CN109306513A - 物料供给装置以及晶体生长系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的物料供给装置，用于向炉体内部的坩埚中供给物料，物料供给装置包括储料机构、振动输料机构和喂料机构，储料机构用于容纳物料且具有出料口，振动输料机构包括输料部和振动模组，输料部与所述储料机构的出料口对接，振动模组作用于输料部且使得由储料机构落入输料部中的物料在气密状态下移向喂料机构，喂料机构将物料从炉体外部输入炉体内部。本发明公开的晶体生长系统，包括炉体，坩埚以及如上所述的物料供给系统，物料供给装置给坩埚传送物料。本发明提高了单晶硅棒的生产效率，同时提高了外部加料的稳定性和安全性。

Description

物料供给装置以及晶体生长系统

技术领域

本发明属于单晶生长技术领域，涉及单晶生长的辅助设备，具体涉及一种物料供给装置，还涉及一种具有该物料供给装置的晶体生长系统。

背景技术

多晶硅是生产太阳能光伏产品和半导体产品的主要原材料。丘克拉尔斯基(Czochralski，简称为Cz)法是单晶硅最常用的制备方法之一，高纯度固态多晶硅原料在晶体生成炉(单晶炉)内的坩埚中熔化形成熔体，下降籽晶使其与旋转坩埚中的熔体接触，然后，将籽晶缓慢拉出，熔体围绕籽晶凝固形成单晶硅棒。

传统的Cz单晶炉在完成一炉原料拉晶生产后，需要为新一炉的生产做很多繁杂的前期准备工作，包括停炉冷却、炉体清洁、备料、装料、抽真空、检漏、化料等工序。这些前期工序费时费力，严重制约着直拉式单晶硅的生产效率。另外，装填的多晶硅料(多为块状料)熔化后体积缩小，使得坩埚的利用率降低。为了提高坩埚的利用率，增大总体投料量，则需要向坩埚中多次重复加料。这也是降低拉晶成本的有效措施之一。目前，直拉式单晶硅生长的主流加料装置是副室内置式加料器。这种加料器由于单次加料量小(一般不超过30kg)，需要进行多次重复加料，人工操作繁杂且效率低下；且每次加料后都要进行抽真空处理，必须频繁进行副室隔离与净化，时间浪费严重，也增加了物料污染的风险。

为了满足增大总体投料量的要求并弥补内置式加料器的技术缺陷，已有专利公开向单晶炉输送多晶硅料的外部加料装置。申请公布号为CN1153230A的专利申请给出一种炉子用的固体物料供料系统，该供料系统的送料管可以有选择地改变送料管出口相对于坩埚顶部的径向位置，避免溅料，提高热能的利用率，但供料系统结构复杂，复杂的操纵机构存在物料堵塞的风险，并且送料管出口的定位难以精准控制。授权公告号为CN102312285B的专利提供一种用于单晶炉的外部连续投料机构，具有放料内管和放料外管，多晶硅料由放料内管输送至放料外管，这就限制了放料内管的内径，不适用于粒径较大的块状料；另外投料机构的整体高度较高，不利于投料操作，并且增加了操作安全隐患。申请公布号为CN106400105A的专利申请公开了外接投料装置的技术缺陷与专利CN102312285B类似，并且，多晶硅料的投料量和投料速度难以有效控制。

因此，为了增大总体投料量，降低拉晶成本，单晶炉炉外加料装置作为提高总体投料量的主要辅助工具，对其进行优化和改进显得尤为重要。

发明内容

本发明针对现有单晶炉炉外加料装置的技术缺陷，提供一种单晶炉外接的物料供给装置。这种物料供给装置可以与单晶炉精准对接，实现多晶硅料投料速度和投料量的有效控制，可以降低物料供给装置的整体高度，易于加料操作，提高了加料操作的安全性和便利性，节省操作人员并缩短加料时间占比，降低制造成本。

本发明还提供了一种具有上述物料供给装置的晶体生长系统。

本发明所采用的一种方案是：物料供给装置，用于向炉体内部的坩埚中供给物料，所述物料供给装置包括储料机构、振动输料机构和喂料机构，所述储料机构用于容纳物料且具有出料口，所述振动输料机构包括输料部和振动模组，所述输料部与所述储料机构的出料口对接，所述振动模组作用于所述输料部且使得由储料机构落入所述输料部中的物料在气密状态下移向所述喂料机构，所述喂料机构将物料从炉体外部输入炉体内部；还包括位于炉体内部、且与坩埚相对的投料通路，所述喂料机构包括喂料通路，喂料通路与投料通路对接，物料经喂料通路进入投料通路并输入坩埚中。

进一步地，所述炉体内部具有导流筒，所述导流筒与所述坩埚相对设置且处于所述坩埚的上方，所述投料通路设置在所述导流筒的内侧或外侧，或插入所述导流筒内部且延伸至所述坩埚的上方。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述投料通路包括位于其上游的投料入口和下游的投料出口，在所述投料通路的投料入口处设置投料漏斗，所述喂料通路与所述投料漏斗对接，所述投料通路的投料出口靠近所述坩埚。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述投料通路设置于所述导流筒的内侧，所述投料通路通过投料固定块保持在所述导流筒的表面。

进一步地，所述炉体上具有开口，所述喂料通路通过所述开口与炉体相连通，所述喂料通路包括相对的上游端和下游端，所述上游端位于所述炉体外部、且设置有隔离阀，所述下游端在所述炉体内部延伸或撤回，所述隔离阀使得所述喂料通路及炉体保持气密状态。

进一步地，所述喂料机构安装在所述炉体的外部且与所述炉体的开口对接，所述喂料通路在所述炉体外部的部分收纳于所述喂料机构中。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述炉体的开口外部设置波纹管，所述喂料机构通过波纹管与所述炉体的开口对接。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述喂料机构具有喂料提升装置，所述喂料提升装置用于实现所述喂料通路相对于所述投料通路的延伸或撤回。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述喂料通路的外部设置喂料通路固定套，所述喂料通路固定套连接所述喂料提升装置，所述喂料通路与喂料通路固定套随同所述喂料提升装置移动。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述输料部设置在所述储料机构、振动模组之间，所述输料部具有开口且在输料部内部设置输送物料的振动槽，所述储料机构的出料口设置于所述输料部开口的上方且与所述输料部开口对接，所述振动模组设置于所述输料部开口的下方。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，还包括称重传感器，所述称重传感器设置在所述振动模组的下方，用于反馈所述振动槽中的物料的重量。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，还包括输料容纳部，所述储料机构、振动模组内置于所述输料容纳部，所述输料部的一端伸入所述输料容纳部，所述输料部的开口处于所述输料容纳部中且对接所述储料机构的出料口。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述称重传感器设置于所述输料容纳部中。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述的物料供给装置还包括至少一个连通管，所述至少一个连通管设置在所述储料机构和输料部的外部，且连通所述储料机构和输料部。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述输料容纳部开设下料观察窗，透过所述下料观察窗可观察所述储料机构的出料口向所述振动槽落料。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述的物料供给装置还包括筛分收集装置，所述筛分收集装置连通所述输料部，所述振动槽上开设筛孔，物料在所述振动槽移动并经过所述筛孔，粒径小于所述筛孔的物料落入所述筛分收集装置。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述的物料供给装置还包括抽空除尘装置，所述抽空除尘装置连通所述输料部。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述的物料供给装置还包括连通所述输料部的掺杂装置，所述掺杂装置容纳掺杂剂，并使所述掺杂剂落入所述振动槽。

进一步地，所述的物料供给装置还包括对接机构，所述对接机构设置在所述输料部和喂料机构之间，用于在气密状态下承接所述输料部中的物料并将所述物料传送至喂料机构。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述输料部上开设有导料观察窗，透过所述导料观察窗可观察所述输料部向所述对接机构落料。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述输料部包括相连通的水平部和弯折部，所述水平部的内部设置振动槽，所述弯折部处于水平部的下游且对接所述对接机构。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述对接机构包括对接波纹管，以及设置在所述对接波纹管内部的对接下料管，所述对接下料管的上游端伸入所述输料部，所述对接下料管的下游端设置于所述对接波纹管中且可与所述喂料结构对接。

作为本发明技术方案的优选实施方式之一，所述对接机构还包括对接限位装置，所述对接限位装置安装在所述对接波纹管的外部，用于限定所述对接波纹管的伸缩形变量。

进一步地，所述的物料供给装置还包括移动升降平台，至少用于承载所述储料机构、振动输料机构，并改变所述储料机构、振动输料机构相对所述炉体的位置。

本发明所采用的另一种技术方案是：给晶体生长系统，包括：炉体；坩埚，所述坩埚设置在炉体内部，用于盛装物料；以及如上所述的物料供给装置，所述物料供给装置向坩埚传送物料。

与现有加料装置相比，本发明所述物料供给装置至少具有下述的有益效果：

本发明所述物料供给装置包括储料机构、振动输料机构、对接机构、喂料机构和预先设置在坩埚上方的投料通路。喂料机构、对接机构固定安装在炉体外部，并在输送物料时与振动输料机构相连通。储料机构、振动输料机构安装在移动升降平台上，可以实现与多个炉体上的喂料机构对接。振动槽、对接机构中的对接下料管、喂料机构的喂料通路和预先设置在坩埚上方的投料通路形成外部物料输送通路，将料筒中的外部物料传送至炉体内的坩埚中。另外，在喂料机构的上游端设置隔离阀，以保护炉体内部的气氛不受影响。本发明可在不需要停炉的条件下实现向坩埚中输送外部物料，炉体副室无需隔离、净化，大幅提高了生产效率，缩短了加料占比时间，同时也提高了石英玻璃坩埚的利用率，降低了加料环节的成本。

再者，通过在导流筒上预先固定投料通路，使得喂料通路的长度缩短，缩短了喂料通路的行程，降低了炉盖外部喂料机构的高度，降低了喂料机构的重心位置。这样便于喂料机构与导料机构在较低的工位对接，更有利于提高本发明所述物料供给装置运行的稳定性和安全性。还有，与未预先设置投料通路的物料供给装置相比，本发明无需等到提拉装置带动单晶硅棒上行至较高位置，即可向石英玻璃坩埚中投加外部物料，显著缩短了等待时间，提高了单晶硅棒的生产效率。

总之，本发明所述物料供给装置满足了大加料量的要求，单次加料量可以达到150kg以上；同时，弥补了副室内置式加料器的缺陷，加料一次完成，在满足大加料量的前提下，可以最大限度的减少隔离和净化次数，避免反复隔离造成的炉内环境污染。本发明所述物料供给装置的净化、加料过程与单晶硅棒冷却过程可以并行，加料过程时耗显著降低。

附图说明

图1是本发明的料筒设置在输料容纳部中的物料供给装置的概要图；

图2是本发明所述料筒外露的物料供给装置的概要图；

图3是本发明的对接机构和喂料机构的安装关系的概要图；

图4是本发明的喂料通路对接投料通路的状态概要图；

图5是本发明的投料通路安装在导流筒内部的概要图；

图6是本发明的投料通路设置在导流筒外侧的概要图。

附图标记说明：

1.振动输料机构；101.料筒；102.料筒盖；103.输料容纳部；104.振动模组；105.输料部；106.振动槽；107.连通管；108.氩气入口；109.检漏口；110.掺杂装置；111.抽空除尘装置；112.筛分收集装置；113.下料观察窗；114.导料观察窗；115.称重传感器；116.输料波纹管；

2.对接机构；21.对接波纹管；22.对接限位装置；23.对接下料管；24.对接第一法兰；26.对接第二法兰；

3.隔离阀；

4.喂料机构；41.喂料漏斗；42.喂料通路固定套；43.喂料通路；44.喂料波纹管；45.喂料提升装置；451.手轮；452.喂料提升架；453.喂料提升丝杆；454.喂料提升导轨；455.滑块；

5.投料通路；51.投料入料部；52.投料出料部；53.投料漏斗；54.投料固定块；

6.移动升降平台；61.移动升降架；62.移动支撑架；63.水平微调机构；

7.炉体；71.炉盖；72.炉筒；

8.提拉装置；9.单晶硅棒；10.导流筒；

11.坩埚；12.加热器；13.基座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。对于文字描述中的方向的说明，“上下”是指以本发明附图所示的上下方向为基准，“上游、下游”是指以物料的移动方向为基准。此外，“内外”是指炉体、喂料通路等构成组件的内部外部空间位置为基准。但是，本发明并非被理解成限于以该方向说明的方式。

实施例1

本实施例所述物料供给装置，用于自炉体7外部向其内部设置的坩埚11中投加外部物料。在本实施例中，在没有特别说明的情况下，炉体7是指可以采用Cz法从坩埚11中提拉出单晶硅棒9的单晶炉。这种单晶炉具有可供单晶硅棒9冷却的直径较小的细长圆柱状副室，所述副室中安装有用于向上提拉单晶硅棒9的提拉装置8。

除所述副室外，所述单晶炉还包括设置在副室下方的炉体7。一般而言，炉体7又可分为炉盖71和炉筒72。炉盖71连接副室并设置在副室的下方，通常具有一定的弯曲弧度。本实施例所述物料供给装置的部分结构，比如喂料机构4，固定设置在炉盖71上。鉴于副室通常设置在炉盖71的中心处，且位置相对固定，所述喂料机构4优选安装在炉盖71的侧部。为了将外部物料通过喂料机构4送入炉体7内部，更准确地说是，物料落入炉体7内部的坩埚11中，在炉盖71侧部的适宜位置开设有开口，喂料机构4的喂料通路43通过所述开口可以伸入炉体7内部。另外，至于开口在炉盖71上的开设个数，优选地，可以在炉盖71上至少设置一个开口。喂料通路43通常为石英玻璃管，或是其他的耐高温陶瓷管道。作为一优选的实施方式，喂料通路43的长轴中心线与炉体7的竖直中心线具有一定的夹角，即喂料通路43相对炉体倾斜设置。

本实施例在开口处安装有基座13，以便喂料机构4相对稳固地安装在基座13上。由于炉体7内部需要保持特殊的气氛，一般向其内部通入惰性气体，比如氩气等，为了不破坏炉体7内部气氛，需要阻止空气进入炉体7而造成炉体7的污染，在靠近开口处的喂料机构4的上端口还安装隔离阀3。隔离阀3的设置，可以控制开口的开闭，并阻隔炉体7内部气氛和外部环境。鉴于坩埚11用于熔化物料，需要较高的温度，而开口附近的基座13中常含有橡胶材质的密封垫，为了防止密封垫受热易于老化致使不具有符合要求的高密封性，基座13优选连通水循环系统，以起到对其进行降温的效果。

炉筒72设置在炉盖71的下方，工作面以上的部分为直径较大的圆柱体，在炉筒72内部设置有坩埚11、用于加热坩埚11以熔化坩埚11内部物料的加热器12，以及处于坩埚11上方的导流筒10。在本实施例中，所述坩埚11通常是指石英玻璃坩埚，用于盛接外部物料，外部物料在坩埚11中由固态熔化为液态。

如图1和图2所示，这种物料供给装置的主体构成包括储料机构、振动输料机构1、对接机构2、喂料机构4和预埋在炉体7内部的投料通路5。作为物料供给装置的进一步优选，所述物料供给装置还可包括移动升降平台6。

储料机构、振动输料机构1可以安装在移动升降平台6上，随移动升降平台6靠近或远离炉体7，以改变相对炉体7的位置。对接机构2、喂料机构4固定设置在炉体7外部，具体而言，喂料机构4固定设置在所述开口外部的基座13上，对接机构2处于喂料机构4的上方且对接形成供物料输送的通路。喂料机构4中的喂料通路43可经开口伸入至炉体7内部，并与投料通路5对接。从上述各主体构成的功能实现而言，储料机构可临时储存物料，并将物料输送至振动输料机构1。振动输料机构1将物料以可控的方式向对接机构2输送外部物料。对接机构2用于承接振动输料机构1输入的定量物料，并与喂料机构4对接，将物料传送至喂料机构4。投料通路5设置在炉体7内部，与喂料机构4的喂料通路43对接并将物料进一步传送至坩埚11中，完成加料作业。

储料机构

本部分的储料机构包括料筒101。料筒101在物料被输送的时间内能够暂时容纳物料，且料筒101可以分为圆柱状的主体部和位于主体部下方的锥体部。当然，料筒101还可以根据实际应用情况设计为其他形状。料筒101的出料口开设在锥体部的下端，而其入料口与其出料口相对，并设置在主体部的上端。料筒101还可以具有与之相适配的料筒盖102，且料筒盖102设置在主体部的上端。为了便于向料筒101内装填物料，所述料筒盖102的设置方式优选为快拆式，同时可以快速地实现料筒101的密封，避免料筒101内的物料受到周围环境的污染。料筒101输送物料时，料筒盖102能够相对于外气保持气密状态。

料筒101和料筒盖102均可采用不锈钢金属制成。为了避免金属杂质接触料筒101内部的多晶硅料，优选地，在料筒101和料筒盖102的内表面上均设置有内衬，以阻隔物料与料筒101和料筒盖102的表面接触。

本部分所述料筒101至少具有两种优选的设置方式，分别见图1和图2。图1所示的料筒101设置在输料容纳部103中，即相对于外界，料筒101是封闭的。而图2所示的料筒101直接暴露的在外部空气。关于料筒101与输料容纳部103，以及其它结构的配合关系，参见如下描述。

振动输料机构

本部分的振动输料机构1包括输料部105和振动模组104。现分别对输料部105、振动模组104及其与相关结构的配合关系进行详细描述。

如图1所示，所述物料供给装置具有输料容纳部103。输料部105的一端设置在输料容纳部103内部。输料部105、输料容纳部103为腔体式结构，且所述输料部105与输料容纳部103的中下部密封对接。关于对接方式，优选地，可以选用焊接或是法兰连接的方式。所述输料部105、输料容纳部103均可采用不锈钢金属制成。为了避免物料受到金属杂质的污染，在所述输料部105、输料容纳部103的内表面上均设置有内衬，以阻隔物料与所述输料部105、输料容纳部103的内表面接触。作为常规的实施方式，所述输料部105、输料容纳部103内表面上的内衬通常为石英玻璃。优选地，内衬可以通过粘结等方式固定设置在所述输料部105、输料容纳部103的内表面。

优选地，输料容纳部103为圆柱状结构，如图1所示，在输料容纳部103的内部设置料筒101、振动模组104和称重传感器115。至于其在输料容纳部103中的安装相对关系，可借鉴现有技术，作为一种优选的实施方式，料筒101处于输料容纳部103的中上部，而振动模组104安装在输料容纳部103的底部，称重传感器115设置在振动模组104的下方。

料筒101和振动模组104之间保持一定的间隙，以便实现振动槽106的安装。如图1所示，料筒101的出料口直接与输料部105对接。与此不同的是，如图2所示，料筒101的出料口通过输料波纹管对接输料部105。

输料部105可以分为水平部和弯折部。其中，所述输料部105水平部与输料容纳部103对接，且在水平部的内部设置用于传送物料的振动槽106。通常而言，输料部105的水平部，以及水平部内部的振动槽106平行于炉体7所在的工作面，而输料容纳部103的中心线垂直于炉体7所在的工作面，也就是说，水平部与输料容纳部103垂直对接。在另一优选的实施例中，水平部内部的振动槽106也可具有一定的倾斜角度。

振动槽106的横截面呈凹型，振动槽106的上游端伸入所述输料容纳部103，也就是说，输料容纳部103和输料部105通过振动槽106相连通。料筒101中的物料经其出料口落入振动槽106的上游端。优选地，所述振动槽106的上游端处于所述料筒101的出料口的下方，以保证排出的物料全部落入振动槽106的上游端，防止物料落入振动槽106的上游端以外的空间中。这就要求，振动槽106的安装需要适宜的位置和精准度。

振动槽106也可采用不锈钢金属制成。为了避免物料引入金属杂质，振动槽106的内表面上均设置有内衬，以阻隔物料与振动槽106的表面接触。作为常规的实施方式，振动槽106内表面上的内衬通常为石英玻璃。优选地，内衬可以通过粘结等方式固定设置在振动槽106的内表面。

所述振动模组104，优选地，可以选用电磁振动电机。振动模组104装在所述振动槽106的上游端的下方且作用于所述振动槽106的上游端。在振动模组104的作用下，迫使物料沿振动槽106轨迹方向移动，将物料移出所述输料容纳部103。在另一优选的实施例中，物料在料筒101内部受重力作用自然下落。为了实现物料在振动槽106中的定量输送，输料容纳部103内部还安装有称重传感器115。如图1所示，称重传感器115设置在振动模组104的下方。

所述振动槽106沿输料部105的长度方向延伸，具体而言，振动槽106沿输料部105的水平部的长度方向延伸，直至所述输料部105的弯折部。振动槽106的下游端在所述弯折部对接所述对接机构2，物料在其下游端落入所述对接机构2。

作为一优选的实施方式，所述振动输料机构1还包括至少一个连通管107。所述至少一个连通管107设置在所述输料部105、输料容纳部103的外部，且使得所述输料部105、输料容纳部103相连通。如图1所示，连通管107的一端连通输料部105的水平部，而其另一端连通输料容纳部103内部的料筒101。连通管107的设置，使得所述输料部105、输料容纳部103保持连通，利于其内部气氛保持统一。

作为一优选的实施方式，所述振动输料机构1还包括至少一个氩气入口108，以及至少一个检漏口109。具体而言，如图1和2所示，氩气入口108开设在输料容纳部103的顶部或是中上部，氩气入口108连通氩气供给系统，通过氩气入口108向所述物料供给装置充入一定的氩气，使得炉体7内部的气氛与所述物料供给装置内的相同。易于理解地，检漏口109用于检测所述物料供给装置各组件之间对接的密封性。

为了及时了解物料在振动输料机构1中的传送情况，优选地，在所述输料容纳部103上开设有下料观察窗113，通过所述下料观察窗113可观察所述料筒101的出料口向所述振动槽106的上游端落料。还有，在所述输料部105的弯折部开设有导料观察窗114，通过所述导料观察窗114可观察所述振动槽106的下游端向所述对接机构2中的落料情况。

另外，所述振动输料机构1还包括一个抽空除尘装置111，所述抽空除尘装置111连通所述输料部105。具体而言，如图1所示，抽空除尘装置111可以连通所述输料部105的弯折部。易于理解地，抽空除尘装置111可以将物料中的粉尘吸出，避免粉尘落入炉体7中。

作为一优选的实施方式，所述振动输料机构1还包括筛分收集装置112。所述筛分收集装置112在气密状态下至少用于筛分所述振动槽106中的粉状物料，减少所述粉状物料进入所述炉体7内部。为了实现这一功能，在筛分收集装置112的安装位置处，振动槽106及其下方的输料部105侧壁上均开设有筛孔，经过所述筛孔处的物料中的粉尘，或是粒径小于筛孔直径的小颗粒料，就是落入筛分收集装置112中。同时，筛分收集装置112可保持气密状态，其结构与所述振动输料机构1的加料作业相适配。

本部分的振动输料机构1还可以根据需要做出进一步的结构优化，比如增设至少一个掺杂装置110。至于掺杂装置110在振动输料机构1上的设置位置，本部分并没有特殊的限定，图1给出一种优选的掺杂装置110的设置部位，即可以安装在输料部105的水平部上。关于掺杂装置110的具体结构，本部分同样不作限定，整体而言，其作用是向炉体7内部的坩埚11中供给制备单晶硅棒9所需的掺杂剂。

对接结构

所述对接机构2设置在所述振动输料机构1的下游，用于承接所述振动槽106输入的物料，并将所述物料传送至与所述炉体7连通的喂料机构4。具体而言，如图1和图2所示，对接机构2设置在输料部105的弯折部的下方。优选地，输料部105的弯折部可以与对接机构2垂直连接，即对接机构2的中心线与输料部105的弯折部的中心线重合。

对接机构2安装在喂料机构4的上方，并固定设置在炉体7的外部，相对于炉体7，对接机构2、喂料机构4的位置通常不发生改变。在对接机构2、喂料机构4的连接处设置一个隔离阀3，或者说，隔离阀3安装在对接机构2、喂料机构4之间。隔离阀3的作用在于，使相连通的喂料机构4和炉体7保持气密状态。隔离阀3打开，对接机构2、喂料机构4内部相同，来自振动槽106的物料经对接机构2即可进入喂料机构4。

关于对接机构2的结构设置，如图3所示，作为一种优选的实施方式，对接机构2包括对接波纹管21。对接波纹管21的上游端通过对接第一法兰24连接所述输料部105的弯折部。对接波纹管21的下游端通过对接第二法兰26连接隔离阀3。

在对接机构2的内部空间固定设置一个对接下料管23。对接下料管23的上游端优选为漏斗状，并且处于所述输料部105的弯折部的内部，便于更好地盛接振动槽106中的物料；对接下料管23除呈漏斗状的上游端外，其余的部分为管状结构，对接下料管23的下游端处于对接波纹管21的内部空间，并且对接下料管23的下游端可穿过隔离阀3与喂料机构4对接，将物料传送至所述喂料结构4。

如图3所示，所述对接机构2还包括对接限位装置22。对接限位装置22安装在所述对接波纹管21的外部，用于限定所述对接波纹管21的伸缩形变量。在对接机构2与所述输料部105的弯折部完成对接，并向对接机构2中输送物料，对接机构2会受到所述输料部105的弯折部的挤压，使得对接机构2发生一定的形变，相应地，对接波纹管21被压缩，对接机构2内部的对接下料管23也会向靠近喂料机构4的方向移动。但对接波纹管21的压缩形变是有一定限度的，所述输料部105的弯折部和对接波纹管21连接处的对接第一法兰24的外沿会与对接限位装置22的下端接触，从而阻止对接波纹管21的进一步压缩。在外部压力撤销，通常是在加料作业完成后，对接波纹管21恢复形变而伸长，对接机构2内部的对接下料管23也随之向远离喂料机构4的方向移动。对接第一法兰24的外沿会与对接限位装置22的上端接触，从而阻止对接波纹管21的进一步被拉伸。由此可以看出，对接限位装置22的设置可以很好的防护对接机构2及其下游的喂料机构4。

关于对接限位装置22的结构，本实施例并没有给出详细的结构限定，但其功能是限定所述对接波纹管21的伸缩形变量，进而防护对接机构2及其下游的喂料机构4。任何实现这一功能的对接限位装置22的结构，均可认为是本实施例的具体实施方式，均可从本实施例的功能描述中受到技术启示，并可以此做出进一步的结构优化。

喂料机构

喂料机构4与炉盖71上的开口对接，并固定安装在基座13上，用于将对接机构2的物料输送至炉体7内部。喂料机构4包括喂料波纹管44，以及安装在喂料波纹管44内部的喂料通路43。喂料波纹管44与所述开口对接，其下游端固定设置在基座13上，其上游端连接喂料提升装置45。

喂料通路43用于将外部的物料送入炉体7内部，并与炉体7内部的投料通路5对接。在所述喂料通路43的外部设置喂料通路固定套42，所述喂料通路固定套42沿所述喂料通路43的轴线方向延伸，且固定安装在所述喂料波纹管44的内部。喂料通路固定套42优选为管状结构件，设置在喂料通路43的外表面，而喂料通路固定套42固定设置在喂料波纹管44的内表面。如此设置，喂料通路固定套42既可以对喂料通路43起到防护作用，同时又对喂料通路43的移动起到导向的作用。

在喂料通路43的上游端设置喂料漏斗41。在对接下料管23向靠近炉体7的方向移动时，对接下料管23可以与喂料漏斗41对接，将物料传送至喂料漏斗41。为了避免物料在喂料漏斗41处溢出，喂料漏斗41的内径不小于对接下料管23的内径。同时，喂料漏斗41的设置，对从对接下料管23落出的物料具有一定的阻挡和缓冲作用，改变物料的运动路径，防止物料飞出喂料漏斗41所处的区域。一般而言，喂料通路43选用石英材料制成，或是其他耐高温陶瓷类材料制成。

喂料通路43的下游端与投料通路5对接通过喂料提升装置45予以实现，并且喂料提升装置45可实现同步改变喂料波纹管44、喂料通路43相对所述炉体7的位置。所述喂料提升装置45可以采用现有装置或结构，优选地，如图3所示，包括滑块455、喂料提升驱动部451、喂料提升架452以及安装在所述喂料提升架452上的喂料提升丝杆453和喂料提升导轨454。喂料提升架452固定设置在所述基座13。滑块455分别套接在所述喂料提升丝杆453和喂料提升导轨454上，在喂料提升驱动部451的作用下，滑块455可以实现上下移动。同时，滑块455的移动可以带动喂料波纹管44的伸缩以及喂料通路43相对所述炉体7的位置。喂料波纹管44的上游端固定设置在滑块455的下表面，并且滑块455的内部开设有空腔，并且所述空腔中可容纳喂料漏斗41，或是所述空腔可以被对接下料管23穿过。所述喂料提升驱动部451可以是电机，也可以是4手轮，喂料提升驱动部451作用于所述喂料提升丝杆453，进而带动连接喂料波纹管44的滑块455的移动。

在需要向炉体7内部的坩埚11中投加物料时，喂料提升驱动部451驱动滑块455向靠近炉体7的方向移动，同时喂料波纹管44被压缩，喂料波纹管44的压缩带动其内部的喂料通路4靠近炉体7内部的坩埚11，并与投料通路5完成对接。需要说明的是，由于隔离阀3安装在喂料机构4的上端，喂料波纹管44及其内部的喂料通路4与炉体7内部相连通，喂料通路4的部分可以保留在炉体7内部，在加料工作完成后，喂料通路4未必需要全部被提升至炉体7的外部。这样，既可以缩短了喂料通路4所需的长度，又可以缩短其所需的行程。

投料通路

投料通路5预埋在炉体7内部，用于承接喂料通路43输送的物料，并将物料投加至坩埚11中。关于投料通路5在炉体7内部的安装位置，本部分给出三种优选的实施方式。

作为一种实施方式，如图1、图2和图4所示，投料通路5安装在导流筒10的内侧。从图4可以看出，投料通路5设置在单晶硅棒9与导流筒10之间的区域。一般而言，导流筒10为环形结构件，具有内屏和外屏。本部分所述导流筒10的内侧，即投料通路5设置在内屏的内侧。

投料通路5的第二种优选实施方式，如图5所示，投料通路5插入所述导流筒10内部并贯穿所述导流筒10的侧壁，且延伸至所述坩埚11的上方，即投料通路5设置在内屏和外屏之间。或者说，投料通路5嵌设于导流筒10内部，且沿所述导流筒10延长度方向伸至所述坩埚11的上方。易于理解地，这种穿插式的安装方式，需要在导流筒10内部预先开设允许投料通路5插入的通孔，所述通孔自导流筒10上边缘向导流筒10内部延伸至导流筒10的下边缘，投料通路5插入并固定在所述通孔中。

图6给出了投料通路5的第三种优选安装方式。图6所示，投料通路5设置在所述导流筒10的外侧，且投料通路5中的物料经导流筒10外侧和所述坩埚11侧壁内侧之间的区域落入所述坩埚11中。

投料通路5包括投料入料部51和投料出料部52。投料入料部51位于投料通路5的上端，与喂料通路43对接，接收喂料通路43中的物料。投料通路5与喂料通路43的对接，参见图3。投料出料部52沿投料通路5的长度方向延伸，延伸至坩埚11的上方。一般而言，投料通路5选用石英材料制成，或是其他耐高温陶瓷类材料制成。

投料入料部51的入料口处具有投料漏斗53，喂料通路43可以延伸至投料漏斗53的内部，以使得物料全部落入投料漏斗53中。投料通路5通过投料固定块54固定在导流筒10的表面，并向导流筒10的底部延伸。具体而言，投料固定块54设置在投料漏斗53的基部，并固定于导流筒10的顶部。物料经投料出料部52落入坩埚11中，为了降低物料的冲量，防止坩埚11中的熔化物料的溅出，投料出料部52具有以一定的拐角设计，即投料出料部52的至少上半部向所述投料通路5的长轴线方向弯折呈一夹角。投料出料部52的拐角设计，一是改变了投料通路5中的物料移动方向，一是避免物料干扰熔硅液面以上的单晶硅棒9。同时，关于投料出料部52的延伸位置，应以不影响单晶硅棒9的生长和冷却为宜。

上述物料供给装置在炉体7内预先设置有投料通路5。在向规格相同的炉体7输送物料时，采用图1、图2所示的物料供给装置可以缩短喂料通路4的行程，也就是说，使用较短的喂料通路4即可实现将物料传送至投料通路5。所述物料供给装置的优点是显而易见的，至少可以缩短喂料波纹管44的纵向长度，这也意味着设置在炉盖71上的喂料机构4的整体重量可以减轻，并且降低了喂料机构4的重心，进而易于与可移动的导料通路2的对接，更重要的是，提升了物料投加作业的安全性和可靠性。

移动平台

在本实施方式中，如图1和图2所示，所述物料供给装置还可进一步包括移动升降平台6。移动升降平台6用于承载振动输料机构1，并相对于炉体7，使得振动输料机构1向靠近和远离炉体7的方向移动。

为了将振动输料机构1相对安全、牢固地设置在移动升降平台6上，在移动升降平台6上安装有适宜的支撑架或是固定架。具体而言，移动升降平台6包括移动升降架61和移动支撑架62。所述振动输料机构1安装在所述移动升降架61上，在外力的作用下，移动升降架61相对所述移动支撑架62升降。移动支撑架62放置在工作面上，易于理解地，在移动支撑架62的基部安装有多个车轮，以便灵活地改变振动输料机构1相对炉体7的位置，同时，也为多个炉体共用一套振动输料机构1和移动升降平台6提供了可能，即可以实现分批次对多个炉体7供应外部物料。

此外，移动升降平台6还包括水平微调机构63。在振动输料机构1和对接机构2对接时，水平微调机构63可以小幅度地调整彼此的相对距离。在本实施方式中，水平微调机构63具有供作业人员操作的手柄，通过转动手柄，带动振动输料机构1产生小幅度的水平位移。由此，水平微调机构63可以实现振动输料机构1在水平方向上的位置改变，使得振动输料机构1处于适宜的位置，便于与对接机构2密封对接，同时，尽可能地降低振动输料机构1与对接机构2之间的挤压和碰撞，提高对接作业的安全性和便捷性。

其他变形例

以上关于本发明的具体结构，并不限于上述实施方式及变形例，在不脱离本发明主旨的范围内可以进行各种变形。

所述物料供给装置实现其功能的关键举措之一是固设在炉体内部的投料通路5，至于炉体7外部的主体构件，比如喂料机构4、对接结构2和振动输料机构1等，其结构可以做出与本实施方式不同的优化改进。在另一实施方式中，振动输料机构1的料筒101可以包含控料锥体，或是规避设计成其他形式的精准控料方式，比如，料筒101也可以自带实现控制落料量的机构。

在振动输料机构1的适当部位安装掺杂装置110，该掺杂装置110可以通过合理的方式将掺杂剂放置于振动槽106中，掺杂剂随同外部物料一同被传送至炉体7内部。此外，振动槽106的结构与功能，也可用其他方式予以实现，比如，采用传送带等装置实现将物料输送至对接机构2，同时也可以实现落料量的精准控制。

移动升降平台6上安装智能化控制系统，通过智能化控制系统，可以实现振动输料机构1和对接机构2的自适应对接，并可实现远程化控制，为单晶炉智能化加料提供启发思路。

所述物料供给装置还可适用于不同的炉体7内部结构，尤其是指结构不同的坩埚11。本实施例所述坩埚11通常称为普通坩埚，采用如图4所示的普通坩埚，单晶硅棒9只能在被提拉装置8提升至适当位置A时，才能采用所述物料供给装置进行加料，并没有实现真正意义上的连续拉晶。若将普通坩埚换成双坩埚(图6)，或称为具有堰体结构的石英玻璃坩埚，并对所述物料供给装置进行适当的结构改进，比如，调整投料通路5的设置位置或结构，也应属于本发明的保护范围。

实施例2

本实施例给出一种晶体生长系统，至少包括炉体7，以及安装在炉体7内部的坩埚11。如上所述坩埚11用于承装外部物料，外部物料在坩埚11中熔化成液态。特别地，这种晶体生长系统还包括上述的物料供给装置，整体而言，所述物料供给装置向坩埚传送可控量的外部物料。

Claims (25)

1.物料供给装置，其特征在于，用于向炉体(7)内部的坩埚(11)中供给物料，所述物料供给装置包括储料机构、振动输料机构(1)和喂料机构(4)，所述储料机构用于容纳物料且具有出料口，所述振动输料机构(1)包括输料部(105)和振动模组(104)，所述输料部(105)与所述储料机构的出料口对接，所述振动模组(104)作用于所述输料部(105)且使得由储料机构落入所述输料部(105)中的物料在气密状态下移向所述喂料机构(4)；所述喂料机构(4)将物料从炉体(7)外部输入炉体(7)内部；还包括位于炉体(7)内部、且与坩埚(11)相对的投料通路(5)，所述喂料机构(4)包括喂料通路(43)，喂料通路(43)与投料通路(5)对接，物料经喂料通路(43)进入投料通路(5)并输入坩埚(11)中。

2.根据权利要求1所述的物料供给装置，其特征在于，所述炉体(7)内部具有导流筒(10)，所述导流筒(10)与所述坩埚(11)相对设置且处于所述坩埚(11)的上方，所述投料通路(5)设置在所述导流筒(10)的内侧或外侧，或插入所述导流筒(10)内部且延伸至所述坩埚(11)的上方。

3.根据权利要求2所述的物料供给装置，其特征在于，所述投料通路(5)包括位于其上游的投料入口和下游的投料出口，在所述投料通路(5)的投料入口处设置投料漏斗(53)，所述喂料通路(43)与所述投料漏斗(53)对接，所述投料通路(5)的投料出口靠近所述坩埚(11)。

4.根据权利要求3所述的物料供给装置，其特征在于，所述投料通路(5)设置于所述导流筒(10)的内侧，所述投料通路(5)通过投料固定块(54)保持在所述导流筒(10)的表面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的物料供给装置，其特征在于，所述炉体(7)上具有开口，所述喂料通路(43)通过所述开口与炉体(7)相连通，所述喂料通路(43)包括相对的上游端和下游端，所述上游端位于所述炉体(7)外部、且设置有隔离阀(3)，所述下游端在所述炉体(7)内部延伸或撤回，所述隔离阀(3)使得所述喂料通路(43)及炉体(7)保持气密状态。

6.根据权利要求5所述的物料供给装置，其特征在于，所述喂料机构(4)安装在所述炉体(7)的外部且与所述炉体(7)的开口对接，所述喂料通路(43)在所述炉体(7)外部的部分收纳于所述喂料机构(4)中。

7.根据权利要求5所述的物料供给装置，其特征在于，所述炉体(7)的开口外部设置波纹管，所述喂料机构(4)通过波纹管与所述炉体(7)的开口对接。

8.根据权利要求5所述的物料供给装置，其特征在于，所述喂料机构(4)具有喂料提升装置(45)，所述喂料提升装置(45)用于实现所述喂料通路(43)相对于所述投料通路(5)的延伸或撤回。

9.根据权利要求8所述的物料供给装置，其特征在于，所述喂料通路(43)的外部设置喂料通路固定套(42)，所述喂料通路固定套(42)连接所述喂料提升装置(45)，所述喂料通路(43)与喂料通路固定套(42)随同所述喂料提升装置(45)移动。

10.根据权利要求5所述的物料供给装置，其特征在于，所述输料部(105)设置在所述储料机构、振动模组(104)之间，所述输料部(105)具有开口且在输料部(105)内部设置输送物料的振动槽(106)，所述储料机构的出料口设置于所述输料部(105)开口的上方且与所述输料部(105)开口对接，所述振动模组(104)设置于所述输料部(105)开口的下方。

11.根据权利要求10所述的物料供给装置，其特征在于，还包括称重传感器(115)，所述称重传感器(115)设置在所述振动模组(104)的下方，用于反馈所述振动槽(106)中的物料的重量。

12.根据权利要求11所述的物料供给装置，其特征在于，还包括输料容纳部(103)，所述储料机构、振动模组(104)内置于所述输料容纳部(103)，所述输料部(105)的一端伸入所述输料容纳部(103)，所述输料部(105)的开口处于所述输料容纳部(103)中且对接所述储料机构的出料口。

13.根据权利要求12所述的物料供给装置，其特征在于，所述称重传感器(115)设置于所述输料容纳部(103)中。

14.根据权利要求12所述的物料供给装置，其特征在于，还包括至少一个连通管(107)，所述至少一个连通管(107)设置在所述储料机构和输料部(105)的外部，且连通所述储料机构和输料部(105)。

15.根据权利要求12所述的物料供给装置，其特征在于，所述输料容纳部(103)开设有下料观察窗(113)，透过所述下料观察窗(113)可观察所述储料机构的出料口向所述振动槽(106)落料。

16.根据权利要求10所述的物料供给装置，其特征在于，还包括筛分收集装置(112)，所述筛分收集装置(112)连通所述输料部(105)，所述振动槽(106)上开设筛孔，物料在所述振动槽(106)移动并经过所述筛孔，粒径小于所述筛孔的物料落入所述筛分收集装置(112)。

17.根据权利要求10所述的物料供给装置，其特征在于，还包括抽空除尘装置(111)，所述抽空除尘装置(111)连通所述输料部(105)。

18.根据权利要求10所述的物料供给装置，其特征在于，还包括连通所述输料部(105)的掺杂装置(110)，所述掺杂装置(110)容纳掺杂剂，并使所述掺杂剂落入所述振动槽(106)。

19.根据权利要求10所述的物料供给装置，其特征在于，还包括对接机构(2)，所述对接机构(2)设置在所述输料部(105)和喂料机构(4)之间，用于在气密状态下承接所述输料部(105)中的物料并将所述物料传送至喂料机构(4)。

20.根据权利要求19所述的物料供给装置，其特征在于，所述输料部(105)上开设有导料观察窗(114)，透过所述导料观察窗(114)可观察所述输料部(1005)向所述对接机构(2)落料。

21.根据权利要求19所述的物料供给装置，其特征在于，所述输料部(105)包括相连通的水平部和弯折部，所述水平部的内部设置振动槽(106)，所述弯折部处于水平部的下游且对接所述对接机构(2)。

22.根据权利要求20所述的物料供给装置，其特征在于，所述对接机构(2)包括对接波纹管(21)，以及设置在所述对接波纹管(21)内部的对接下料管(23)，所述对接下料管(23)的上游端伸入所述输料部(105)，所述对接下料管(23)的下游端设置于所述对接波纹管(21)中且可与所述喂料结构(4)对接。

23.根据权利要求22所述的物料供给装置，其特征在于，所述对接机构(2)还包括对接限位装置(22)，所述对接限位装置(22)安装在所述对接波纹管(21)的外部，用于限定所述对接波纹管(21)的伸缩形变量。

24.根据权利要求1所述的物料供给装置，其特征在于，还包括移动升降平台(6)，至少用于承载所述储料机构、振动输料机构(1)，并改变所述储料机构、振动输料机构(1)相对所述炉体(7)的位置。

25.晶体生长系统，其特征在于，包括：

炉体(7)；

坩埚(11)，所述坩埚(11)设置在炉体(7)内部，用于盛装物料；以及

权利要求1至24中任一项所述的物料供给装置，所述物料供给装置向坩埚(11)传送物料。