CN102912416A

CN102912416A - 新型多晶炉加热装置

Info

Publication number: CN102912416A
Application number: CN2012104104299A
Authority: CN
Inventors: 吴学军; 周凯平
Original assignee: NINGXIA RIJING NEW ENERGY EUIPMENT CO Ltd
Current assignee: NINGXIA RIJING NEW ENERGY EUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-02-06

Abstract

一种新型多晶炉加热装置，包括：外壳、热场装置、加热装置、抽真空装置、悬挂支撑装置；热场装置包括：隔热笼、外保温层、内保温层、坩埚底板、热交换台侧部保温条、热交换台、底部保温层、热交换台底部保温层、顶部保温层；当需要定向结晶时，缓慢提起隔热笼，底部保温层与热交换台底部保温层脱离产生缝隙，大量的辐射热能会经热交换台从此缝隙散发，在硅液的结晶面形成一个垂直均匀分布的温度梯度，通过控制散热，加热使硅液的结晶凝固得到有效控制，从而生产出符合使用要求的多晶硅铸锭。

Description

新型多晶炉加热装置

技术领域：

本发明涉及多晶硅锭的制造装置，特别涉及一种新型多晶炉加热装置。

背景技术：

多晶硅铸锭炉是多晶硅料转化为多晶硅锭工艺过程中的必备设备，而多晶硅锭经工艺处理后又是光伏发电和半导体行业中的基础原料。多晶硅锭作为现代信息社会的关键支撑材料，是目前世界上最重要的多晶材料之一，它不仅是发展计算机与集成电路的主要功能材料，也是光伏发电利用太阳能的主要功能材料。

多晶硅铸锭过程中，溶化，长晶、退火工序都要求在温度梯度均匀分布的状态下进行，因此需根据加热工艺要求控制腔体内温度分布，新型多晶炉加热装置可精确控制腔体内温度梯度均匀分布，从而实现工艺要求。

发明内容：

鉴于此，有必要设计一种新型多晶炉加热装置。

一种新型多晶炉加热装置，包括：外壳、热场装置、加热装置、抽真空装置、悬挂支撑装置；其中，外壳包括上腔体和下腔体；悬挂支撑装置包括提升杆、吊耳和支撑杆；支撑杆垂直固定于外壳底部，提升杆垂直连接于外壳内部，提升杆顶端与外壳顶部的提升装置相连，提升杆底端与设置在热场装置顶面的吊耳相连；热场装置为可从下底面打开的长方体腔体，热场装置通过在其顶部与提升杆连接及底部与支撑杆连接来固定悬吊在外壳内，加热装置位于热场装置内且罩在石英坩埚上，抽真空装置位于外壳外并通过管道与外壳上对应的孔相连。

优选的，热场装置包括：隔热笼、外保温层、内保温层、坩埚底板、热交换台侧部保温条、热交换台、底部保温层、热交换台底部保温层、顶部保温层；其中，隔热笼为长方体腔体，其上下面开口；在隔热笼内壁设有一层紧靠隔热笼的外保温层，在紧靠外保温层的内部又设有内保温层；在隔热笼顶部开口处设有顶部保温层，在隔热笼底端开口处设有一圈矩型带状的底部保温层；在支撑杆中部水平固定有热交换台底部保温层，其大小要与底部保温层内圈相适应；在支撑杆顶端从上到下依次设有坩埚底板、热交换台侧部保温条、热交换台，其中坩埚底板用于盛放石英坩埚。

优选的，加热装置包括顶部加热体、侧面加热体、铜电极、石墨电极、固定夹、隔热板；其中，三个固定夹呈三角形坐落在隔热板下表面的边线处，固定夹底端固定着四段侧面加热体，每段侧面加热体呈“W”型，四段侧面加热体首尾相连形成中空的与石英坩埚相配合的矩形；顶部加热体也呈“W”型弯折且位于隔热板下与隔热板平行，顶部加热体与穿过隔热板的石墨电极直接相连；铜电极底端穿过顶部保温层与隔热板上的石墨电极和固定夹相连，铜电极顶端通过外壳顶部的孔与电源线相连。

优选的，抽真空装置与外壳采用法兰连接。

本发明通过设置底端可封闭/打开的热场装置，当需要定向结晶时，缓慢提起隔热笼，底部保温层与热交换台底部保温层脱离产生缝隙，大量的辐射热能会经热交换台从此缝隙散发，此时，热交换台与石英坩埚必然发生热交换，从而使石英坩埚的底部的硅液发生结晶现象，同时热交换台侧部保温条将热场腔体分成上下两部分，上部与内保温层仍然是一个封闭的环境，从而形成一个高温区，可维持工艺需要的温度，而下部由于散热作用，形成一个低温区，这样在整个热场腔体中，在硅液的结晶面形成一个垂直均匀分布的温度梯度，通过控制散热，加热使硅液的结晶凝固得到有效控制，从而生产出符合使用要求的多晶硅铸锭。

附图说明：

附图1是一较佳实施方式的新型多晶炉加热装置的剖视图。

附图2是一较佳实施方式的新型多晶炉加热装置长晶阶段的剖视图。

附图3是一较佳实施方式的加热装置倒置后的立体图。

图中：上腔体11、下腔体12、法兰13、提升杆21、吊耳22、支撑杆23、隔热笼31、外保温层38、内保温层32、坩埚底板33、热交换台侧部保温条34、热交换台35、底部保温层36、热交换台底部保温层37、顶部保温层39、顶部加热体41、侧面加热体42、铜电极46、石墨电极45、固定夹43、隔热板44。

具体实施方式：

如图1、图2所示，一种新型多晶炉加热装置，包括：外壳、热场装置、加热装置、抽真空装置、悬挂支撑装置；其中，外壳包括上腔体11和下腔体12；悬挂支撑装置包括提升杆21、吊耳22和支撑杆23；支撑杆23垂直固定于外壳底部，提升杆21垂直连接于外壳内部，提升杆21顶端与外壳顶部的提升装置相连，提升杆21底端与设置在热场装置顶面的吊耳22相连；热场装置为可从下底面打开的长方体腔体，热场装置通过在其顶部与提升杆21连接及底部与支撑杆23连接来固定悬吊在外壳内，加热装置位于热场装置内且罩在石英坩埚上，抽真空装置位于外壳外并通过管道与外壳上对应的孔相连。

在本实施方式中，热场装置包括：隔热笼31、外保温层38、内保温层32、坩埚底板33、热交换台侧部保温条34、热交换台35、底部保温层36、热交换台底部保温层37、顶部保温层39；其中，隔热笼31为长方体腔体，这个腔体为热场腔体，其上下面开口；在隔热笼31内壁设有一层紧靠隔热笼31的外保温层38，在紧靠外保温层38的内部又设有内保温层32；在隔热笼31顶部开口处设有顶部保温层39，在隔热笼31底端开口处设有一圈矩型带状的底部保温层36；在支撑杆23中部水平固定有热交换台底部保温层37，其大小要与底部保温层36内圈相适应；在支撑杆23顶端从上到下依次设有坩埚底板33、热交换台侧部保温条34、热交换台35，其中坩埚底板33用于盛放石英坩埚。

结合图3所示，在本实施方式中，加热装置包括顶部加热体41、侧面加热体42、铜电极46、石墨电极45、固定夹43、隔热板44；其中，三个固定夹43呈三角形坐落在隔热板44下表面的边线处，固定夹43底端固定着四段侧面加热体42，每段侧面加热42体呈“W”型，四段侧面加热体42首尾相连形成中空的与石英坩埚相配合的矩形；顶部加热体41也呈“W”型弯折且位于隔热板44下与隔热板44平行，顶部加热体41与穿过隔热板44的石墨电极45直接相连；铜电极46底端穿过顶部保温层39与隔热板44上的石墨电极45和固定夹43相连，铜电极46顶端通过外壳顶部的孔与电源线相连。抽真空装置与外壳采用法兰连13接。

要想获得具有单向凝固组织的多晶硅锭，就必须保证能够通过控制电路对顶部加热体41和侧面加热体42的加热器进行控制，获得工艺要求的温度梯度，使石英坩埚底部的多晶硅开始凝固时，石英坩埚中部及顶部的多晶硅仍处于熔融状态，以便实施有效的单向凝固。

布置在石英坩埚周围的顶部加热体41和侧面加热体42提供硅原料熔融的辐射热能，为阻隔辐射热能的释放，在石英坩埚周围，隔热笼31内侧布置了外保温层38和内保温层32，在隔热笼31底部、上部布置了底部保温层36和顶部保温层39，从而确保硅原料在一个封闭且没有辐射热能散失的环境中熔融，顶部加热体41和侧面加热体42提供的热量全部用于熔融硅原料；按此要求组装的热场装置安装在外壳内后，清除热场装置内的空气以达到制造工艺要求的高真空环境，通电启动顶部加热体41和侧面加热体42，按工艺要求先温度控制，再功率控制，将硅原料加热至一千四百多摄氏度，使之完全融化，由于在封闭的保温环境下进行，约10多个小时便可将数百公斤的硅原料熔化，根据工艺要求继续保温一段时间，让硅原料中的等杂质充分熔化，挥发或汽化；然后改变控制模式，逐步缓慢提起隔热笼31，由于隔热笼31的保温作用，隔热笼31内部与隔热笼31外部会有一个温差，底部保温层36与热交换台底部保温层37脱离产生缝隙，大量的辐射热能会经热交换台35从此缝隙散发，此时，热交换台35与石英坩埚必然发生热交换，从而使石英坩埚的底部的硅液发生结晶现象，同时热交换台侧部保温条34将热场腔体分成上下两部分，上部与内保温层32仍然是一个封闭的环境，从而形成一个高温区，可维持工艺需要的温度，而下部由于散热作用，形成一个低温区，这样在整个热场腔体中，在硅液的结晶面形成一个垂直均匀分布的温度梯度，通过控制散热，加热使硅液的结晶凝固得到有效控制，从而生产出符合使用要求的多晶硅铸锭。

Claims

1.一种新型多晶炉加热装置，其特征在于，包括：外壳、热场装置、加热装置、抽真空装置、悬挂支撑装置；其中，外壳包括上腔体和下腔体；悬挂支撑装置包括提升杆、吊耳和支撑杆；支撑杆垂直固定于外壳底部，提升杆垂直连接于外壳内部，提升杆顶端与外壳顶部的提升装置相连，提升杆底端与设置在热场装置顶面的吊耳相连；热场装置为可从下底面打开的长方体腔体，热场装置通过在其顶部与提升杆连接及底部与支撑杆连接来固定悬吊在外壳内，加热装置位于热场装置内且罩在石英坩埚上，抽真空装置位于外壳外并通过管道与外壳上对应的孔相连。

2.如权利要求1所述的新型多晶炉加热装置，其特征在于：热场装置包括：隔热笼、外保温层、内保温层、坩埚底板、热交换台侧部保温条、热交换台、底部保温层、热交换台底部保温层、顶部保温层；其中，隔热笼为长方体腔体，其上下面开口；在隔热笼内壁设有一层紧靠隔热笼的外保温层，在紧靠外保温层的内部又设有内保温层；在隔热笼顶部开口处设有顶部保温层，在隔热笼底端开口处设有一圈矩型带状的底部保温层；在支撑杆中部水平固定有热交换台底部保温层，其大小要与底部保温层内圈相适应；在支撑杆顶端从上到下依次设有坩埚底板、热交换台侧部保温条、热交换台。

3.如权利要求2所述的新型多晶炉加热装置，其特征在于：加热装置包括顶部加热体、侧面加热体、铜电极、石墨电极、固定夹、隔热板；其中，三个固定夹呈三角形坐落在隔热板下表面的边线处，固定夹底端固定着四段侧面加热体，每段侧面加热体呈“W”型，四段侧面加热体首尾相连形成中空的与石英坩埚相配合的矩形；顶部加热体也呈“W”型弯折且位于隔热板下与隔热板平行，顶部加热体与穿过隔热板的石墨电极直接相连；铜电极底端穿过顶部保温层与隔热板上的石墨电极和固定夹相连，铜电极顶端通过外壳顶部的孔与电源线相连。

4.如权利要求1所述的新型多晶炉加热装置，其特征在于：抽真空装置与外壳采用法兰连接。