CN102925962B - 一种用于正压晶体生长炉的操作及观察窗口 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非金属晶体制造设备中的一个部分，旨在提供一种用于正压晶体生长炉的操作及观察窗口。该操作及观察窗口包括观察窗口组件、炉室法兰、压板和操作窗口座，炉室法兰固定在炉体上，观察窗口组件包括观察窗口座、窗口玻璃和垫片；观察窗口组件之间以及窗口玻璃与压板之间设有垫片；在操作窗口座内设有循环水道，外表面上设有操作窗口进水口和操作窗口出水口；压板上设有观察窗口进水口和观察窗口出水口。本发明操作空间大，观察视野开阔，方便设备的维护和生产，同时，将操作窗口和观察窗口集成在一起，布局紧凑、合理，强度高，密封性好，安全性高，为安全生产提供保证。

Description

一种用于正压晶体生长炉的操作及观察窗口

技术领域

本发明是关于一种非金属晶体制造设备中的一个部分，特别涉及一种用于正压晶体生长炉的操作及观察窗口。

背景技术

 晶体生长炉是一种用于人工晶体生长的设备，按照晶体生长氛围压力，可分为负压晶体生长炉、微正压晶体生长炉以及正压晶体生长炉等。正压区熔炉是一种典型的正压单晶硅生长炉，它利用线圈将原料硅棒局部加热熔化，熔区依靠熔硅的表面张力和加热线圈提供的磁托浮力而处于悬浮态，然后从熔区下方利用旋转着的籽晶将熔硅拉制成单晶硅。悬浮区熔时，熔区呈悬浮状态，不与任何物质相接触，因而不会被沾污。此外，由于硅中杂质的分凝效应和蒸发效应，可以获得高纯硅单晶。

由于区熔生长法的特殊性，到目前区熔单晶炉自动长晶工艺尚不成熟，区熔硅单晶生长的过程中，需要拉晶人员根据熔区状态进行功率、生长速度和转速等工艺参数的调整，这要求区熔炉提供一个拉晶人员便于观察的观察窗口。同时为了方便炉室清理以及加热线圈等设备的更换和维护，还需要区熔炉提供一个操作及维护窗口。由于区熔炉炉内充满保护气体或掺杂气体，绝对压力达到5bar以上，这对观察窗口的密封性、安全性都提出了很高的要求：掺杂气体泄漏、观察窗口玻璃破碎等都将严重威胁拉晶人员人身安全。

传统的晶体生长炉观察窗口中，最典型的是直拉硅单晶炉以及多晶硅铸锭炉观察窗口。中国专利CN 201648563U公开了一种镀金隔热单晶炉视窗，采用双层玻璃结构：内层玻璃为石英玻璃，外层玻璃采用镀金玻璃隔热，中间为空气。这种结构主要用于负压的单晶生长炉观察窗，无法满足正压的密封和承压要求，且镀金玻璃价格高，隔热效果无法达到水冷的效果，无法满足拉晶人员长时间、近距离观察的要求。中国专利CN 102296357A公开了一种拉晶炉观察窗，采用单层镀膜玻璃，也无法满足要求。中国专利CN 102181942A、CN 102212886A、CN 101274759B等均为单晶炉或多晶硅铸锭炉观察窗口，利用摄像头成像的形式观察，而区熔单晶炉中由于熔区处于线圈中间，摄像机无法成像，这种结构也无法满足要求。而在现有的区熔单晶炉的操作及观察窗口中，操作窗口及观察窗口分别为两个窗口，不利于结构集成，且其观察窗口较小，承受压力较低，无法满足大直径区熔炉中5bar以上压力的要求。实有必要开发一种满足大直径区熔硅单晶炉的操作及观察窗口。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种方便拉晶人员清理炉膛、设备维护和更换的用于正压晶体生长炉的操作及观察窗口。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种用于正压晶体生长炉的操作及观察窗口，包括窗口玻璃，所述操作及观察窗口还包括炉室法兰、压板、垫片、观察窗口座和操作窗口座；所述压板包括中层玻璃压板和外层玻璃压板，窗口玻璃包括内层玻璃、中层玻璃和外层玻璃；所述外层玻璃固定在中层玻璃压板和外层玻璃压板之间，中层玻璃固定在观察窗口座和中层玻璃压板之间，内层玻璃固定在观察窗口座上，观察窗口座固定在操作窗口座中间，操作窗口座与炉室法兰连接；窗口玻璃与观察窗口座、压板之间，以及窗口玻璃之间设有垫片；在操作窗口座内设有循环水道，外表面上设有操作窗口进水口和操作窗口出水口；中层玻璃压板上设有观察窗口进水口和观察窗口出水口；炉室法兰固定在炉体上。

作为进一步的改进，所述观察窗口进水口位于中层玻璃压板的下方，观察窗口出水口位于中层玻璃压板的上方。

作为进一步的改进，所述的垫片有5块：内层玻璃与观察窗口座之间的垫片为全氟橡胶垫片，内层玻璃与中层玻璃、中层玻璃与中层玻璃压板、中层玻璃压板与外层玻璃、外层玻璃与外层玻璃压板之间的垫片为聚四氟乙烯垫片。

作为进一步的改进，所述中层玻璃压板通过螺钉固定在观察窗口座上，外层玻璃压板通过螺钉固定在中层玻璃压板上。

作为进一步的改进，所述操作窗口座与炉室法兰通过铰链连接；操作窗口座与炉室法兰的贴合平面上至少各有2个对应孔位，能通过固定螺钉固定操作窗口座与炉室法兰。

作为进一步的改进，所述内层玻璃是厚度不少于35mm的硼硅酸或者铝硅酸玻璃。

作为进一步的改进，所述中层玻璃和外层玻璃是厚度不少于5mm的石英玻璃。

作为进一步的改进，所述操作窗口座是中间设有沉肩的不锈钢材质的圆盘，厚度不少于30mm。

作为进一步的改进，所述沉肩的直径不小于200mm，深度大于内层玻璃的厚度。

作为进一步的改进，所述操作窗口座内表面设有至少一个燕尾槽型的O型圈槽和0型圈。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

为拉晶人员提供了一个清理炉膛、设备维护和更换的操作及观察窗口，操作空间大，观察视野开阔，方便设备的维护和生产。同时，将操作窗口和观察窗口集成在一起，布局紧凑、合理，强度高，密封性好，安全性高，为安全生产提供保证。

附图说明

图1为本发明的立体图。

图2为本发明的剖视图。

图中的附图标记为：1炉室法兰；2操作窗口座；3观察窗口座；4垫片；5内层玻璃；6中层玻璃；7外层玻璃；8中层玻璃压板；9外层玻璃压板；10 O型圈；11铰链；12操作窗口进水口；13操作窗口出水口；14观察窗口进水口；15观察窗口出水口。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

图1、2中的一种用于正压晶体生长炉的操作及观察窗口，包括固定在炉体上的炉室法兰1、观察窗口组件和操作窗口座2。

操作窗口座2是中间设有沉肩的不锈钢材质的圆盘，其厚度不少于30mm，以保证高炉膛压力下操作窗口座2的强度和刚度。所述沉肩的直径不小于200mm，深度大于内层玻璃5的厚度。操作窗口座2与炉室法兰1通过铰链11连接，可沿铰链11中心旋转，且因为操作窗口座2与炉室法兰1的贴合平面上各均布有不少于24个的对应孔位，可通过固定螺钉使操作窗口座2与炉室法兰1固定。在操作窗口座2内设有循环水道，外表面上设有操作窗口进水口12和操作窗口出水口13，为操作窗口提供冷却。操作窗口座2内表面还设有燕尾槽型的O型圈槽及O型圈10，由于操作窗口需要经常打开、关闭， O型圈槽采用燕尾槽型可防止O型圈10掉落。

操作窗口座2中间设有观察窗口组件，包括观察窗口座3、窗口玻璃和垫片4。所述观察窗口座3固定在操作窗口座2中间。所述压板包括中层玻璃压板8和外层玻璃压板9，中层玻璃压板8通过螺钉固定在观察窗口固定座上，外层玻璃压板9通过螺钉固定在中层玻璃压板8上。窗口玻璃包括内层玻璃5、中层玻璃6和外层玻璃7。外层玻璃7固定在中层玻璃压板8和外层玻璃压板9之间，中层玻璃6固定在观察窗口座3和中层玻璃压板8之间，内层玻璃5固定在观察窗口座3上。中层玻璃压板8上设有观察窗口进水口14和观察窗口出水口15，观察窗口进水口14位于中层玻璃压板8的下方，观察窗口出水口15位于中层玻璃压板8的上方，防止炉膛内高温溶液对拉晶人员造成光热辐射伤害。

所述的垫片4有5块：内层玻璃5与观察窗口座3之间的垫片4为全氟橡胶垫片，内层玻璃5与中层玻璃6、中层玻璃6与中层玻璃压板8、中层玻璃压板8与外层玻璃7、外层玻璃7与外层玻璃压板9之间均为聚四氟乙烯垫片。全氟橡胶垫片密封性、耐高温性、耐老化性好，聚四氟乙烯垫片可以起到较好的密封和缓冲作用。

本发明中采用三层玻璃结构：内层玻璃5主要起到承压作用，内层玻璃5和中层玻6璃之间为空气，中层玻璃6和外层玻璃7之间通水，这种结构内层承压玻璃5里层和外层温差较小，布局合理，安全可靠。内层玻璃5是厚度不少于35mm的硼硅酸或者铝硅酸玻璃，起到承受晶体生长炉内正压的作用。中层玻璃6和外层玻璃7是厚度不少于5mm的透明石英玻璃，且中层玻璃6和外层玻璃7之间通水，防止拉晶人员被炉内高温溶液辐射造成人身伤害。在传统观察窗口中，只有内层玻璃5和外层玻璃7，内层承压玻璃与外层玻璃7之间通冷却水，这样内层玻璃5里层直接受到高温溶液辐射而温度高，外层接触冷却水而温度低，内层玻璃5里、外层温差大，反复拉晶生产后内层玻璃5容易变形、产生裂纹甚至爆炸，对拉晶人员人身安全造成严重的威胁。

一般的拉晶过程包括：拉晶准备—晶体生长—开炉清理过程，结合生产过程中操作及观察窗口的操作，能够方便对本发明的理解：拉晶准备工作中，拉晶人员需要从炉室法兰1进入炉膛进行炉室清理以及设备更换和维护操作；准备工作完成后旋转操作窗口座2使其与炉室法兰1贴合，拧紧固定螺钉，开始进入晶体生长阶段，拉晶过程中，拉晶人员透过观察窗口观察熔区状态，并进行相应的功率、生长速度和转速等工艺参数的调整；完成晶体生长过程后，拧开操作观察窗口座3的固定螺钉，旋开操作窗口座2，开炉清理。

需要指出的是，以上实施案例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于正压晶体生长炉的操作及观察窗口，包括窗口玻璃，其特征在于，所述操作及观察窗口还包括炉室法兰、压板、垫片、观察窗口座和操作窗口座；所述压板包括中层玻璃压板和外层玻璃压板，窗口玻璃包括内层玻璃、中层玻璃和外层玻璃；所述外层玻璃固定在中层玻璃压板和外层玻璃压板之间，中层玻璃固定在观察窗口座和中层玻璃压板之间，内层玻璃固定在观察窗口座上，观察窗口座固定在操作窗口座中间，操作窗口座与炉室法兰连接；窗口玻璃与观察窗口座、压板之间，以及窗口玻璃之间设有垫片；在操作窗口座内设有循环水道，外表面上设有操作窗口进水口和操作窗口出水口；中层玻璃压板上设有观察窗口进水口和观察窗口出水口；炉室法兰固定在炉体上；

所述观察窗口进水口位于中层玻璃压板的下方，观察窗口出水口位于中层玻璃压板的上方；所述中层玻璃压板通过螺钉固定在观察窗口座上，外层玻璃压板通过螺钉固定在中层玻璃压板上。

2.根据权利要求1所述的操作及观察窗口，其特征在于，所述的垫片有5块：内层玻璃与观察窗口座之间的垫片为全氟橡胶垫片，内层玻璃与中层玻璃、中层玻璃与中层玻璃压板、中层玻璃压板与外层玻璃、外层玻璃与外层玻璃压板之间的垫片为聚四氟乙烯垫片。

3.根据权利要求1所述的操作及观察窗口，其特征在于，所述操作窗口座与炉室法兰通过铰链连接；操作窗口座与炉室法兰的贴合平面上至少各有2个对应孔位，能通过固定螺钉固定操作窗口座与炉室法兰。

4.根据权利要求1所述的操作及观察窗口，其特征在于，所述内层玻璃是厚度不少于35mm的硼硅酸或者铝硅酸玻璃。

5.根据权利要求1所述的操作及观察窗口，其特征在于，所述中层玻璃和外层玻璃是厚度不少于5mm的石英玻璃。

6.根据权利要求1所述的操作及观察窗口，其特征在于，所述操作窗口座是中间设有沉肩的不锈钢材质的圆盘，厚度不少于30mm。

7.根据权利要求6所述的操作及观察窗口，其特征在于，所述沉肩的直径不小于200mm，深度大于内层玻璃的厚度。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的操作及观察窗口，其特征在于，所述操作窗口座内表面设有至少一个燕尾槽型的O型圈槽和O型圈。