CN104562184A - 一种氩气填充稳流装置 - Google Patents

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Abstract

一种氩气填充稳流装置，适用于直拉法硅单晶生产过程中向单晶炉体内填充氩气。本发明的氩气填充稳流装置通过由初级分流层（6）、二级分流层（5）、三级分流层（4）、末级分流层（3）构成的逐级倍增的四级分气孔流的前级整流体和后级稳流体以及稳流体导流沟槽（11）的共同作用，可使填充到单晶炉内的氩气流量分配平稳有序，偏流小并使炉室内氩气分布均匀，有效解决了由于氩气填充造成的晶棒摆动和晶棒氧碳含量超标的问题，明显提高了成晶率。本发明设计结构简单，组装定位可靠，安装和维修方便。

Description

一种氩气填充稳流装置
技术领域
本发明属于直拉法硅单晶生产技术领域，主要涉及一种氩气填充稳流装置。
背景技术
在硅单晶生产过程中，单晶炉上的充气系统负责完成对单晶炉体内部填充氩气，氩气气流自上而下贯穿单晶生产的区域，使生产中的单晶始终处于惰性气体环境之中，且保证单晶炉室内部压力稳定。同时，氩气气流可携带炉室内因高温而产生的硅氧化物和杂质挥发物，并通过单晶炉的真空系统带出炉室外。然而在氩气填充过程中存在有填充氩气分布不均匀和氩气流偏流大、不平稳的问题，这些问题一直是直拉法单晶炉氩气填充过程渴望解决的问题。氩气流不平稳，对晶棒进行冲击会造成晶棒摆动，不利于单晶生长；氩气分布不均又会影响晶棒中氧碳含量。因此氩气的填充直接影响硅单晶棒的成晶率和成晶品质。
目前，在直拉法硅单晶生产过程中，氩气填充主要采用下述二种方法：一种是通过单一进气口充气系统从单晶炉室的顶端将氩气填充到单晶炉室内。这种填充方法的缺陷是氩气入口直径远小于单晶炉室的直径，氩气由小口径入口喷入到大直径的炉室内，这时氩气在入口附近区域的流速很大，而且氩气气流的能量是以动能为主，静压能很小，由此导致氩气在进入炉室之后分布不均，而且部分硅氧化物和杂质挥发物也不易被及时带走，非常不利于硅单晶的生长。第二种氩气填充方法是采用一进多出的氩气分流装置。一进多出的氩气分流装置在氩气填充过程中对消除氩气气流所形成的气流漩涡，偏流较大的问题有一定的改善，但仍然存在着氩气气流对生产中的晶棒产生点式冲击而使晶棒产生摆动和单晶炉室内的氩气分布不均匀而造成晶棒氧碳含量超标问题。
发明内容
鉴于现有技术中所存在的问题，本发明设计并公开了一种氩气填充稳流装置。所公开的氩气填充稳流装置通过对氩气填充气孔、气路的合理设计以保证氩气流量充足，满足硅单晶拉制工艺对炉体内部的压力要求；采用前级整流体多重分流的结构设计和后级稳流体由细颈至扩径的结构设计解决了氩气进入单晶炉室内偏流大的问题，使得进入炉室后的氩气流量平稳有序，消除了气流漩涡和因气流冲击造成的生长中晶棒的摆动。扩径稳流的导流沟槽结构设计使炉室内氩气分布均匀，整个炉室都能被惰性气体均匀填充，以解决晶棒氧碳含量超标问题。
为实现上述发明目的，本发明所采取的具体技术方案是：一种氩气填充稳流装置，主要由前级整流体、后级稳流体、稳流体导流沟槽、内六方连接螺钉、定位销轴构成；其中前级整流体由初级分流层、二级分流层、三级分流层、末级分流层组成，初级分流层、二级分流层、三级分流层、末级分流层上分别设有分气孔，形成逐级倍增的四级分气孔流；各分流层之间通过定位销轴组装在一起，后级稳流体由稳流体内层部件和稳流体外层部件组成；前级整流体通过内六方连接螺钉与后级稳流体的稳流体内层部件连接在一起，后级稳流体的稳流体外层部件用内六方连接螺钉与前级整流体的初级分流层一起固定在单晶炉体付炉室内部的顶部；稳流体导流沟槽设置在后级稳流体的稳流体内层部件和稳流体外层部件之间，稳流导流沟槽的上部与前级整流体的末级分流层相连，稳流导流沟槽的中部设计有稳流细颈和圆滑弧面，下部为喇叭口状扩径稳流通道；所述的一种氩气填充稳流装置，其中氩气填充稳流装置的高度尺寸为115.2mm；所述的一种氩气填充稳流装置，其中前级整流体的初级分流层、二级分流层、三级分流层、末级分流层的各层之间以及末级分流层与后级稳流体的稳流体内层部件和稳流体外层部件之间的接触面均为平面无缝隙接触；所述的一种氩气填充稳流装置，其中稳流导流沟槽上的稳流细颈间隙尺寸为0.8mm至0.9mm；所述的一种氩气填充稳流装置，其中内六方连接螺钉上加工有气孔；所述的一种氩气填充稳流装置，其中初级分流层、二级分流层、三级分流层、末级分流层上的分气孔数量分别为二个、四个、八个、十六个，分气孔沿分流层圆周方向均匀分布。
本发明所述的一种氩气填充稳流装置，结构简单，安装操作方便，可靠性强。能够完全满足直拉式单晶炉填充氩气时所要求的氩气流量和炉室内的压力要求，能够有效解决氩气流量偏流较大和氩气在单晶炉室内分布不均的问题，克服了晶棒摆动和氧碳含量超标缺陷，明显提高了成晶品质。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的剖面示意图；
图3为本发明中分流层上分气孔示意图。
图中：1、稳流体内层部件；2、稳流体外层部件；3、末级分流层；4、三级分流层；5、二级分流层；6、初级分流层；7、内六方连接螺钉；8、定位销轴；9、内六方连接螺钉；10、稳流细颈；11、稳流导流沟槽；12、圆滑弧面；13、扩径稳流通道；14、气孔；15、气孔；16、氩气输送管；17分气孔。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明的具体实施方式如下：
如图1、图2、图3所示，本发明所述的一种氩气填充稳流装置，主要是由前级整流体、后级稳流体、稳流体导流沟槽11、内六方连接螺钉7、定位销轴8、内六方连接螺钉9构成。其中前级整流体是由初级分流层6、二级分流层5、三级分流层4、末级分流层3组成，初级分流层6、二级分流层5、三级分流层4以及末级分流层3上分别设有分气孔17，形成逐级倍增的四级分气孔流。分气孔17沿分流层圆周方向均匀分布。分流层各层之间采用定位销轴8组装在一起，各分流层之间的接触面均为平面无缝隙接触。后级稳流体是由稳流体内层部件1和稳流体外层部件2组成；后级稳流体的稳流体内层部件1通过内六方连接螺钉7与前级整流体连接在一起；后级稳流体的稳流体外层部件2采用内六方连接螺钉9与前级整流体的初级分流层6一起固定在单晶炉的付炉室内的顶部。前级整流体的末级分流层3与后级稳流体的稳流体内层部件1和稳流体外层部件2之间的接触面均为平面无缝隙接触。为了排除螺纹中的残留空气，在内六方连接螺钉7和内六方连接螺钉9上加工有气孔14和气孔15。稳流体导流沟槽11设置在后级稳流体的稳流体内层部件1和稳流体外层部件2之间，稳流体导流沟槽11的顶部与前级整流体的末级分流层3相连接，稳流体导流构槽11的中部设计有间隙尺寸为0.8mm至0.9mm的稳流细颈10和圆滑弧面12，稳流体导流沟槽11的下部为喇叭口状的扩径稳流通道13，可使氩气稳定均匀的向炉内填充。向炉内填充氩气时，氩气通过氩气输送管道16进入单晶炉的炉室后，经过前级整流体的初级分流层6、二级分流层5、三级分流层4、末级分流层3的多级多层分流，消除了气流漩涡，使氩气的偏流变小，平稳有序的进入炉室内。紧接着氩气进入了与末级分流层3相连接的稳流导流沟槽11，并经过稳流导流槽11中部的稳流细颈10后过渡至圆滑弧面12，再经过扩径稳流通道13均匀的向单晶炉内填充。内六方连接螺钉7和内六方连接螺钉9上螺纹中的残留气体可通过在内六方连接螺钉7和内六方连接螺钉9上加工的气孔14和气孔15排出，以防止在单晶拉制过程中向炉室内缓慢逸散，确保单晶炉室内部真空状态。

Claims (6)

1.一种氩气填充稳流装置，其特征是：所述的一种氩气填充稳流装置主要是由前级整流体、后级稳流体、稳流体导流沟槽（11）、内六方连接螺钉（7）、定位销轴（8）、内六方连接螺钉（9）构成；其中：前级整流体是由初级分流层（6）、二级分流层（5）、三级分流层（4）、末级分流层（3）组成，初级分流层（6）、二级分流层（5）、三级分流层（4）以及末级分流层（3）上分别设有分气孔（17），形成逐级倍增的四级分气孔流；四级分流层相互之间采用定位销轴（8）组装在一起；后级稳流体是由稳流体内层部件（1）和稳流体外层部件（2）组成；后级稳流体的稳流体内层部件（1）通过内六方连接螺钉（7）与前级整流体连接在一起；后级稳流体的稳流体外层部件（2）采用内六方连接螺钉（9）与前级整流体的初级分流层（6）一起固定在单晶炉的付炉室内的顶部；稳流体导流沟槽（11）设置在后级稳流体的稳流体内层部件（1）和稳流体外层部件（2）之间，稳流体导流沟槽（11）的顶部与前级整流体的末级分流层（3）相连接，稳流体导流构槽（11）的中部设计有稳流细颈（10）和圆滑弧面（12），稳流体导流沟槽（11）的下部为喇叭口状的扩径稳流通道（13）。
2.根据权利要求1所述的一种氩气填充稳流装置，其特征是：氩气填充稳流装置的高度尺寸为115.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种氩气填充稳流装置，其特征是：前级整流体的初级分流层（6）、二级分流层（5）、三级分流层（4）、末级分流层（3）各层之间以及末级分流层（3）与后级稳流体的稳流体内层部件（1）、稳流体外层部件（2）之间的接触面均为平面无缝隙接触。
4.根据权利要求1所述的一种氩气填充稳流装置，其特征是：初级分流层（6）、二级分流层（5）、三级分流层（4）、末级分流层（3）上的分气孔（17）数量分别为二个、四个、八个、十六个，分气孔（17）沿分流层圆周方向均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种氩气填充稳流装置，其特征是：稳流导流沟槽（11）上的稳流细颈（10）间隙尺寸为0.8mm至0.9mm。
6.根据权利要求1所述的一种氩气填充稳流装置，其特征是：内六方连接螺钉（7）、内六方连接螺钉（9）上加工有气孔（14）、气孔（15）。
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