CN107881552B - 一种用于单晶硅的高效生产设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于单晶硅的高效生产设备，该生产设备包括单晶炉及用于单晶炉的加热系统，单晶炉内部设置有用于承载硅液的石英坩埚，加热系统包括微波发生装置和微波传输机构，微波传输机构为带有防微波抽真空回路的不锈钢管道，微波发生装置的输出端借助不锈钢管道与单晶炉相连并进行微波输送，所述单晶炉中设置有用于支撑石英坩埚升降旋转的石墨埚杆，石英坩埚外部设置有石墨坩埚，单晶炉内部由上到下依次设置有石英导流筒、带有钼质反射板的石墨保温桶、带有钼质反射板的石墨支撑块、圆筒形的保温毡、石英保温桶、排气孔及微波防护网以及带有钼质反射板的成型炉底；该设备利用微波加热进行拉晶，送温快，生产效率和产量均有显著提高。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅生产技术领域，具体涉及一种用于单晶硅的高效生产设备。
背景技术
单晶制造业是一个高耗能的产业，在生产单晶硅的过程中需要电能转化成热能来提供单晶硅的生长环境，单晶生产时消耗电能总量较大，电费的昂贵和持续增长是导致单晶制造成本居高不下的一个主要原因，利用电能发热进行单晶生产的方式还会导致民用电紧张，对日常生活和其他工业用电都会造成不小的影响，因此，需要对现有的单晶生产方式进行改进。
发明内容
本发明克服了现有技术的缺陷，提供了一种用于单晶硅的高效生产设备，该设备能够最大限度降低电能消耗，为单晶拉制提供操作环境，并且能够显著提高单晶拉制的产量。
本发明的具体技术方案是：
一种用于单晶硅的高效生产设备，该生产设备包括单晶炉及用于单晶炉的加热系统，单晶炉内部设置有用于承载硅液的石英坩埚，关键点是，所述的加热系统包括微波发生装置和微波传输机构，微波传输机构为带有防微波抽真空回路的不锈钢管道，微波发生装置的输出端借助不锈钢管道与单晶炉相连并进行微波输送，所述单晶炉中设置有用于支撑石英坩埚升降旋转的石墨埚杆。
所述的石英坩埚外部设置有石墨坩埚，石英坩埚的外表面紧贴于石墨坩埚的内表面，石墨坩埚的上端面高于石英坩埚的上端面。
所述的单晶炉内部由上到下依次设置有石英导流筒、带有钼质反射板的石墨保温桶、带有钼质反射板的石墨支撑块、圆筒形的保温毡、石英保温桶、排气孔及微波防护网以及带有钼质反射板的成型炉底；石墨支撑块固定于单晶炉内壁上且用于支撑石墨保温桶，石英导流筒横截面为上宽下窄的圆锥筒，石英坩埚位于保温毡形成的圆筒形内部。
所述的微波发生装置为微波发生器，微波发生器的微波输出端借助不锈钢管道与单晶炉相连，防微波抽真空回路为两端分别连接不锈钢管道和单晶炉的管道，不锈钢管道还连接有抽真空设备，抽真空设备与不锈钢管道连接处、防微波抽真空回路与单晶炉连接处均设置有不锈钢屏蔽网。
本发明的有益效果是：本发明通过微波加热方式来进行单晶生长环境的建立，微波技术具备低能耗、加热快的优势，能够极大降低单晶设备的能耗，同时微波能够避免热能的发散性损耗，加大炉内的热梯度，拉晶速度能够提高至现有速度的3-4倍，其加热快、定向性强的特征能够极大节约单晶拉制的时间，从而显著提高拉晶的效率和产量；
该生产设备中的加热系统中通过安装有防止微波回路的装置实现微波的定向加热，提高了微波加热的定向性，为微波发生装置与单晶炉之间建立了稳定的微波单向输送关系；
此外，为了避免微波到达单晶炉后发生泄漏，单晶炉中还设置有热场，该热场主要由耐高温的石墨制品、石英制品以及防止微波泄漏的钼质反射板构成，石墨制品主要包括保温桶、成型炉底、埚杆以及坩埚，在避免微波泄漏的同时起到保温和支撑的作用，石英制品包括石英导流筒、石英坩埚和石英保温桶，石英导流筒用来倒流氩气并防止微波渗透，石英坩埚用来盛放硅原料并保证原料的纯净，石英保温桶对炉内环境保温并防止微波泄漏，钼质反射板能够防止微波泄漏并减少功率损耗；该热场的建立能够避免微波的泄露，减少炉内功率损耗，提高微波的利用率，为单晶炉内所需热能环境的建立提供了良好环境，最大限度缩短了热能环境的建立周期。
附图说明
图1是本发明中微波加热系统的结构示意图。
附图中，1、石英导流筒，2、石墨保温筒，3、石墨支撑块，4、保温毡，5、石英保温桶，6、排气孔，7、成型炉底，8、石墨埚杆，9、石墨坩埚，10、石英坩埚，11、单晶炉，12、不锈钢管道，13、微波发生装置，14、微波防护网，15、功率控制柜，16、单晶炉控制柜，17、防微波抽真空回路，18、抽真空设备，19、不锈钢屏蔽网。
具体实施方式
本发明涉及一种用于单晶硅的高效生产设备，该生产设备包括单晶炉11及用于单晶炉11的加热系统，单晶炉11内部设置有用于承载硅液的石英坩埚10，所述的加热系统包括微波发生装置13和微波传输机构，微波传输机构为带有防微波抽真空回路17的不锈钢管道12，微波发生装置13的输出端借助不锈钢管道12与单晶炉11相连并进行微波输送，所述单晶炉11中设置有用于支撑石英坩埚10升降旋转的石墨埚杆8。
具体实施例，如图1所示，加热系统中的微波发生装置13选用现有的微波发生器，微波发生器一般根据单元功率与采用磁控管形式分为大功率微波发生器和小功率微波发生器，安装有防微波抽真空回路17的不锈钢管道12实现了微波的定向输送加热，微波发生器中设置有微波发射管和用于冷却机体的水冷系统，微波发射管还连接有功率控制柜15，单晶炉11中安装有温度传感器，单晶炉11外部设置有单晶炉控制柜16，主要用于控制单晶炉中石墨埚杆8的旋转和升降驱动机构的控制操作，温度传感器将信号发送至功率控制柜15，功率控制柜15控制微波发生装置13中微波发射管的功率大小，从而调控单晶炉11中加热温度，形成了封闭环式的功率反馈调节，维持稳定的单晶生长所需温度环境；
防微波抽真空回路17为两端分别连接不锈钢管道12和单晶炉11的管道，并且防微波抽真空回路17中还设置有不锈钢阀门，不锈钢管道12还连接有抽真空设备18，抽真空设备18为真空泵，真空泵与不锈钢管道12连接处、防微波抽真空回路17与单晶炉11连接处均设置有不锈钢屏蔽网19，不锈钢屏蔽网19的设置能够防止真空泵将微波抽走，既避免人员受伤，又能够节省能耗，防微波抽真空回路17与不锈钢管道12的连接形式避免了单独设置抽真空回路造成的系统繁琐，使得结构紧凑，后期监控微波泄漏工作也相对简便。
为了避免单晶炉11的微波泄露问题，单晶炉11内增设热场，热场主要由耐高温的石墨制品、石英制品以及防止微波泄漏的钼质反射板构成，石墨制品主要起到保温及支撑的作用，包括石墨保温桶2、成型炉底7、石墨埚杆8及石墨坩埚9，石英制品包括石英导流筒1、石英坩埚10和石英保温桶5；
石墨埚杆8在单晶炉11下部竖直设置并且其上端固定于石英坩埚1底面中部，起到支撑石英坩埚10升降旋转的作用，石英坩埚10外部设置有石墨坩埚9，石英坩埚10的外表面紧贴于石墨坩埚9的内表面，石墨坩埚9的上端面高于石英坩埚10的上端面，石墨坩埚9的设置能够保证石英坩埚10在盛满液体状态下的安全使用。
单晶炉11内部由上到下依次设置有石英导流筒1、带有钼质反射板的石墨保温桶2、带有钼质反射板的石墨支撑块3、圆筒形的保温毡4、石英保温桶5、排气孔6及微波防护网14以及带有钼质反射板的成型炉底7；石墨支撑块3固定于单晶炉11内壁上且用于支撑石墨保温桶2，石英导流筒1横截面为上宽下窄的圆锥筒，引导氩气流，加大热场梯度，提高拉速，石英坩埚10位于保温毡4形成的圆筒形内部，保证石英坩埚10周围的热场对称，有利成晶。
石英导流筒1能够实现单晶炉11中的氩气导流，阻挡微波渗透，石英导流筒1外圆周与石墨保温桶2上端外圆周固定连接；石墨保温桶2外部添加有钼质反射板，石墨保温桶2主要起保温作用，石墨保温桶2下端的石墨支撑块3对石墨保温桶2起到支撑稳定作用，其外部也设置有钼质反射板，钼质反射板能够防止微波泄露造成的伤害、减少功率损耗；圆筒形的保温毡4位于石英坩埚10和石墨坩埚9的外围，而石英保温桶5则位于保温毡4下方且其外壁紧贴于单晶炉11内壁上，保温毡4和石英保温桶5对炉内环境进行保温、保持炉内环境的洁净度，石英保温桶5还能够防止微波泄漏；微波防护网14为圆柱形且固定于石英保温桶5和成型炉底7之间，能够防止微波泄漏，微波防护网14侧壁上还设置有排气孔6以保证废气排除畅通，成型炉底7上端面增设有钼质反射板，能够防护不锈钢成型炉底7并防止微波泄漏。
本发明用微波能加热代替电能加热，利用微波发热快、功耗低和方向性的特征对单晶炉内进行加热形成拉晶所需温度环境，能够显著减少电能消耗，并且能显著提高单晶炉中拉晶的效率和产量，单晶炉中热场的建立巩固和提高了微波的利用率，为微波在单晶炉中的功效发挥提供了良好的硬件环境，本发明中的生产设备在实践中可行性很强，能够广泛适用于相关领域。
Claims (3)
1.一种用于单晶硅的高效生产设备，该生产设备包括单晶炉(11)及用于单晶炉(11)的加热系统，单晶炉(11)内部设置有用于承载硅液的石英坩埚(10)，其特征在于：所述的加热系统包括微波发生装置(13)和微波传输机构，微波传输机构为带有防微波抽真空回路(17)的不锈钢管道(12)，微波发生装置(13)的输出端借助不锈钢管道(12)与单晶炉(11)相连并进行微波输送，所述单晶炉(11)中设置有用于支撑石英坩埚(10)升降旋转的石墨埚杆(8)，
所述的单晶炉(11)内部由上到下依次设置有石英导流筒(1)、带有钼质反射板的石墨保温桶(2)、带有钼质反射板的石墨支撑块(3)、圆筒形的保温毡(4)、石英保温桶(5)、排气孔(6)及微波防护网(14)以及带有钼质反射板的成型炉底(7)；石墨支撑块(3)固定于单晶炉(11)内壁上且用于支撑石墨保温桶(2)，石英导流筒(1)横截面为上宽下窄的圆锥筒，石英坩埚(10)位于保温毡(4)形成的圆筒形内部，
所述带有钼质反射板的石墨保温桶(2)和所述带有钼质反射板的石墨支撑块(3)通过锥面抵接。
2.根据权利要求1所述的一种用于单晶硅的高效生产设备，其特征在于：所述的石英坩埚(10)外部设置有石墨坩埚(9)，石英坩埚(10)的外表面紧贴于石墨坩埚(9)的内表面，石墨坩埚(9)的上端面高于石英坩埚(10)的上端面。
3.根据权利要求1所述的一种用于单晶硅的高效生产设备，其特征在于：所述的微波发生装置(13)为微波发生器，微波发生器的微波输出端借助不锈钢管道(12)与单晶炉(11)相连，防微波抽真空回路(17)为两端分别连接不锈钢管道(12)和单晶炉(11)的管道，不锈钢管道(12)还连接有抽真空设备(18)，抽真空设备(18)与不锈钢管道(12)连接处、防微波抽真空回路(17)与单晶炉(11)连接处均设置有不锈钢屏蔽网(19)。
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Effective date of registration: 20221115 Address after: No.1688 Chang'an Road, Xingtai Economic Development Zone, Hebei Province 054000 Applicant after: JA (XINGTAI) SOLAR Co.,Ltd. Address before: 054000 No. 188 Xindu Road, Xingtai Economic Development Zone, Xingtai City, Hebei Province Applicant before: XINGTAI JINGLONG NEW ENERGY Co.,Ltd. |
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