CN107008553B - 一种不规则半导体材料破碎装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不规则半导体材料破碎装置，涉及材料破碎领域，该装置包括：处理室、高压脉冲发生器和电极组件，处理室中放置有向上开口的破碎容器，破碎容器用于盛放待破碎的不规则半导体材料，高压脉冲发生器电性连接电极组件，电极组件设置于破碎容器上方，高压脉冲发生器用于通过电极组件向待破碎的不规则半导体材料发送高压脉冲信号，该装置可以实现通过高压脉冲信号破碎半导体材料且本发明中的电极组件的分布电感较低，可以有效提高放电效率，因此破碎效率较高，同时破碎操作在工艺流体中进行，有效避免半导体材料被污染。

Description

一种不规则半导体材料破碎装置

技术领域

本发明涉及材料破碎领域，尤其是一种不规则半导体材料破碎装置。

背景技术

用于制造半导体设备的硅晶元通常使用如下方法制成：通过西门子法生成多晶硅块，将多晶硅块破碎成小块，然后以破碎得到的硅碎片作为原材料，采用直拉单晶制造法(Czochralski，CZ法)生成圆柱形的单晶硅块，对单晶硅块切断研磨制成硅晶元。

在将多晶硅块进行破碎时，目前常用的方法是人工使用锤子进行敲打破碎，这一破碎方法一方面容易引进杂质污染高纯度的多晶硅，另一方面破碎效率也很低。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种不规则半导体材料破碎装置，该装置通过高压脉冲信号对不规则半导体材料进行破碎，交叉污染较小，且自动化程度高、破碎效率较高。

本发明的技术方案如下：

一种不规则半导体材料破碎装置，该装置包括：处理室、高压脉冲发生器和电极组件，处理室中放置有向上开口的破碎容器，破碎容器用于盛放待破碎的不规则半导体材料，高压脉冲发生器电性连接电极组件，电极组件设置于破碎容器上方，高压脉冲发生器用于通过电极组件向待破碎的不规则半导体材料发送高压脉冲信号；处理室中填充有工艺流体，破碎容器、电极组件中的电极头以及待破碎的不规则半导体材料均浸没在工艺流体中；

电极组件包括中心电极、两个侧接地极、中心电极头、接地电极头和支撑绝缘体，中心电极设置在支撑绝缘体内部，两个侧接地极分别设置在支撑绝缘体的外部两侧且与中心电极相绝缘，中心电极的一端电性连接高压脉冲发生器，另一端电性连接中心电极头，中心电极头垂直向下朝向破碎容器设置，接地电极头与中心电极头对向设置且与中心电极头之间存在放电间隙，接地电极头通过金属连接杆连接至两个侧接地极。

其进一步的技术特征为，待破碎的不规则半导体材料填满破碎容器，电极组件的最下端与破碎容器的上边沿之间的纵向距离为10mm-20mm。

其进一步的技术特征为，中心电极采用紫铜制成，中心电极头和接地电极头采用铜钨合金制成。

其进一步的技术特征为，装置包括至少两个破碎容器，至少两个破碎容器交替设置在处理室中。

其进一步的技术特征为，金属连接杆包括一个横向连接杆和两个纵向连接杆，则接地电极头通过金属连接杆连接至两个侧接地极，包括：接地电极头设置在横向连接杆的中心位置并与横向连接杆电性相连，横向连接杆的两端分别连接一个纵向连接杆，每个纵向连接杆连接一个侧接地极。

本发明的有益技术效果是：

1、该装置可以实现通过高压脉冲信号破碎半导体材料，破碎的自动化程度高，破碎效率较高。

2、该装置中采用的电极组件的结构中存在两个电流包围回路，使得整个电极组件的分布电感较低，可以有效提高放电效率，从而提高破碎效率。

3、处理室中填充有工艺流体，破碎操作在工艺流体中进行，有效避免半导体材料被污染，可以保证破碎后的半导体材料的纯度。

4、该装置中的电极组件与破碎容器的上边沿之间的纵向距离为10mm-20mm，可以有效避免电极组件与凸出破碎容器上边沿的半导体材料的接触，同时也可以保持较好的放电效率。

5、该装置中用于盛放待破碎的不规则半导体材料的破碎装置是可替换的，在一个破碎装置放置在处理室中，对该破碎装置中的半导体材料进行破碎时，可以对另一个破碎装置进行同步的填料，实现该装置的连续工作，进一步提高破碎效率。

附图说明

图1是本发明公开的一种不规则半导体材料破碎装置的结构示意图。

图2是不规则半导体材料破碎装置中的电极组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

请参考图1，其示出了本发明公开的一种不规则半导体材料破碎装置的结构示意图，该装置包括：处理室110、高压脉冲发生器120和电极组件130，处理室110中放置有向上开口的破碎容器140，破碎容器140通常是一个水平设置的盆状或碗状容器，其用于盛放待破碎的不规则半导体材料100，待破碎的不规则半导体材料100填满破碎容器140，破碎容器140通常由聚乙烯制成且其内壁设置有聚氨酯层，本发明中待破碎的不规则半导体材料100通常为不规则形状的多晶硅。可选的，该装置包括至少两个破碎容器140，至少两个破碎容器140交替设置在处理室110中，其通常的实现方式为：破碎容器A设置在处理室中，该装置对破碎容器A中的不规定半导体材料进行破碎，同时用户可以同步对破碎容器B进行填料，继续将其他待破碎的不规则半导体材料填满破碎容器B，当对破碎容器A中的不规定半导体材料破碎完毕时，将破碎容器A移出并将填料完成的破碎容器B设置在处理室中继续进行破碎，可以实现该装置的连续工作。处理室110中还填充有工艺流体150，破碎容器140、电极组件130中的电极头以及待破碎的不规则半导体材料100均浸没在工艺流体150中，可选的，工艺流体150为水。

高压脉冲发生器120电性连接电极组件130，电极组件130设置于破碎容器140上方，高压脉冲发生器120用于通过电极组件130向待破碎的不规则半导体材料100发送高压脉冲信号，由于物质导电率不同，在高压脉冲信号的轰击下，待破碎的不规则半导体材料100会沿着颗粒的自然成晶边界发生内部裂解，保持完整的晶型分解，从而实现对不规则半导体材料100的破碎。

可选的，电极组件130的最下端与破碎容器140的上边沿之间的纵向距离为10mm-20mm，由于本发明中待破碎的半导体材料100是不规则形状，其在填满破碎容器140时，通常会有不规则凸起超出破碎容器140的上边沿(如图1即示出了不规则半导体材料100存在凸起超出破碎容器140上边沿的情况)，因此电极组件130的最下端与破碎容器140的上边沿的最小纵向距离为10mm，避免电极组件130与不规则半导体材料接触，另外，当电极组件130与不规则半导体材料100距离太远时会影响破碎效果，因此，电极组件130的最下端与破碎容器140的上边沿的最大纵向距离为20mm。

在实际实现时，处理室110和破碎容器140通常为长方体形状，图1示出的为该装置的截面结构，则电极组件130设置于破碎容器140的侧边上方，并按照预定速度向破碎容器140的另一侧边移动，预定速度是系统预设值或用户自定义值，本发明对此不做限定，实际实现时也可以是处理室110移动，本发明对此不做限定。同时，电极组件130在移动过程中，每隔预定时间向不规则半导体材料100发送高压脉冲信号，预定时间是系统预设值或用户自定义值。可选的，高压脉冲发生器120生成100kV-300kV的电压，在极短时间内通过电极组件130将高压脉冲信号发射到不规则半导体材料100上，每脉冲的频率为0.5Hz-40Hz，每脉冲的功率为300J-1000J。

如图2示出了电极组件的剖面结构示意图，如图2所示，电极组件130包括中心电极131、两个侧接地极132、中心电极头133、接地电极头134和支撑绝缘体135，支撑绝缘体135通常为绝缘材料制成的圆柱体，本发明对支撑绝缘体所使用的绝缘材料不做限定。中心电极131设置在支撑绝缘体135内部，两个侧接地极132分别设置在支撑绝缘体135的外部两侧且与中心电极131相绝缘。其中，中心电极131采用紫铜制成，中心电极头133和接地电极头134采用铜钨合金制成，铜钨合金的强度、密度和硬度均较高，同时微观组织均匀、耐高温、耐电弧烧灼、导电导热性能优越，因此采用这种材料制成的电极头的电极损耗非常小。支撑绝缘体135的一端连接绝缘螺母136并通过绝缘螺母136连接至高压脉冲发生器120，中心电极131靠近绝缘螺母136的一端电性连接高压脉冲发生器120，中心电极131的另一端电性连接中心电极头133，中心电极头133垂直向下朝向破碎容器140设置，接地电极头134垂直向上与中心电极头133对向设置且与中心电极头133之间存在放电间隙，放电间隙的距离是预设值，本发明对此不做限定，接地电极头134通过金属连接杆连接至两个侧接地极132，金属连接杆通常为铜连接杆。具体的，金属连接杆包括一个横向连接杆137和两个纵向连接杆138，接地电极头134设置在横向连接杆137的中心位置并与横向连接杆137电性相连，横向连接杆137的两端分别连接一个纵向连接杆138，每个纵向连接杆138连接一个侧接地极132，可选的，每个纵向连接杆138连接到金属法兰139，金属法兰139设置在支撑绝缘体135外部且与两个侧接地极132电性连接。

本发明中的电极组件的电流回路为：电流流入中心电极，并进入中心电极头，经过放电间隙到接地电极头，再通过金属连接杆从两侧回流到侧接地极。本发明中的电极组件的电流回路是一种无感电流回路，且存在两个电流包围回路，并且两个电流包围回路的电流磁场在总矩形回路里面是相互抵消的，所以分布电感较低，而在电极回路结构中，根据公式U*ΔT＝ΔI*L可知，在同等的放电条件下，放电电感的大小和放电电流的大小成反比，放电电感大一倍，放电电流就小一倍，放电功率也就小一倍，因此本发明中的低分布电感的电极组件的设计，可以明显提高电极组件的放电效率，实现更好的破碎效果。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种不规则半导体材料破碎装置，其特征在于，所述装置包括：处理室、高压脉冲发生器和电极组件，所述处理室中放置有向上开口的破碎容器，所述破碎容器用于盛放待破碎的不规则半导体材料，所述高压脉冲发生器电性连接所述电极组件，所述电极组件设置于所述破碎容器上方，所述高压脉冲发生器用于通过所述电极组件向待破碎的不规则半导体材料发送高压脉冲信号；所述处理室中填充有工艺流体，所述破碎容器、所述电极组件中的电极头以及待破碎的不规则半导体材料均浸没在所述工艺流体中；

所述电极组件包括中心电极、两个侧接地极、中心电极头、接地电极头和支撑绝缘体，所述中心电极设置在所述支撑绝缘体内部，所述两个侧接地极分别设置在所述支撑绝缘体的外部两侧且与所述中心电极相绝缘，所述中心电极的一端电性连接所述高压脉冲发生器，另一端电性连接所述中心电极头，所述中心电极头垂直向下朝向所述破碎容器设置，所述接地电极头与所述中心电极头对向设置且与所述中心电极头之间存在放电间隙，所述接地电极头通过金属连接杆连接至所述两个侧接地极，所述金属连接杆包括一个横向连接杆和两个纵向连接杆，则所述接地电极头通过金属连接杆连接至所述两个侧接地极，包括：所述接地电极头设置在所述横向连接杆的中心位置并与所述横向连接杆电性相连，所述横向连接杆的两端分别连接一个所述纵向连接杆，每个所述纵向连接杆连接一个所述侧接地极；

所述电极组件的电流回路为：电流流入所述中心电极，并进入所述中心电极头，经过所述放电间隙到所述接地电极头，再通过所述金属连接杆从两侧回流到所述侧接地极；所述电极组件的电流回路是无感电流回路，且存在两个电流包围回路，并且两个电流包围回路的电流磁场在总矩形回路里面相互抵消。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，待破碎的不规则半导体材料填满所述破碎容器，所述电极组件的最下端与所述破碎容器的上边沿之间的纵向距离为10mm-20mm。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中心电极采用紫铜制成，所述中心电极头和所述接地电极头采用铜钨合金制成。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少两个破碎容器，所述至少两个破碎容器交替设置在所述处理室中。