CN102864491B - 一种预热装置及装置平移系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预热装置及装置平移系统，用于区域熔化多晶硅棒时，预热多晶硅棒，以解决现有技术中区域熔化大直径多晶硅棒预热时间长的问题。本发明提供的预热装置具有能在电流磁场作用下产生感应电流并发热的壳体，壳体内部具有能将多晶硅棒预热部分不接触环绕，且与所述多晶硅棒预热部分形状相似的通孔。通过本发明能够将多晶硅棒预热部分环绕加热，增加多晶硅棒的受热面积，节省了预热时间。

Description

一种预热装置及装置平移系统

技术领域

本发明涉及感应加热技术领域，尤其涉及一种预热装置及装置平移系统。

背景技术

利用区域熔化法生长单晶硅的过程中，区域熔化单晶生长的多晶硅棒靠高频感应在多晶表面产生涡流（电流），使多晶硅棒料发热而熔化，熔化后的多晶硅熔液沿着多晶硅棒流动，在晶种的引导下慢慢的生长成单晶硅，但是多晶硅棒在常温下是不导电的，也就是说在常温下高频磁场在棒料表面并不能产生涡流使棒料熔化，所以需要对棒料进行预加热。

现有的对多晶硅棒进行预加热的方法主要有以下几种方式：

一、钼丝加热方法，将钼丝捆绑在多晶硅棒料的端部，通过钼丝在高频电流下导电后发红发热对棒料进行加热，由于在多晶硅棒预热的过程中，都需要将钼丝捆绑在多晶硅棒料上，因此，此种方法难以预热大直径的多晶硅棒，一般应用于直径较小的多晶硅棒，主要是直径小于Ф30mm的多晶硅棒。

二、石墨预热叉方法，将直径Ф70-80mm的石墨环切成三等份，并在外面包裹一层石英，在背部加一石英管，对棒料进行加热，此种方法可以对直径在Ф30-80mm的多晶硅棒进行加热，但是此种预热方法，需要石墨预热叉与多晶硅棒接触加热，可能造成生长的单晶硅纯度降低，并且预热效果差。

上述采用石墨预热叉方法进行预加热的方法，虽然可以对大直径的多晶硅棒进行预加热，但是由于多晶硅棒直径大，并且电阻高，因此，预热的时间较长，对于Ф60-80mm的多晶硅棒，区域熔化多晶硅棒的时间一般在20-40分钟，对于直径为Ф90-130mm，棒长1800mm的多晶硅棒，预热时间需要一个多小时，甚至是两个小时，预热时间过长，造成人力物力的浪费，产生的经济效益不高，损失较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种预热装置及装置平移系统，以解决现有技术中区域熔化大直径多晶硅棒，预热时间长，经济效益不高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明一方面提供了一种预热装置，用于区域熔化多晶硅棒时，预热多晶硅棒，该预热装置具有能在电流磁场作用下产生感应电流并发热的壳体，壳体内部具有能将多晶硅棒预热部分不接触环绕，且与所述多晶硅棒预热部分形状相似的通孔。

本发明的另一方面还提供了一种装置平移系统，用于区域熔化多晶硅棒时移动预热装置，包括平动机构、连接棒，以及上述预热装置，该预热装置具有能在电流磁场作用下产生感应电流并发热的壳体，壳体内部具有能将多晶硅棒预热部分不接触环绕，且与所述多晶硅棒预热部分形状相似的通孔；其中，所述预热装置通过所述连接棒与所述平动机构连接，通过所述平动机构移动所述预热装置。

本发明提供的预热装置，能够将多晶硅棒预热部分环绕加热，增加多晶硅棒的受热面积，节省预热时间，尤其预热大直径的多晶硅棒时，能够较好的提高预热效率，具有较高的经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例提供的预热装置剖面示意图；

图2为本发明实施例提供的预热装置形状示意图；

图3为本发明实施例提供的装置平移系统示意图；

图4为本发明实施例提供的连接棒剖面示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种预热装置，用于区域熔化多晶硅棒时，将多晶硅棒的预热部分环绕起来进行加热，能够增加多晶硅棒的受热面积，减少预热时间，特别适用于预热大直径的多晶硅棒。

本发明实施例一提供了一种预热装置，该预热装置具有能在电流磁场作用下产生感应电流并发热的壳体，壳体内部具有能将多晶硅棒预热部分不接触环绕，且与所述多晶硅棒预热部分形状相似的通孔。

优选的，上述预热装置的壳体制作材料可优选导电好、密度大、硬度强的石墨材料，利用这种材料制备预热装置，生产过程中材料不易粉碎，易加工，并且常温下不掉粉，在高温下不产生任何挥发物。

优选的，为了和多晶硅棒形状相适应，并简化制作工艺，本发明实施例中可优选将上述预热装置的壳体外部形状设定为圆柱形，内部通孔的空间形状设定为上顶面和下底面直径不同的圆台形状。

更为优选的，为了能够方便进行多晶硅棒预热时，移动预热装置，本发明实施例中可在预热装置的圆柱体形状的壳体侧壁上，沿水平方向凿入一圆孔，用于移动该预热装置时与外接设备连接。并且，为了使预热装置与外接设备连接时，重心平稳，优选的将该凿入的圆孔设置于圆柱体的柱高中心处。

更为优选的，为了使预热装置与外接设备连接时，达到最好的固定效果，本发明实施例中，可在壳体的上顶面或下底面外壁沿垂直方向凿入一锁孔，并使该锁孔与圆孔连通，用于将预热装置与外接设备锁定连接。

优选的，为了达到更好的锁定连接效果，锁孔可以穿透壳体侧壁上的圆孔，例如，当圆孔位于圆柱体的柱高中心处时，锁孔的凿入深度就可以是大于圆柱体的柱高的一半，但小于柱高。

如图1所示，为本发明实施例提供的具有侧壁圆孔与锁孔，并且壳体外壁呈圆柱体，内部通孔为上大下小的圆台形状的预热装置剖面图。图1中，10为圆柱体形状的壳体外壁，11为上顶面大下底面小的圆台形状的通孔，12为锁孔，13为侧壁上沿水平方向凿入的圆孔。

本发明实施例中，将预热多晶硅棒的预热装置制造为中间通孔的环状形，将多晶硅棒的预热部分环绕加热，增大了预热部分的受热面积，预热大直径多晶硅棒时，能够较好的减少预热时间，提高预热效率。

本发明实施例二中将结合实际应用对实施例一中的预热装置进行详细说明，本发明实施例中以区域熔化多晶硅棒直径为100mm-130mm，棒料锥度为30度的预热装置为例进行说明，预热装置中各部件的具体尺寸与实际区熔的多晶硅棒的尺寸相适应，并不局限本发明实施例中所涉及的具体尺寸。

本发明实施例中仍将预热装置的外壁壳体设计为圆柱体形状，内部设计为圆台形状，其中，具体设计的尺寸可选，并不局限于本发明实施例中提供的下述尺寸。本发明实施例中，圆柱体10的顶面和底面直径为Φ75mm，柱高20mm，内部圆台通孔11的两端面上大下小，内孔11上顶面直径Φ55mm，内孔11下底面Φ35mm。为了与外部设备连接，需在圆柱体外壁柱高中心处，沿侧壁方向凿入一水平圆孔13，圆孔13的直径为Φ10mm；在圆孔的垂直中心处，并沿圆柱体上顶面凿入一竖向的锁孔12，锁孔12的直径为Φ10mm，最终制造出的预热装置形状如图2所示。

本发明实施例二提供的上述预热装置可以区域熔化大直径多晶硅棒，并且可以将多晶硅棒预热部分完全围绕加热，能够提高预热效率，减少预热时间。

本发明实施例三还提供了一种用于在预热多晶硅棒时，移动上述预热装置的装置平移系统，该平移系统的构成如图3所示，包括平动机构21和连接棒22，还包括上述实施例中的预热装置23，预热装置23通过连接棒22与平动机构21连接，通过平动机构21移动预热装置。

具体的，连接棒22为相对棒体中心对称，中部与端部直径不同的圆柱体；其中，端部圆柱体的直径与预热装置23侧壁上的圆孔13直径相匹配。

优选的，上述装置平移系统中还包括锁栓；连接棒22的圆柱体端部还具有一竖向圆孔221，竖向圆孔221的直径与预热装置23上的锁孔12直径相匹配；当连接棒22的圆柱体端部通过预热装置23侧壁上的圆孔13插入预热装置23时，竖向圆孔221与锁孔位置12对应，通过锁栓将预热装置23与连接棒22锁定连接。

具体的，连接棒22的圆柱体端部的长度不大于预热装置23侧壁上圆孔13的凿入深度，以能达到固定连接的效果为准。

更为优选的，为了达到更好的预热效果，连接棒22具有与预热装置23相同的材料，可以优选石墨材料。

优选的，为了与实施例二中的预热装置相连接，本发明实施例中的连接棒22的具体设计尺寸如下：棒长86mm，两端部圆柱体223的直径为Φ10mm，长13mm，中部圆柱体222的直径为Φ12mm，长60mm，连接棒22的剖面示意图如图4所示，当然具体实施时，连接棒的设计尺寸并不局限于本发明实施例的上述连接棒的设计尺寸，能够达到固定连接预热装置即可。

本发明实施例提供的装置平移系统，能够通过连接棒与预热装置锁定连接，并能够较好的在预热多晶硅棒时，平移预热装置。

具体的，在实际区域熔化多晶硅棒时，可采用如下工序：

一、将预热装置23与连接棒22具有竖向圆孔221的一端连接并锁定，连接棒的另一端与平动机构21连接并锁定。然后调节预热装置与加热线圈的间距和中心距，使加热线圈放置于预热装置的正下方。

二、预热多晶硅棒时，开启高频电源高压，使加热线圈产生感应电流，并在周围产生电流磁场，由于预热装置位于加热线圈的正上方，并且预热装置的外壳材料能够在电流磁场下产生感应电流并发热，因此，通过加热线圈的电流磁场，使预热装置表面产生高频感应电流，并产生热量，对伸入预热装置中间通孔的多晶硅棒前端预热部分，进行高温辐射加热。只需要预热较短的时间，多晶硅棒前端预热部分就会发红，当多晶硅棒自身可以产生感应电流时，预热装置23在平移机构21的作用下移出加热位置，完成预热。

利用本发明实施例提供的预热装置，以及移动预热装置的装置平移系统，能够很好的对多晶硅棒进行预热，尤其适用于大直径多晶硅棒，减少了预热时间，提高了预热效率，并提高了经济效益。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种预热装置，用于区域熔化多晶硅棒时，预热多晶硅棒，其特征在于，该预热装置具有能在电流磁场作用下产生感应电流并发热的壳体，壳体内部具有能将多晶硅棒预热部分不接触环绕，且与所述多晶硅棒预热部分形状相似的通孔，其中壳体内部的通孔的底部通孔相对较小。

2.如权利要求1所述的预热装置，其特征在于，所述壳体的外部形状为圆柱体。

3.如权利要求2所述的预热装置，其特征在于，所述壳体上具有从壳体的侧壁沿水平方向凿入的、用于移动所述预热装置时连接外接设备的圆孔。

4.如权利要求3所述的预热装置，其特征在于，所述圆孔位于圆柱体的柱高中心处。

5.如权利要求3或4所述的预热装置，其特征在于，所述壳体上具有从壳体的上顶面或下底面外壁沿垂直方向凿入的、用于将所述预热装置与所述外接设备锁定连接的锁孔，所述锁孔与所述圆孔连通。

6.如权利要求1所述的预热装置，其特征在于，所述预热装置的材料为石墨。

7.一种装置平移系统，用于区域熔化多晶硅棒预热时移动预热装置，包括平动机构和连接棒，其特征在于，还包括权利要求1-6任一项所述的预热装置，所述预热装置通过所述连接棒与所述平动机构连接，通过所述平动机构移动所述预热装置。

8.如权利要求7所述的装置平移系统，其特征在于，所述连接棒为相对棒体中心对称，中部与端部直径不同的圆柱体；其中，端部圆柱体的直径与所述预热装置侧壁上的圆孔直径相匹配、且小于中部圆柱体的直径。

9.如权利要求8所述的装置平移系统，其特征在于，还包括锁栓；且所述连接棒的圆柱体端部还具有一竖向圆孔，所述竖向圆孔的直径与所述预热装置上的锁孔直径相匹配；当所述连接棒的圆柱体端部通过预热装置侧壁上的圆孔插入所述预热装置时，所述竖向圆孔与所述锁孔位置对应，通过所述锁栓将所述预热装置与所述连接棒锁定连接。

10.如权利要求9所述的装置平移系统，其特征在于，所述连接棒的圆柱体端部的长度不大于预热装置侧壁上圆孔的凿入深度。

11.如权利要求7-10任一项所述的装置平移系统，其特征在于，所述连接棒具有与预热装置相同的材料。