硅单晶炉的高温状态下不能被熔化，保证投料时的原料安全；第三，在投料时硅料在合适的距离落入液面，而不会引起硅熔液的溅出。

目前国内市场上常见的硅单晶炉连续投料装置有两种，一种是用石英玻璃做成的，其存在以下缺陷：第一、造价成本高、制造工艺复杂；第二、石英玻璃易破碎，使用寿命短；第三、其料筒的下端开口结构复杂，操作麻烦，有时会因为不能打开下端开口而导致连续投料失败。另一种是用不锈钢做成的，其料筒的下底是由三瓣不锈钢叶片组成，叶片与料筒壁的边缘以合页连接，三瓣叶片的中心点用一立杆连接以保持底面处于关闭状态。当松开立杆时，三瓣叶片向下打开，硅料从中落下。其存在极大的安全隐患：第一、在高温下固定三瓣叶片的合页容易出现变形，造成三瓣叶片打开不全，使硅料不能完全落下；有时合页变形会导致三瓣叶片脱开与料筒壁的连接，落入熔硅中致使一坩埚的硅料报废；第二、为了做到三瓣叶片的最低点离开熔硅液面有一定的安全距离，必须抬高料筒的高度，致使硅料离开熔硅液面过高，经常导致在连续投料时熔硅溅出液面，而造成硅料的流失和石墨件的损坏；第三、硅料在料筒中由于堆积的因素，经常出现硅料卡住而不能落下，而用插板阀去敲打料筒，有时造成立杆落入坩埚中，造成严重的缺失。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种硅单晶炉连续投料装置及设有该装置的硅单晶炉，结构简单，能够在不开炉的条件下，连续向石英坩埚内投料，使得硅单晶炉产量和成品率增高，降低能耗和成本。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种硅单晶炉连续投料装置，其特征在于：包括由圆柱形的顶部钢筒、圆柱形的中部钢筒和倒置的锥台形的底部钢筒三部分组成的料筒7，顶部钢筒的直径比中部钢筒大，顶部钢筒的底边设有向内延伸的凸台8，凸台8的内侧和中部钢筒的顶边相连，中部钢筒的底边和底部钢筒的顶边相连，底部钢筒的底边内翻并卡设一硅片6，压杆外套筒4两端通过上下扁钢片9、10固设在料筒7内，压杆外套筒4内设有可在压杆外套筒4内上下移动的压杆5，压杆5的上端设有压杆滑轮3，通过销轴11设置在上扁钢片9上的操纵连杆2的一端和压杆滑轮3的外表面抵接，另一端和操纵机构滑轮1连接。

在上述技术方案的基础上，料筒7、压杆外套筒4、上下扁钢片9、10、压杆5、压杆滑轮3、销轴11、操纵连杆2和操纵机构滑轮1的材质为316不锈钢。

在上述技术方案的基础上，硅片6为硅单晶棒或多晶棒切成的薄片。

一种设有连续投料装置的硅单晶炉，其特征在于：包括硅单晶炉主室22，硅单晶炉主室22的上部设有硅单晶炉副室21，硅单晶炉连续投料装置设置在硅单晶炉副室21内，所述的硅单晶炉连续投料装置包括由圆柱形的顶部钢筒、圆柱形的中部钢筒和倒置的锥台形的底部钢筒三部分组成的料筒7，顶部钢筒的直径比中部钢筒大，顶部钢筒的底边设有向内延伸的凸台8，凸台8的内侧和中部钢筒的顶边相连，中部钢筒的底边和底部钢筒的顶边相连，底部钢筒的底边内翻并卡设一硅片6，压杆外套筒4两端通过上、下扁钢片9、10固设在料筒7内，压杆外套筒4内设有可在压杆外套筒4内上下移动的压杆5，压杆5的上端设有压杆滑轮3，通过销轴11设置在上扁钢片9上的操纵连杆2的一端和压杆滑轮3的外表面抵接，另一端和操纵机构滑轮1连接；硅单晶炉副室21和硅单晶炉主室22的连接处设有和凸台8适配的定位销12，硅单晶炉副室21的侧壁上设有和操纵机构滑轮1适配的插板阀13。

在上述技术方案的基础上，料筒7、压杆外套筒4、上下扁钢片9、10、压杆5、压杆滑轮3、销轴11、操纵连杆2和操纵机构滑轮1的材质为316不锈钢。

在上述技术方案的基础上，硅片6为硅单晶棒或多晶棒切成的薄片。

本发明所述的硅单晶炉连续投料装置，结构简单，能够在不开炉的条件下，连续向石英坩埚内投料，使得硅单晶炉产量和成品率增高，降低能耗和成本。

附图说明

本发明有如下附图：

图1硅单晶炉连续投料装置的结构示意图

图2设有硅单晶炉连续投料装置的硅单晶炉的结构示意图

图3硅单晶炉连续投料装置投料示意图

附图标记：

1为操纵机构滑轮，2为操纵连杆，3为压杆滑轮，4为压杆外套筒，5为压杆，6为硅片，7为料筒，8为凸台，9为上扁钢片，10为下扁钢片，11为销轴，12为定位销，13为插板阀，21为硅单晶炉副室，22为硅单晶炉主室，30为硅原料，31为石英坩埚，32为熔硅液面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明所述的硅单晶炉连续投料装置的结构示意图，包括由圆柱形的顶部钢筒、圆柱形的中部钢筒和倒置的锥台形的底部钢筒三部分组成的料筒7，顶部钢筒的直径比中部钢筒大，顶部钢筒的底边设有向内延伸的凸台8，凸台8的内侧和中部钢筒的顶边相连，中部钢筒的底边和底部钢筒的顶边相连，底部钢筒的底边内翻并卡设一硅片6，压杆外套筒4两端通过上下扁钢片9、10固设在料筒7内，压杆外套筒4内设有可在压杆外套筒4内上下移动的压杆5，压杆5的上端设有压杆滑轮3，通过销轴11设置在上扁钢片9上的操纵连杆2的一端和压杆滑轮3的外表面抵接，另一端和操纵机构滑轮1连接。在上述技术方案的基础上，料筒7、压杆外套筒4、上下扁钢片9、10、压杆5、压杆滑轮3、销轴11、操纵连杆2和操纵机构滑轮1的材质为316不锈钢。在上述技术方案的基础上，硅片6为硅单晶棒或多晶棒切成的薄片。

本发明还给出了一种设有连续投料装置的硅单晶炉，如图2所示，包括硅单晶炉主室22，硅单晶炉主室22的上部设有硅单晶炉副室21，硅单晶炉连续投料装置设置在硅单晶炉副室21内，所述的硅单晶炉连续投料装置包括由圆柱形的顶部钢筒、圆柱形的中部钢筒和倒置的锥台形的底部钢筒三部分组成的料筒7，顶部钢筒的直径比中部钢筒大，顶部钢筒的底边设有向内延伸的凸台8，凸台8的内侧和中部钢筒的顶边相连，中部钢筒的底边和底部钢筒的顶边相连，底部钢筒的底边内翻并卡设一硅片6，压杆外套筒4两端通过上、下扁钢片9、10固设在料筒7内，压杆外套筒4内设有可在压杆外套筒4内上下移动的压杆5，压杆5的上端设有压杆滑轮3，通过销轴11设置在上扁钢片9上的操纵连杆2的一端和压杆滑轮3的外表面抵接，另一端和操纵机构滑轮1连接；硅单晶炉副室21和硅单晶炉主室22的连接处设有和凸台8适配的定位销12，硅单晶炉副室21的侧壁上设有和操纵机构滑轮1适配的插板阀13。在上述技术方案的基础上，料筒7、压杆外套筒4、上下扁钢片9、10、压杆5、压杆滑轮3、销轴11、操纵连杆2和操纵机构滑轮1的材质为316不锈钢。在上述技术方案的基础上，硅片6为硅单晶棒或多晶棒切成的薄片。

本发明在使用时，如图2、3所示，先在料筒7底部装好硅片6，以保证料筒7下底的封闭，然后在料筒7内装入硅原料30。装好硅原料30后，将硅单晶炉连续投料装置通过连接部位挂在重锤的钼夹头上(图中未示出)，提升至硅单晶炉副室21内，将硅单晶炉副室移到正常位置，将硅单晶炉副室抽真空达到合格要求，将主副室隔离插板阀13打开，缓慢将硅单晶炉连续投料装置放下，在提拉钢丝、导轨的引导下凸台8滑入定位销12上，自行完成定位。根据设计要求确保料筒底部离开熔硅液面32有一安全距离，此时推动插板阀13，让插板阀13与操纵机构滑轮1接触，进一步推动后，通过杠杆工作原理，操纵连杆2转动，向下推压压杆滑轮3，使压杆5在压杆外套筒4内向下运动，压碎硅片6，使硅片6与硅原料30一起缓慢落入石英坩埚31内的熔硅液面32，完成投料任务。为确保投料安全，可先适当下移石英坩埚31到合适位置，适当降低加热器功率，以达到炉内合适的温度。

如上所述，本发明所述的硅单晶炉连续投料装置及设有该装置的硅单晶炉的优点如下：

第一，选用316不锈钢材料，具有一定的硬度和耐高温性能。

第二，选用清洁硅片6做料筒7的底面，当料筒7下降到合适的高度时，用定位销12配合凸台8将料筒7固定在硅单晶炉副室21和硅单晶炉主室22内，保证料筒7的底面(硅片6)离开熔硅液面32有一安全的距离。

第三，用压杆5向下推压硅片6的中心部位(其他位置亦可，但优选中心部位)，致使硅片6破裂，而向下落入熔硅液面32。料筒7内的硅原料30随之落入熔硅液面32，这样即确保了料筒7底部的安全距离，又能保证投料时石英坩埚31内的熔硅不会溅出。而且，由于作为底部的整个硅片6碎裂后落入熔硅液面32，这样就不存在底部打开不全的问题。

第四，通过插板阀13的推动力作用于料筒7的操纵机构滑轮1，带动操纵连杆2沿销轴11逆时针(如图1所示)转动，由操纵连杆2压迫压杆滑轮3下移，最后由压杆滑轮3带动压杆5下行并撞碎硅片6，能使硅原料30全部安全落入熔硅液面32内。这一套杠杆操作机构的结构简单合理，可靠性高，而且压杆滑轮3的尺寸稍大于压杆外套筒4的直径，可以通过压杆滑轮3防止压杆5脱落掉入石英坩埚31内。

第五、由于将料筒7用定位销12固定在炉壁上，料筒7的提拉钢丝并无受力，用插板阀13推动操纵机构滑轮1时就不会引起料筒机械装置任何部位的损坏或者松开而落入熔硅液面32。

第六、本方案使用的投料装置造价便宜，不易破损，使用寿命长，容易推广应用，可重复使用。

本发明不限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种硅单晶炉连续投料装置，其特征在于：包括由圆柱形的顶部钢筒、圆柱形的中部钢筒和倒置的锥台形的底部钢筒三部分组成的料筒(7)，顶部钢筒的直径比中部钢筒大，顶部钢筒的底边设有向内延伸的凸台(8)，凸台(8)的内侧和中部钢筒的顶边相连，中部钢筒的底边和底部钢筒的顶边相连，底部钢筒的底边内翻并卡设一硅片(6)，压杆外套筒(4)两端通过上下扁钢片(9、10)固设在料筒(7)内，压杆外套筒(4)内设有可在压杆外套筒(4)内上下移动的压杆(5)，压杆(5)的上端设有压杆滑轮(3)，通过销轴(11)设置在上扁钢片(9)上的操纵连杆(2)的一端和压杆滑轮(3)的外表面抵接，另一端和操纵机构滑轮(1)连接。

2.如权利要求1所述的硅单晶炉连续投料装置，其特征在于：料筒(7)、压杆外套筒(4)、上下扁钢片(9、10)、压杆(5)、压杆滑轮(3)、销轴(11)、操纵连杆(2)和操纵机构滑轮(1)的材质为316不锈钢。

3.如权利要求1或2所述的硅单晶炉连续投料装置，其特征在于：硅片(6)为硅单晶棒或多晶棒切成的薄片。

4.一种设有连续投料装置的硅单晶炉，其特征在于：包括硅单晶炉主室(22)，硅单晶炉主室(22)的上部设有硅单晶炉副室(21)，硅单晶炉连续投料装置设置在硅单晶炉副室(21)内，所述的硅单晶炉连续投料装置包括由圆柱形的顶部钢筒、圆柱形的中部钢筒和倒置的锥台形的底部钢筒三部分组成的料筒(7)，顶部钢筒的直径比中部钢筒大，顶部钢筒的底边设有向内延伸的凸台(8)，凸台(8)的内侧和中部钢筒的顶边相连，中部钢筒的底边和底部钢筒的顶边相连，底部钢筒的底边内翻并卡设一硅片(6)，压杆外套筒(4)两端通过上、下扁钢片(9、10)固设在料筒(7)内，压杆外套筒(4)内设有可在压杆外套筒(4)内上下移动的压杆(5)，压杆(5)的上端设有压杆滑轮(3)，通过销轴(11)设置在上扁钢片(9)上的操纵连杆(2)的一端和压杆滑轮(3)的外表面抵接，另一端和操纵机构滑轮(1)连接；硅单晶炉副室(21)和硅单晶炉主室(22)的连接处设有和凸台(8)适配的定位销(12)，硅单晶炉副室(21)的侧壁上设有和操纵机构滑轮(1)适配的插板阀(13)。

5.如权利要求4所述的设有连续投料装置的硅单晶炉，其特征在于：料筒(7)、压杆外套筒(4)、上下扁钢片(9、10)、压杆(5)、压杆滑轮(3)、销轴(11)、操纵连杆(2)和操纵机构滑轮(1)的材质为316不锈钢。

6.如权利要求4或5所述的设有连续投料装置的硅单晶炉，其特征在于：硅片(6)为硅单晶棒或多晶棒切成的薄片。

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