CN109306515A - 物料供给装置和晶体生长系统 - 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，物料供给装置包括传料机构、喂料机构和投料通路，传料机构向所述喂料机构传送可控量的物料，喂料机构具有将物料从炉体外部输入炉体内部的喂料通路，投料通路位于所述炉体内部且与所述坩埚相对，喂料通路对接所述投料通路，物料经喂料通路导入投料通路并由投料通路输入坩埚中。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装置。本发明满足了大加料量的要求，加料过程与单晶硅棒冷却过程可以并行，缩短了加料时间，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

物料供给装置和晶体生长系统

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传料机构、喂料机构和投料通路，所述传料机构向所述喂料机构传送可控量的物料，所述喂料机构具有将物料从炉体外部输入炉体内部的喂料通路，所述投料通路位于所述炉体内部且与所述坩埚相对，所述喂料通路对接所述投料通路，物料经所述喂料通路导入投料通路并由所述投料通路输入所述坩埚中。

进一步地，所述传料机构包括控料机构，所述控料机构包括料筒和控料体，所述料筒用于容纳物料且具有出料口，所述控料体设置于所述料筒、且可相对于所述料筒出料口移动，容纳于所述料筒中的物料从所述料筒出料口与所述控料体的间隙离开所述料筒。

作为本发明技术方案优选的实施方式之一，所述控料体悬置于所述料筒的出料口处，且可贴合和远离所述料筒的出料口；所述控料体与所述料筒的出料口的形状相配合，且所述控料体的底面尺寸不小于所述料筒出料口的尺寸。

作为本发明技术方案优选的实施方式之一，所述控料体连接牵引绳索，所述牵引绳索穿过料筒并与安装于所述料筒外部的牵引动力部连接。

作为本发明技术方案优选的实施方式之一，所述控料体为圆锥体或圆台，所述料筒的出料口为圆柱状，所述圆锥体或圆台的底面直径不小于所述料筒出料口的直径。

进一步地，所述送料机构还包括送料机构，所述送料机构设置在所述控料机构、喂料机构之间，用于在气密状态下将所述控料机构中的物料传送至所述喂料机构的喂料通路中。

进一步地，所述送料机构还包括导料波纹管，所述导料波纹管的上游端对接所述料筒出料口，所述导料波纹管的下游端对接所述送料机构。

作为本发明技术方案优选的实施方式之一，所述送料机构包括传料筒以及安装在所述传料筒中的传送带，所述传料筒的上游对接所述导料波纹管的下游端，所述传料筒的下游对接所述喂料机构，所述控料机构中的物料经所述传送带输送至所述喂料机构。

作为本发明技术方案优选的实施方式之一，所述导料波纹管的内部设置导料筒，所述导料筒包括相对的导料入料部和导料出料部，所述导料入料部处于所述导料筒的上游，物料由所述料筒出料口落入所述入料部，所述导料出料部处于所述导料筒的下游且延伸至所述传料筒中。

作为本发明技术方案优选的实施方式之一，所述导料出料部靠近所述传送带且设置在所述传送带的上方，所述导料出料部具有侧向开口，物料通过所述侧向开口落在传送带上，所述侧向开口的朝向与所述传送带的运行方向相一致。

作为本发明技术方案优选的实施方式之一，所述传料筒上安装掺杂装置，所述掺杂装置用于盛放掺杂剂并将所述掺杂剂投放至所述传送带上。

进一步地，所述炉体内部还具有导流筒，所述导流筒安装于所述坩埚的上方，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优选的实施方式之一，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。

作为本发明技术方案优选的实施方式之一，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。

进一步地，所述炉体上具有开口，所述喂料机构对接所述开口，所述喂料通路可相对于所述投料通路延伸或撤回，所述喂料通路在延伸位置时穿过所述开口并与所述投料通路相连通。

进一步地，所述喂料机构还包括喂料容纳部，所述喂料容纳部设置于所述炉体外部，所述喂料通路在撤回位置时容纳于所述喂料容纳部。

进一步地，所述喂料机构还包括长度可以伸缩变化的喂料伸缩部，所述炉体的开口处具有隔离阀，所述喂料伸缩部密封连接于所述喂料容纳部与所述隔离阀之间。

作为本发明技术方案优选的实施方式之一，所述喂料机构还包括机械连接于所述喂料通路的喂料驱动器，所述喂料驱动器设置于所述喂料容纳部的一侧，用于带动所述喂料通路延伸或撤回。

作为本发明技术方案优选的实施方式之一，所述喂料通路的上游端设置用于接收物料的喂料漏斗，所述喂料通路的外部具有喂料固定套，所述喂料固定套通过喂料滑块连接所述喂料驱动器。

作为本发明技术方案优选的实施方式之一，所述喂料机构还包括导料翻板机构，所述传送带上的物料通过所述导料翻板机构落入所述喂料漏斗。

进一步地，所述的物料供给装置还包括移动升降平台，所述移动升降平台至少用于承载所述送料机构并改变所述送料机构相对所述炉体的位置。

本发明还采用另一种技术方案：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，物料在坩埚中熔化；以及物料供给装置，所述物料供给装置向坩埚传送可控量的物料。

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控料机构、送料机构、喂料机构和预先设置在坩埚上方的投料通路。控料机构、送料机构、喂料机构安装在移动升降平台上，可以实现与多个炉体对接。控料机构通过控料体将外部物料定量输送至送料机构。送料机构的传送带、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，将控料机构中的外部物料传送至炉体内的坩埚中。另外，在炉体的开口处设置隔离阀，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，缩短了喂料通路在上限位、下限位之间的行程，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，更有炉体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是本发明所述物料供给装置的概要图；

图2是本发明所述物料供给装置的控料结构与送料机构结合处的概要图；

图3是本发明所述物料供给装置的喂料机构的概要图；

图4是本发明所述物料供给装置的喂料机构的喂料驱动器的概要图；

图5是本发明所述物料供给装置的投料通路与喂料通路对接的概要图；

图6是本发明所述物料供给装置的投料通路安装在导流筒内部的概要图；

图7是本发明所述物料供给装置的投料通路设置在导流筒外侧的概要图。

附图标记说明：

1.控料机构；101.料筒；102.料筒盖；103.控料体；104.牵引绳索；105.牵引动力部；106.导料筒；1061.导料入料部；1062.导料出料部；107.导料波纹管；

2.送料机构；21.传料筒；22.传送带；23.从动辊；24.驱动辊；25.张力辊；

3.喂料机构；31.喂料容纳部；32.喂料对接部；33.喂料驱动器；34.喂料通路；35.喂料漏斗；36.喂料固定套；37.喂料伸缩部；38.导料翻板机构；331.喂料滑块；332.喂料驱动电机；333.喂料丝杆；334.喂料导轨；

4.投料通路；41.投料入料部；42.投料出料部；43.投料漏斗；44.投料固定块；

5.导流筒；6.加热器；7.坩埚；8.炉体；81.炉盖；82.炉筒；

9.掺杂装置；10.单晶硅棒；11.提拉装置；

12.移动升降平台；121.移动升降架；122.移动支撑架；123.水平微调机构；

13.隔离阀。

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8外部向炉体8内部设置的坩埚7中投加外部物料。这里的外部物料通常是指拉制单晶硅棒所需的多晶硅料。在本实施例中，在没有特别说明的情况下，炉体8是指可以采用Cz法从坩埚7中提拉出单晶硅棒10的单晶炉。这种单晶炉具有可供单晶硅棒10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10的提拉装置11。

此外，所述单晶炉还包括设置在副室下方的炉体8。所述炉体8分为炉盖81和炉筒82。炉盖81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优选为与炉盖81对接，即通过炉盖81将物料输送至炉筒82内部的坩埚7中。为了将外部物料通过喂料机构3送入炉体8内部，更准确地说是，物料落入炉体8内部的坩埚7中，在炉盖81侧部的适宜位置开设有开口，喂料机构3的喂料通路34可以伸入炉体8内部。至于开口在炉盖81上的开设个数，优选地，可以在炉盖81上至少设置一个开口。

由于炉体8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8内部气氛，阻止空气进入炉体8造成炉体8的污染，在开口处还安装隔离阀13。隔离阀13的设置，可以控制开口的开闭，并阻隔炉体8内部气氛和外部环境。鉴于物料在坩埚7中熔化为液态，需要较高的温度，而开口附近的隔离阀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，隔离阀13连通水循环系统，以起到对其进行降温的效果。

炉筒82设置在炉盖81的下方，工作面以上的部分为直径较大的圆柱体，在炉筒82内部设置有坩埚7、用于加热坩埚7以熔化坩埚7内部物料的加热器6，以及处于坩埚7上方的导流筒5。所述坩埚7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7中熔化为液态物料。

如图1所示，这种物料供给装置的主体构成包括控料机构1、送料机构2、喂料机构3和预埋在炉体8内部的投料通路4。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12。

所述控料机构1、送料机构2可以安装在移动升降平台12上，随移动升降平台12靠近或远离炉体8，以改变相对炉体8的位置。喂料机构3中的喂料通路34可经开口伸入至炉体8内部，并与投料通路4对接。从上述各主体构成的功能实现而言，控料机构1可临时储存物料，并将物料以可控的方式定量向送料机构2输送外部物料。喂料机构3用于盛接送料机构2输入的定量物料，并与投料通路4对接，将物料传送至投料通路4。喂料机构3用于实现物料向炉体8内部输送。投料通路4设置在炉体8内部，与喂料机构3对接并将物料进一步传送至坩埚7中，完成加料作业。

传料机构

本部分的传料机构包括控料机构1、送料机构2以及设置在控料机构1、送料机构2之间的导料波纹管107。控料机构1用于储存多晶硅料，并将多晶硅料以可控的方式排出。导料波纹管107分别对接控料机构1、送料机构2，将控料机构1中的多晶硅料导入送料机构2。送料机构2对接喂料机构3，并向喂料机构3输送多晶硅料。

控料机构1包括能够暂时容纳物料的料筒101。作为控料机构1的主体结构之一，作为优选，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和料筒盖102均可选用不锈钢金属制成，为了避免向料筒101内的物料引入金属杂质，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、料筒盖102表面直接接触。至于内衬在料筒101、料筒盖102内表面的设置方式，一般而言，内衬可以通过粘结的方式设置在料筒101、料筒盖102的内表面。

在向下游的导料波纹管107输送物料时，料筒101及其料筒盖102能够保持气密状态。还有，在料筒101上可以开设有抽空通口(图中未标示)，抽空通口连通抽真空装置(图中未标示)，通常地，在连接抽空通口的抽真空管路上安装有真空阀，以控制料筒101内部的真空度。对料筒101抽真空的目的在于，使得控料机构1保持一定的真空度，防止空气进入炉体8而破坏炉体8内部的气氛。

物料在料筒101内部受重力作用自然下落，为了实现定量从料筒出料口排出物料，在料筒出料口设置一个控料体103。控料体103的几何形状与料筒出料口相适配。作为一优选的实施方式，控料体103优选为几何圆锥状，比如为圆锥体或是圆台，料筒出料口优选为管状(圆柱状)结构，料筒出料口的截面为圆形，料筒出料口边缘可以与控料体103的表面紧密贴合。通过控料体103与料筒出料口的配合，可以实现料筒出料口的开闭以及出料量的控制。为了实现控料体103与料筒出料口的紧密对接，易于理解地，控料体103底面的直径不小于所述料筒出料口的直径。如此设置，在控料体103与料筒出料口对接时，物料不会从控料体103和料筒出料口之间的缝隙中排出。

作为一优选的实施方式，控料体103的上下移动通过牵引动力部105予以控制，牵引动力部105可以选用为牵引电机。牵引动力部105通过牵引绳索104连接控料体103，牵引绳索104由牵引动力部105引出，伸入料筒101的内部，而牵引动力部105可以安装在所述料筒盖102上，或是安装于所述料筒101的外部。控料体103的工作原理，可以描述为：牵引动力部105通过牵引绳索104作用于控料体103，使得控料体103相对于料筒出料口提升或降落；若控料体103向下移动，远离所述料筒出料口，料筒出料口开放，料筒101中的物料落入所述导料筒106；控料体103向上提升，并靠近所述料筒出料口，控料体103的底面贴合所述料筒出料口，所述料筒出料口关闭。

设置控料体103的作用不仅仅如上所述，其还对物料起到分流和缓冲的作用。在料筒101排料时，控料体103悬挂于所述料筒出料口的下方，鉴于控料体103的圆锥状结构，大多数物料均会先与控料体103接触，并改变原有竖直的下落方向，使得物料沿导料筒106的圆周方向分散，避免了物料在导料筒106的出料口形成圆锥状堆积。这样也利于物料从导料筒106排入所述送料机构2。

上述传料机构还具有导料波纹管107。导料波纹管107设置在控料机构1、送料机构2之间，起到连通控料机构1、送料机构2的作用。具体而言，所述导料波纹管107安装在料筒101的下方，料筒101通过导料波纹管107连通所述送料机构2。导料波纹管107的两端分别通过法兰连接料筒101的锥体部和送料机构2。设置导料波纹管107的目的在于，减轻或避免盛装有物料的料筒101对其下方的送料机构2的挤压，起到一定程度的缓冲作用。如图1和图2所示，在所述导料波纹管107的内部安装导料筒106。导料筒106为中空的管状结构，其形状也可以做出适当的改变，通过法兰可以与料筒出料口密封对接，并使得所述控料体103设置在所述导料筒106中。参照料筒101的内部设置方式，在导料筒106的内部表面上设置内衬。优选地，所述内衬以石英玻璃较为通用。至于内衬在导料筒106内表面的设置方式，一般而言，内衬可以通过粘结的方式设置在导料筒106的内表面。

所述导料筒106包括导料入料部1061和导料出料部1062。所述导料入料部1061处于所述导料筒106的上游端，且对接所述料筒出料口。所述导料出料部1062处于所述导料筒106的下游端，且延伸至所述传料机2。本部分还给出一种结构优选的导料筒106。如图2所示，导料筒106的导料出料部1062靠近所述送料机构2的传送带22，且设置于所述传送22的上方，导料出料部1062具有侧向开口，物料通过所述侧向开口落入传送带22上，所述侧向开口的朝向与所述传送带22的运行方向一致。开设所述侧向开口的目的是，防止物料在导料出料部1062与传送带22之间的区域堵塞。侧向开口的设置，落入传送带22的物料可以及时的被传送带22输送至喂料机构3。

作为一优选的实施方式，上述控料体103悬挂于导料筒106的内部，控料体103在导料筒106的内部至料筒出料口之间的区域移动，优选地，控料体103可沿料筒101的中心线移动。具体而言，所述控料体103设置在所述导料入料部1061中，且可在所述导料入料部1061中上下移动。

采用控料体103的控料机构1具有对物料具有更广泛的适用性。也就是，这种控料机构1可以适用于大块料、小块料、规整的颗粒料或是粉末料。同时，这种控料机构1也消除了其它控料给料装置，比如螺旋给料装置的适用物料局限的弊端。

如上所述送料机构2的核心作用是将控料机构1排出的物料传送至喂料机构3。本部分的送料机构2可以采用现有的传送带输料方式予以实现，但其可以根据本发明的意图做出适当的调整。具体而言，送料机构2包括传料筒21，以及安装在传料筒21内部的传送带22。传料筒21为中空结构连接件，为传送带22的安装提供密闭的空间。如图1和图2所示，传料筒21水平设置，传料筒21的上游对接所述控料机构1，即传料筒21通过导料波纹管107连通料筒101，导料筒106的导料出料部1062延伸至所述传料筒21中；而传料筒21的下游对接所述喂料机构3，具体而言，传料筒21的下游对接喂料机构3的喂料对接部32。

传料筒21可以选择金属材料制成，比如不锈钢，在其内部表面上可以优选设置内衬。至于内衬在传料筒21内表面的设置方式，一般而言，内衬可以通过粘结的方式设置在传料筒21的内部表面。

所述传送带22水平设置，并且沿传料筒21延伸至喂料对接部32中。传送带22由外力驱动，并且传送带22的转速是可以控制的，或是根据落入传送带22上的物料量自适应调节传送带22的转速。如图1所示，在传送带22的上游设置从动辊23，在传送带22的下游设置驱动辊24。所述从动辊23和驱动辊24可以设置在同一水平面上；或是，上游的从动辊23高于下游的驱动辊24，但二者的高度差需要保持在适宜的范围内。为了调节传送带22的张进度，优选地，所述传送带22还可以设置至少一个张力辊25。

本部分的送料机构2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9。至于掺杂装置9在送料机构2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9的设置部位。关于掺杂装置9的具体结构，本部分同样不作限定，整体而言，其作用是向炉体内部的坩埚中供给制备单晶硅棒所需的掺杂剂。

此外，在传料筒21上可以开设有抽空通口(图中未标示)，抽空通口连通抽真空装置(图中未标示)，通常地，在连接抽空通口的抽真空管路上安装有真空阀，以保持传料筒21内部的真空度。对传料筒21抽真空的目的在于，使得送料机构2保持一定的真空度，防止空气进入炉体8而破坏炉体8内部的气氛。

喂料机构

喂料机构3与炉盖81上的开口对接，用于将送料机构2的物料输送至炉体8内部。喂料机构3包括喂料容纳部31和喂料对接部32。喂料容纳部31是喂料机构3的主体部分，且与开口固定对接。喂料容纳部31的内部安装可将外部物料输送至炉体8内部的喂料通路34。喂料对接部32设置在所述喂料容纳部102的侧部，与喂料容纳部31相连通，且与传料筒21对接。至于喂料对接部32与传料筒21的对接方式，优选为采用法兰对接，也可采用其他的对接方式，但不管哪种对接方式，均应保证对接的密封性。

喂料机构3还包括喂料驱动器33，具体而言，喂料驱动器33安装在喂料容纳部31上。喂料驱动器33可以驱使喂料通路34在喂料容纳部31中移动。需要说明的是，喂料通路34的移动可以采用现有技术予以实现。图3和图4给出了一种喂料驱动器34的构成示意图。喂料驱动器34包括安装在喂料容纳部31顶端的喂料驱动电机332，以及设置在喂料容纳部31内部空间的喂料丝杆333和喂料导轨334。在喂料丝杆333和喂料导轨334上设置一个喂料滑块331，喂料滑块331可沿喂料丝杆333和喂料导轨334实现同步运动。在喂料丝杆333上具有螺纹，喂料驱动电机332带动喂料丝杆333转动，同时喂料滑块331具有螺纹孔并套接在喂料丝杆333上，喂料丝杆333的转动转变为喂料滑块331的上下移动。由于喂料通路34固定在喂料滑块331上，喂料通路34可以实现与喂料滑块331的同步移动。

喂料通路34在喂料容纳部31中的移动具有位置的限定，即喂料通路34在喂料驱动器33的作用下在上限位、下限位之间伸缩移动。这里的上限位是指喂料通路34向上提升所能到达的极限位置。当喂料通路34处于上限位时，喂料通路34的下端处于隔离阀13的上方，隔离阀13的关闭可以阻隔炉体8内部气氛和外部环境。这里的下限位是指喂料通路34向下降至所能到达的极限位置，即喂料通路34伸入炉体8内部最大行程时的位置。在喂料通路34处于下限位时，喂料通路34对接投料通路4的投料入料部41。

作为本部分优选实施方式，喂料机构3还包括导料翻板机构38。所述导料翻板机构38可以设置在所述喂料容纳部31和喂料对接部32的结合处，所述传送带22的物料通过所述导料翻板机构38落入所述喂料漏斗35。导料翻板机构38可以转动并可搭接在所述喂料漏斗35上，形成供物料落入喂料漏斗35中的通路。导料翻板机构38的转动可以通过人力或是非人力驱动装置，比如电机予以实现。

喂料通路34的上游端设置喂料漏斗35。喂料漏斗35边缘外径不小于喂料通路34主体部的内径。喂料漏斗35的设置，对从送料机构2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35所处的区域。一般而言，喂料通路34选用石英材料制成，或是其他耐高温陶瓷类材料制成。

在喂料漏斗35的基部(或说是下方)设置喂料固定套36，同时，喂料固定套36处于喂料通路34的外侧。喂料固定套36通过喂料滑块331连接所述喂料驱动器33，在所述喂料驱动器33的作用下，所述喂料通路34在喂料容纳部31中进行线性移动。在实际应用中，喂料固定套36可沿喂料通路34的轴线方向延伸至一定的长度，喂料固定套36可用于保护其内侧的喂料通路34。进一步优选地，在喂料固定套36与喂料通路34之间的至少部分空间填充缓冲层，缓冲层中可以填充柔性材料，以更好地防护喂料通路34。

另外，优选地，在喂料容纳部31上开设若干个作用不同的有通气口(图中未标示)。比如，开设的通气口至少包括抽空通口、氩气通口和检漏通口。喂料容纳部31上的抽空通口和料筒101上的抽空通口串联，并与抽真空系统相连通，可以使得本实施例所述物料供给装置在向炉体8供料时，保持一定的真空度。氩气通口连通氩气供给系统，通过氩气通口向所述物料供给装置充入一定的氩气，使得炉体8内部的气氛与所述物料供给装置内的相同。易于理解地，检漏通口用于检测所述物料供给装置各组件之间对接的密封性。

投料通路

投料通路4预埋在炉体8内部，用于盛接喂料通路34输送的物料，并将物料投加至坩埚7中。关于投料通路4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和图5所示，投料通路4安装在导流筒5的内侧。从图5可以看出，投料通路4设置在单晶硅棒10与导流筒5之间的区域。一般而言，导流筒5为环形结构件，具有内屏和外屏。本部分所述导流筒5的内侧，即投料通路4设置在内屏的内侧。

投料通路4的第二种优选实施方式，如图6所示，投料通路4插入所述导流筒5内部并贯穿所述导流筒5的侧壁，且延伸至所述坩埚7的上方，即投料通路4设置在内屏和外屏之间。或者说，投料通路4嵌设于导流筒5内部，且沿所述导流筒5延长度方向伸至所述坩埚7的上方。易于理解地，这种穿插式的安装方式，需要在导流筒5内部预先开设允许投料通路4插入的通孔，所述通孔自导流筒5上边缘向导流筒5内部延伸至导流筒5的下边缘，投料通路4插入并固定在所述通孔中。

图7给出了投料通路4的第三种优选安装方式。图7所示，投料通路4设置在所述导流筒5的外侧，且投料通路4中的物料经导流筒5外侧和所述坩埚7侧壁内侧之间的区域落入所述坩埚7中。

投料通路4包括投料入料部41和投料出料部42。投料入料部41位于投料通路4的上端，与喂料通路34对接，接收喂料通路34中的物料。投料通路4与喂料通路34的对接，参见图5。投料出料部42沿投料通路4的长度方向延伸，延伸至坩埚7的上方。一般而言，投料通路4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41的入料口处具有投料漏斗43，喂料通路34可以插入至投料漏斗43的内部，以使得物料全部落入投料漏斗43中。投料通路4通过投料固定块44固定在导流筒5的表面，并向导流筒5的底部延伸。具体而言，投料固定块44设置在投料漏斗43的基部，并固定于导流筒5的顶部。物料经投料出料部42落入坩埚7中，为了降低物料的冲量，防止坩埚7中的熔化物料的溅出，投料出料部42具有以一定的拐角设计，即投料出料部42的至少上半部向所述投料通路4的长轴线方向弯折呈一夹角。同时，关于投料出料部42的延伸位置，应以不影响单晶硅棒10的生长和提拉冷却为宜。

上述物料供给装置在其炉体8内预先设置有投料通路4。在向规格相同的炉体8输送物料时，采用所述的物料供给装置可以缩短喂料通路34的行程，也就是说，使用较短的喂料通路34即可实现将物料传送至投料通路4。所述物料供给装置的优点是显而易见的，至少可以缩短喂料容纳部31的纵向长度，这也意味着对接在炉盖81上的喂料机构3的整体重量可以减轻，并且降低了喂料机构3的重心，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所示，所述物料供给装置还可进一步包括移动升降平台12。移动升降平台12用于承载控料机构1、送料机构2和喂料机构3，并相对于炉体8，使得控料机构1、送料机构2和喂料机构3向靠近和远离炉体8的方向移动。为了将控料机构1、送料机构2和喂料机构3相对安全、牢固地设置在移动升降平台12上，在移动升降平台12上安装有适宜的支撑架或是固定架。易于理解地，在支撑架的基部安装有多个车轮，以便灵活地改变控料机构1、送料机构2和喂料机构3相对炉体8的位置，同时，也为多个炉体共用一套所述物料供给装置提供了可能，即可以实现分批次对多个炉体8供应外部物料。

具体而言，所述移动升降平台12包括移动升降架121和移动支撑架122。所述移动升降架121可在竖直方向上改变相对所述移动支撑架122的位置，所述控料机构1、送料机构2和喂料机构3均安装在所述移动升降架121上。

移动升降平台12上安装有升降驱动装置，用于沿上下方向移动控料机构1、送料机构2和喂料机构3的位置。这种升降驱动装置可以采用手动的方式，但也可以采用电动机等驱动方式的装置。此外，移动升降平台12还包括水平微调机构123，用于喂料机构3和隔离阀13对接时，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123具有供作业人员操作的手柄，通过转动手柄，带动控料机构1、送料机构2和喂料机构3在水平方向上产生小幅度的位移。由此，水平微调机构123可以实现控料机构1、送料机构2和喂料机构3在水平方向上的位置改变，使得喂料机构3处于适宜的位置，便于与隔离阀13密封对接，同时，尽可能地降低喂料机构3对炉盖81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导流筒5表面的投料通路4，至于炉体8外部的主体构件，比如控料机构1、送料机构2和喂料机构3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，控料机构,1可以不包含控料体103，或是规避设计成其他形式的精准控料方式，比如，螺旋给料装置。

在送料机构2的适当部位安装掺杂装置9，该掺杂装置9可以通过合理的方式将掺杂剂放置于传送带22上，掺杂剂随同外部物料一同被传送至炉体8内部。此外，送料机构2的结构与功能，也可用其他方式予以实现，比如，采用物料自重方式或是振动器等装置实现将物料输送至喂料机构3，同时也可以实现落料量的精准控制。

移动升降平台12上安装智能化控制系统，通过智能化控制系统，可以实现喂料机构3与炉体8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8内部结构，尤其是指结构不同的坩埚7。图5所示的坩埚7通常称为普通坩埚，采用如图5所示的普通坩埚，单晶硅棒10只能在被提拉装置11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，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4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8，以及安装在炉体8内部的坩埚7。如上所述坩埚7用于承装外部物料，外部物料在坩埚7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 (22)

1.物料供给装置，其特征在于，用于向炉体(8)内部的坩埚(7)中供给物料，所述物料供给装置包括传料机构、喂料机构(3)和投料通路(4)，所述传料机构向所述喂料机构(3)传送可控量的物料，所述喂料机构(3)具有将物料从炉体(8)外部输入炉体(8)内部的喂料通路(34)，所述投料通路(4)位于所述炉体(8)内部且与所述坩埚(7)相对，所述喂料通路(34)对接所述投料通路(4)，物料经所述喂料通路(34)导入投料通路(4)并由所述投料通路(4)输入所述坩埚(7)中。

2.根据权利要求1所述的物料供给装置，其特征在于，所述传料机构包括控料机构(1)，所述控料机构(1)包括料筒(101)和控料体(103)，所述料筒(101)用于容纳物料且具有出料口，所述控料体(103)设置于所述料筒(101)、且可相对于所述料筒(101)的出料口移动，容纳于所述料筒(101)中的物料从所述料筒(101)的出料口与所述控料体(103)的间隙离开所述料筒(101)。

3.根据权利要求2所述的物料供给装置，其特征在于，所述控料体(103)悬置于所述料筒(101)的出料口处，且可贴合和远离所述料筒(101)的出料口；所述控料体(103)与所述料筒(101)的出料口的形状相配合，且所述控料体(103)的底面尺寸不小于所述料筒(101)的出料口尺寸。

4.根据权利要求3所述的物料供给装置，其特征在于，所述控料体(103)连接牵引绳索(104)，所述牵引绳索(104)穿过料筒(101)并与安装于所述料筒(101)外部的牵引动力部(105)连接。

5.根据权利要求4所述的物料供给装置，其特征在于，所述控料体(103)为圆锥体或圆台，所述料筒(101)的出料口为圆柱状，所述圆锥体或圆台的底面直径不小于所述料筒(101)出料口的直径。

6.根据权利要求2所述的物料供给装置，其特征在于，所述传料机构还包括送料机构(2)，所述送料机构(2)设置在所述控料机构(1)、喂料机构(3)之间，用于在气密状态下将所述控料机构(1)中的物料传送至所述喂料机构(3)的喂料通路(34)中。

7.根据权利要求6所述的物料供给装置，其特征在于，所述送料机构(2)还包括导料波纹管(107)，所述导料波纹管(107)的上游端对接所述料筒(101)出料口，所述导料波纹管(107)的下游端对接所述送料机构(2)。

8.根据权利要求7所述的物料供给装置，其特征在于，所述送料机构(2)包括传料筒(21)以及安装在所述传料筒(21)中的传送带(22)，所述传料筒(21)的上游对接所述导料波纹管(107)的下游端，所述传料筒(21)的下游对接所述喂料机构(3)，所述控料机构(1)中的物料经所述传送带(22)输送至所述喂料机构(3)。

9.根据权利要求8所述的物料供给装置，其特征在于，所述导料波纹管(107)的内部设置导料筒(106)，所述导料筒(106)包括相对的导料入料部(1061)和导料出料部(1062)，所述导料入料部(1061)处于所述导料筒(106)的上游，物料由所述料筒(101)出料口落入所述导料入料部(1061)，所述导料出料部(1062)处于所述导料筒(106)的下游且延伸至所述传料筒(21)中。

10.根据权利要求9所述的物料供给装置，其特征在于，所述导料出料部(1062)靠近所述传送带(22)且设置在所述传送带(22)的上方，所述导料出料部(1062)具有侧向开口，物料通过所述侧向开口落在传送带(22)上，所述侧向开口的朝向与所述传送带(22)的运行方向相一致。

11.根据权利要求10所述的物料供给装置，其特征在于，所述传料筒(21)上安装掺杂装置(9)，所述掺杂装置(9)用于盛放掺杂剂并将所述掺杂剂投放至所述传送带(22)上。

12.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(8)内部还具有导流筒(5)，所述导流筒(5)安装于所述坩埚(7)的上方，所述投料通路(4)设置在所述导流筒(5)的内侧或外侧，或插入所述导流筒(5)内部且延伸至所述坩埚(7)的上方。

13.根据权利要求12所述的物料供给装置，其特征在于，所述投料通路(4)设置于所述导流筒(5)的内侧，所述投料通路(4)通过投料固定块(44)保持在所述导流筒(5)的表面。

14.根据权利要求12或13所述的物料供给装置，其特征在于，所述投料通路(4)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(4)的投料入口处设置投料漏斗(43)，所述喂料通路(34)与所述投料漏斗(43)对接，所述投料通路(4)的投料出口靠近所述坩埚(7)。

15.根据权利要求8所述的物料供给装置，其特征在于，所述炉体(8)上具有开口，所述喂料机构(3)对接所述开口，所述喂料通路(34)可相对于所述投料通路(4)延伸或撤回，所述喂料通路(34)在延伸位置时穿过所述开口并与所述投料通路(4)相连通。

16.根据权利要求15所述的物料供给装置，其特征在于，所述喂料机构(3)还包括喂料容纳部(31)，所述喂料容纳部(31)设置于所述炉体(8)外部，所述喂料通路(34)在撤回位置时容纳于所述喂料容纳部(31)。

17.根据权利要求16所述的物料供给装置，其特征在于，所述喂料机构(3)还包括长度可以变化的喂料伸缩部(37)，所述炉体(8)的开口处具有隔离阀(13)，所述喂料伸缩部(37)密封连接于所述喂料容纳部(31)与所述隔离阀(13)之间。

18.根据权利要求17所述的物料供给装置，其特征在于，所述喂料机构(3)还包括机械连接于所述喂料通路(34)的喂料驱动器(33)，所述喂料驱动器(33)设置于所述喂料容纳部(31)的一侧，用于带动所述喂料通路(34)延伸或撤回。

19.根据权利要求18所述的物料供给装置，其特征在于，所述喂料通路(34)的上游端设置用于接收物料的喂料漏斗(35)，所述喂料通路(34)的外部具有喂料固定套(36)，所述喂料固定套(36)通过喂料滑块(331)连接所述喂料驱动器(33)。

20.根据权利要求19所述的物料供给装置，其特征在于，所述喂料机构(3)还包括导料翻板机构(38)，所述传送带(22)上的物料通过所述导料翻板机构(38)落入所述喂料漏斗(35)。

21.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(12)，所述移动升降平台(12)至少用于承载所述送料机构(2)并改变所述送料机构(2)相对所述炉体(8)的位置。

22.晶体生长系统，包括：

炉体(8)；

坩埚(7)，所述坩埚(7)设置在炉体(8)内部，用于盛装物料；以及

如权利要求1至21中任一项所述的物料供给装置，所述物料供给装置向坩埚(7)传送可控量的物料。