CN103160917A - 一种空心硅芯的拉制模板 - Google Patents

Abstract

一种空心硅芯的拉制模板，涉及一种硅芯拉制模板，包括模板(4)、环形槽(1)、晶液通路(3)和中部块体(2)，在模板(4)上设有环形槽(1)，环形槽(1)为圆环形或多角形，所述环形槽(1)的中间为中部块体(2)，在环形槽(1)的底部设有贯通至模板(4)底部的晶液通路(3)；本发明通过在模板上设置环形槽，融化的晶液进入环形槽，然后通过籽晶提拉出空心硅芯，实现了空心硅芯的拉制；本发明构思奇妙、结构简单，使用成本较低，后期使用效果优于现有实心硅芯，具有一定的市场和应用前景。

Description

一种空心硅芯的拉制模板

【技术领域】

本发明涉及一种硅芯拉制模板，具体地说本发明涉及一种空心硅芯的拉制模板。

【背景技术】

目前，硅芯在国内使用量非常巨大；现有的硅芯是以区熔方式所生产的，其工艺过程中使用高频线圈、仔晶夹头来完成拉制过程，其工作原理如下：工作时通过给高频线圈通入高频电流，高频感应加热，使高频线圈产生电流对原料棒产生磁力线，加热后的原料棒上端头形成融化区，然后将仔晶插入熔化区，慢慢提升仔晶，熔化后的原料就会跟随仔晶上升，形成一个新的柱形晶体，这个新的柱形晶体便是硅芯或其它材料晶体的制成品。

然后将前述硅芯或其它材料晶体的制成品的柱形晶体在还原炉内进行还原反应，所述还原反应是在一个密闭的还原炉中进行的，在装炉前先在还原炉内用硅芯搭接成若干个闭合回路，也就是行话中的“搭桥”；每个闭合回路都由两根竖硅芯和一根横硅芯形成“∏”字形结构；每一个闭合回路的两个竖硅芯分别接在炉底上的两个电极上，两个电极分别接直流电源的正负极，然后对硅芯进行加热，加热中一组搭接好的硅芯相当于一个大电阻，然后向密闭的还原炉内通入氢气和三氯氢硅，开始进行还原反应；这样，所需的多晶硅就会在硅芯表面生成形成多晶硅棒，所述多晶硅棒需要经过破碎、直拉炉拉制成为单晶硅。以上所述就是硅芯及其搭接技术在多晶硅生产中的应用。

在现有的西门子法生产多晶硅的过程中，由于所使用的硅芯直径通常为φ8mm左右的实心硅芯或经过线切割形成的方硅芯，搭接好的硅芯在正常还原反应过程中，生成的硅不断沉积在硅芯表面，硅芯的表面积也越来越大，反应气体分子对沉积面(硅芯表面)的碰撞机会和数量也随之增大，当单位面积的沉积速率不变时，表面积愈大则沉积的多晶硅量也愈多；因此在多晶硅生长时，还原反应时间越长，硅芯的直径越大，多晶硅的生长效率也越高，这样不仅可以大大提高生产效率，同时也降低了生产成本；但是现有的实心硅芯或方硅芯在还原中，都无法很好的克服由于搭接“实心硅芯或方硅芯”的硅芯强度较低，由此导致还原过程中所产生的硅芯倒伏现象，给生产带来不必要的麻烦和成本的增加；硅芯所述的倒伏现象是指硅芯在密闭的容器内进行生长，由于实心圆硅芯或方硅芯本身工艺所带来的后果是：

1)、实心硅芯；

实心硅芯的直径通常在8～10MM左右，由8～10MM生长至120～150MM为例，开始时生长较为缓慢，后期随着直径的加大，生长速度也随之加快；如果直接采用大直径的实心硅芯，则会造成硅芯本体的重量增加；并且在大直径实心硅芯的拉制过程中，由于要得到较大直径的硅芯，拉制速度要控制到很慢，生产效率低下；且生长过程中由于直径较大，拉直难度极高，并且每次仅可以少量的拉制，也就是拉制根数必将受到限制，对于加大直径问题现有技术中还有很多难点无法克服，同时大直径硅芯拉制所消耗的电能和保护性气体也随之增加，同时大直径硅芯还不便于后续加工和搬运；

2)、方硅芯；

目前市场上出现了线切割的方硅芯，由于是在线切割过程中，晶体受到金刚石线切割中的微震，使得成品方硅芯内出现较多肉眼难以察觉的微小裂痕，在硅芯生长通电的瞬间对于裂痕的冲击较大，使得硅芯生长过程中断裂或倒塌量大幅度增加，轻者导致该组硅芯无法生长，严重时导致停炉；那么采用大直径的硅芯进行搭接来实现多晶棒的快速生长及提高硅芯自身的强度就成了一个本领域技术人员难以克服的技术壁垒；然，对于如何加大硅芯直径也是本领域技术人员的长期诉求。

本发明人通过实验发现，利用空心硅芯可以较好的实现空心硅芯与实心硅芯在相同重量的情况下，可以有效的实现加大生长面积，然而目前还没有对于空心硅芯的生长设备和模板。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种空心硅芯的拉制模板，本发明所述的空心硅芯的拉制模板利用环形槽对于融化晶液的环形定型，使得管状籽晶拉制时，融化的晶液按照设计拉制出管状籽晶；本发明结构独特，后期空心硅芯的使用效果优于实心硅芯。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种空心硅芯的拉制模板，包括模板、环形槽、晶液通路和中部块体，在模板上设有环形槽，环形槽为圆环形或多角形，所述环形槽的中间为中部块体，在环形槽的底部设有贯通至模板底部的晶液通路。

所述的空心硅芯的拉制模板，在模板上设置的环形槽为至少一个且所述环形槽底部均设有贯通至模板底部的晶液通路。

所述的空心硅芯的拉制模板，所述晶液通路为环形槽贯通至模板底部面且对应环形槽环形分布的孔。

所述的空心硅芯的拉制模板，在环形分布孔的底部即模板底部面上设有下部环形槽。

所述的空心硅芯的拉制模板，在模板上部面设置的环形槽周围设有环形凸台。

所述的空心硅芯的拉制模板，在模板上部面设置的环形槽周围间隔设有环形凹陷。

所述的空心硅芯的拉制模板，在模板上设置的环形槽另一替换结构，在模板上设有通孔，通孔中部设置独立的中部块体，中部块体与模板的通孔壁之间的环形间隙形成晶液通路，所述中部块体与模板的通孔壁之间的下部通过多个连接块连接，连接块与连接块之间形成晶液的加宽通路。

所述的空心硅芯的拉制模板，在模板上设置的环形槽第三替换结构，在模板上设有通孔，通孔中部设置独立的中部块体，中部块体与模板的通孔壁之间的环形间隙形成晶液通路，所述中部块体与模板的通孔壁之间的下端端面通过多个连杆连接。

所述的空心硅芯的拉制模板，所述模板的外缘面为多角形或圆形。

所述的空心硅芯的拉制模板，所述模板、中部块体、连接块和连杆的材质为石墨、钨或钼中的任一。

通过上述公开内容，本发明的有益效果是：

本发明所述空心硅芯的拉制模板，通过在模板上设置环形槽，融化的晶液进入环形槽，然后通过籽晶提拉出空心硅芯，实现了空心硅芯的拉制；本发明构思奇妙、结构简单，使用成本较低，后期使用效果优于现有实心硅芯，具有一定的市场和应用前景。

【附图说明】

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明模板的双环形槽设置结构示意图；

图4是本发明模板的三个环形槽设置结构示意图；

图5是本发明模板上部面设置减重的结构示意图；

图6是本发明模板上部面设置减重的另一实施例结构示意图；

图7是本发明模板的另一实施例结构示意图；

图8是图7的A向视图；

图9是本发明模板的第三实施例结构示意图；

图10是图9的立体结构示意图；

图11是本发明模板的第四实施例结构示意图；

图12是图11的立体结构示意图；

图13是本发明的使用结构示意图；

在图中：1、环形槽；2、中部块体；3、晶液通路；4、模板；5、外缘面；6、环形凸台；7、环形凹陷；8、连接块；9、加宽通路；10、下部环形槽；11、环形间隙；12、连杆；13、管状籽晶；14、空心硅芯；15、连接机构；16、坩埚；17、加热套；18、晶体料；19、支撑体。

【具体实施方式】

下面结合实施例对本发明进行进一步的说明；下面的实施例并不是对于本发明的限定，仅作为支持实现本发明的方式，在本发明所公开的技术框架内的任意等同结构替换，均为本发明的保护范围；

结合附图1、2、3、4、9、10中所述的空心硅芯的拉制模板，包括模板4、环形槽1、晶液通路3和中部块体2，在模板4上设有环形槽1，环形槽1为圆环形或多角形，所述环形槽1的中间为中部块体2，在环形槽1的底部设有贯通至模板4底部的晶液通路3；考虑到使用中的实际需求，本发明在模板4上设置的环形槽1为一个或一个以上，如需要同时拉制多根空心硅芯时，所述环形槽1便设置为多个并且同时具备晶液通路3，也就是能够将晶液引至环形槽1内便可；本发明所述晶液通路3为环形槽1贯通至模板4底部面且对应环形槽1环形分布的环形孔。所述的空心硅芯的拉制模板，在环形分布孔的底部即模板4底部面上设有向上凹陷的下部环形槽10。

本发明考虑到模板4自重问题，结合附图5所述模板4上部面设置的环形槽1周围设有环形凸台6，所述环形凸台6的外环面为圆形、波浪形或齿轮形优选圆形，其它部位厚度可设置为相对环形凸台6略薄的模板4。或结合附图6在模板4上部面设置的环形槽1周围间隔设有环形凹陷7，以便减轻模板4自重。

结合附图7或8，本发明还给出了另一种方式，在模板4上设置上下贯通的通孔，通孔中部设置独立的中部块体2，中部块体2与模板4的通孔壁之间的环形间隙11形成晶液通路3，所述中部块体2与模板4的通孔壁之间的下部通过多个连接块8连接，连接块8与连接块8之间便形成晶液的加宽通路9。

结合附图11或12，本发明还给出了第三种方式，在模板4上设置的环形槽1第三替换结构，在模板4上设有通孔，通孔中部设置独立的中部块体2，中部块体2与模板4的通孔壁之间的环形间隙11形成晶液通路3，所述中部块体2与模板4的通孔壁之间的下端端面通过多个连杆12连接。

本发明所述的模板4的外缘面5可设置为多角形或圆形。

本发明所使用的材质需高于融化后的晶液，所述模板4、中部块体2、连接块8和连杆12的材质为石墨、钨或钼的中任一一种，通过材质可保证拉制空心硅芯时不会出现模板的融化。

实施本发明所述的所述的空心硅芯的拉制模板，把干净的晶体料18放入坩埚16中，晶体料18的高度不得超出模板4的模板上部面，将晶体料18平整压实，然后将模板4放置在坩埚16内，所述模板4的外缘面或上部面与定位机构15连接，所述模板4并且与定位机构随动；坩埚16的支撑体19使所述坩埚16独立且不与加热套17接触；然后开启加热套17对坩埚16进行加热至坩埚16内的晶体料18融化，所述的晶体料18融化为液体；仔晶夹头带着管状籽晶13下降，管状籽晶13的籽晶下端插入本发明相匹配模板4的环形槽1熔化的晶体料液体中，然后提升管状籽晶13，坩埚16内熔化的晶体料液会跟随管状籽晶13上升，脱离了模板4的环形槽1晶体结晶形成管状硅芯；所述晶体料液体便形成了一个新的管状硅芯体，所述管状籽晶在仔晶夹头夹带下缓慢上升，便可形成所需长度的成品管状硅芯。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (10)

1.一种空心硅芯的拉制模板，包括模板(4)、环形槽(1)、晶液通路(3)和中部块体(2)，其特征是：在模板(4)上设有环形槽(1)，环形槽(1)为圆环形或多角形，所述环形槽(1)的中间为中部块体(2)，在环形槽(1)的底部设有贯通至模板(4)底部的晶液通路(3)。

2.根据权利要求1所述的空心硅芯的拉制模板，其特征是：在模板(4)上设置的环形槽(1)为至少一个且所述环形槽(1)底部均设有贯通至模板(4)底部的晶液通路(3)。

3.根据权利要求1所述的空心硅芯的拉制模板，其特征是：所述晶液通路(3)为环形槽(1)贯通至模板(4)底部面且对应环形槽(1)环形分布的孔。

4.根据权利要求1所述的空心硅芯的拉制模板，其特征是：在环形分布孔的底部即模板(4)底部面上设有下部环形槽(10)。

5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的空心硅芯的拉制模板，其特征是：在模板(4)上部面设置的环形槽(1)周围设有环形凸台(6)。

6.根据权利要求1～4任一权利要求所述的空心硅芯的拉制模板，其特征是：在模板(4)上部面设置的环形槽(1)周围间隔设有环形凹陷(7)。

7.根据权利要求1所述的空心硅芯的拉制模板，其特征是：在模板(4)上设置的环形槽(1)另一替换结构，在模板(4)上设有通孔，通孔中部设置独立的中部块体(2)，中部块体(2)与模板(4)的通孔壁之间的环形间隙(11)形成晶液通路(3)，所述中部块体(2)与模板(4)的通孔壁之间的下部通过多个连接块(8)连接，连接块(8)与连接块(8)之间形成晶液的加宽通路(9)。

8.根据权利要求1所述的空心硅芯的拉制模板，其特征是：在模板(4)上设置的环形槽(1)第三替换结构，在模板(4)上设有通孔，通孔中部设置独立的中部块体(2)，中部块体(2)与模板(4)的通孔壁之间的环形间隙(11)形成晶液通路(3)，所述中部块体(2)与模板(4)的通孔壁之间的下端端面通过多个连杆(12)连接。

9.根据权利要求1～8任一权利要求所述的空心硅芯的拉制模板，其特征是：所述模板(4)的外缘面(5)为多角形或圆形。

10.根据权利要求1～8任一权利要求所述的空心硅芯的拉制模板，其特征是：所述模板(4)、中部块体(2)、连接块(8)和连杆(12)的材质为石墨、钨或钼的中任一。

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