CN111005070B - П形硅芯拉制装置、п形硅芯拉制方法以及п形硅芯 - Google Patents

П形硅芯拉制装置、п形硅芯拉制方法以及п形硅芯 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种П形硅芯拉制装置、П形硅芯拉制方法以及П形硅芯。所述П形硅芯拉制装置包括：母料固定底座、线圈、硅芯夹持机构；所述母料固定底座与所述线圈沿硅芯拉制方向依次设置；所述硅芯夹持机构包括多个夹持臂以及与所述多个夹持臂均连接的转轴，所述多个夹持臂能够绕所述转轴旋转；所述多个夹持臂包括第一夹持臂与第二夹持臂；并且，所述硅芯夹持机构能够沿硅芯拉制方向移动。本发明的П形硅芯拉制装置能够通过一次拉制过程实现一整根П形硅芯的拉制，拉制得到的П形硅芯为一体结构，应用于多晶硅生产时，直接安装于还原炉的炉底即可，不需要在还原炉中进行硅芯搭接，也解决了硅芯搭接横梁造成的各种倒炉、虚接问题。

Description

П形硅芯拉制装置、П形硅芯拉制方法以及П形硅芯
技术领域
本发明涉及多晶硅生产领域，尤其涉及一种П形硅芯拉制装置、П形硅芯拉制方法以及П形硅芯。
背景技术
多晶硅是单质硅的一种形态，熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
目前，在西门子法生产多晶硅的过程中硅芯搭接技术是一项非常重要的技术，它主要应用于多晶硅生产的一个环节，即还原反应过程。所述的还原反应过程的原理是：还原反应是在一个密闭的还原炉中进行的，在装炉前先在还原炉内用硅芯搭接成若干个闭合回路，也就是行话中的“搭桥”；每个闭合回路都由两根竖硅芯和一根横硅芯组成；每一个闭合回路的两个竖硅芯分别接在炉底上的两个电极上，电极分别接直流电源的正负极，然后对硅芯进行加热，加热中一组搭接好的硅芯相当于一个大电阻，向密闭的还原炉内通入氢气和三氯氢硅，进行还原反应；这样，所需的多晶硅就会在硅芯表面生成。以上所述就是硅芯及其搭接技术在多晶硅生产中的应用。
上述结构的硅芯在高压击穿加热过程中，受炉体内气流的影响，硅芯极易晃动导致上部搭接的横梁出现偏差或错位，进而出现倒炉和/或虚接等情况，此时，整个还原炉都需停电、断气以更换硅芯，导致还原炉的工作效率很低，并且由于硅芯易损坏导致多晶硅的生产成本较高。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种П形硅芯拉制装置，能够通过一次拉制过程实现一整根П形硅芯的拉制。
本发明的第二目的在于提供一种П形硅芯拉制方法，利用上述П形硅芯拉制装置实现，容易操作，生产效率高。
本发明的第三目的在于提供一种П形硅芯，结构牢固，在还原炉中容易安装，彻底解决了硅芯搭接造成的倒炉和虚接问题，提高了多晶硅的生产效率。
为实现以上目的，本发明首先提供一种П形硅芯拉制装置，包括：母料固定底座、线圈、硅芯夹持机构；
所述母料固定底座与所述线圈沿硅芯拉制方向依次设置；
所述硅芯夹持机构包括多个夹持臂以及与所述多个夹持臂均连接的转轴，所述多个夹持臂能够绕所述转轴旋转；所述多个夹持臂包括第一夹持臂与第二夹持臂；
并且，所述硅芯夹持机构能够沿硅芯拉制方向移动。
在本发明一些实施例中，所述П形硅芯拉制装置还包括旋转电机，所述多个夹持臂在所述旋转电机的驱动下绕所述转轴旋转。
在本发明一些实施例中，所述多个夹持臂还包括第三夹持臂；优选的，所述多个夹持臂均为可伸缩的夹持臂。
本发明还提供一种П形硅芯拉制方法，使用上述П形硅芯拉制装置实现，包括：
在所述母料固定底座上固定硅芯母料，使用线圈对所述硅芯母料进行加热，使所述硅芯母料的顶部熔融；
所述第一夹持臂携带籽晶通过所述线圈后插入所述硅芯母料顶部的熔融区向上提升拉制，得到第一线性段；
所述第一夹持臂朝与硅芯拉制方向非平行的方向移动，使新拉出的硅芯段向一侧发生弯曲，形成弯曲段；
采用第二夹持臂夹持于所述弯曲段与所述硅芯母料顶部的连接处，向上提升拉制，得到第二线性段，得到П形硅芯。
在本发明一些实施例中，所述弯曲段呈弧形。
可选的，所述弯曲段呈半圆形。
可选的，制备所述弯曲段的过程中，采用第三夹持臂辅助第一夹持臂进行拉制。
可选的，采用第三夹持臂辅助第一夹持臂进行拉制的过程为：所述第一夹持臂首先拉制硅芯形成具有1/4圆形状的第一弯曲结构，之后第三夹持臂夹持于所述第一弯曲结构与所述硅芯母料顶部的连接处，朝所述第一弯曲结构所在的方向移动，形成具有1/4圆形状的第二弯曲结构，所述第一弯曲结构与所述第二弯曲结构共同构成所述弯曲段。
在本发明一些实施例中，所述П形硅芯拉制方法同时实现多根П形硅芯的拉制，所述夹持臂在拉制时同时夹持多根硅芯，所述线圈上设有多个拉制孔，所述多个硅芯分别从所述多个拉制孔中通过。
本发明还提供一种П形硅芯，由上述П形硅芯拉制方法拉制而成，包括第一线性段、弯曲段以及第二线性段，所述第一线性段与所述第二线性段分别位于所述弯曲段的两侧，并且分别与所述弯曲段连接。
本发明的有益效果：
本发明的П形硅芯拉制装置能够通过一次拉制过程实现一整根П形硅芯的拉制，拉制得到的П形硅芯为一体结构，应用于多晶硅生产时，直接安装于还原炉的炉底即可，不需要在还原炉中进行硅芯搭接，也解决了硅芯搭接横梁造成的各种倒炉、虚接问题。
本发明的П形硅芯拉制方法利用上述П形硅芯拉制装置实现，容易操作，生产效率高，制得的П形硅芯大大提高了多晶硅的生产效率，降低多晶硅的生产成本。
本发明的П形硅芯由上述拉制方法拉制而成，将三段硅芯集合为一体，结构牢固，在还原炉中容易安装，彻底解决了硅芯搭接造成的倒炉和虚接问题，提高了多晶硅的生产效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1与图2为本发明П形硅芯拉制方法的一个实施例的示意图；
图3与图4为本发明П形硅芯拉制方法的另一个实施例的示意图；
图5为本发明П形硅芯的一个实施例的结构示意图；
图6为本发明П形硅芯的另一个实施例的结构示意图。
主要元件符号说明：
10-母料固定底座；
70-硅芯母料；
20-线圈；
40-转轴；
51-第一夹持臂；
52-第二夹持臂；
53-第三夹持臂；
61-第一线性段；
63-弯曲段；
62-第二线性段。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
术语“多个”指的是两个或两个以上。
本文中，“硅芯拉制方向”指的是从下至上的方向。
请参阅图1至图4，本发明首先提供一种П形硅芯拉制装置，包括：母料固定底座10、线圈20、硅芯夹持机构；
所述母料固定底座10与所述线圈20沿硅芯拉制方向依次设置；
所述硅芯夹持机构包括多个夹持臂以及与所述多个夹持臂均连接的转轴40，所述多个夹持臂能够绕所述转轴40旋转；所述多个夹持臂包括第一夹持臂51与第二夹持臂52；
并且，所述硅芯夹持机构能够沿硅芯拉制方向移动。
在本发明一些实施例中，所述П形硅芯拉制装置还包括旋转电机，所述多个夹持臂在所述旋转电机的驱动下绕所述转轴40旋转。
在本发明一些实施例中，所述П形硅芯拉制装置还包括驱动所述硅芯夹持机构沿硅芯拉制方向移动的驱动电机。
如图3与图4所示，在本发明一些实施例中，所述多个夹持臂还包括第三夹持臂53，所述第三夹持臂53用于辅助所述第一夹持臂51进行弯曲段63的拉制。
优选的，所述多个夹持臂均为可伸缩的夹持臂，从而能够根据所述弯曲段63的形状需要，在拉制的过程中对夹持臂的长短进行调整。
请参阅图1至图4，基于上述П形硅芯拉制装置，本发明还提供一种П形硅芯拉制方法，使用上述П形硅芯拉制装置实现，包括：
在所述母料固定底座10上固定硅芯母料70，使用线圈20对所述硅芯母料70进行加热，使所述硅芯母料70的顶部熔融；
所述第一夹持臂51携带籽晶通过所述线圈20后插入所述硅芯母料70顶部的熔融区向上提升拉制，得到第一线性段61；
所述第一夹持臂51朝与硅芯拉制方向非平行的方向移动，使新拉出的硅芯段向一侧发生弯曲，形成弯曲段63；
采用第二夹持臂52夹持于所述弯曲段63与所述硅芯母料70顶部的连接处，向上提升拉制，得到第二线性段62，得到П形硅芯。
在本发明一些实施例中，所述弯曲段63呈弧形。如图2与图4所示的实施例中，所述弯曲段63朝远离所述第一线性段61与所述第二线性段62的方向外凸。
如图2与图4所示的实施例中，所述弯曲段63呈半圆形。
优选的，所述第一线性段61与所述第二线性段62的长度相等。
可选的，制备所述弯曲段63的过程中，所述第一夹持臂51独立实现弯曲段63的拉制。
可选的，制备所述弯曲段63的过程中，采用第三夹持臂53辅助第一夹持臂51进行拉制，以提高所述弯曲段63的拉制精度，避免出现由于拉制精度较差导致出现所述弯曲段63的形状与设计形状差别较大的问题。
可选的，如图4所示，采用第三夹持臂53辅助第一夹持臂51进行拉制的过程为：所述第一夹持臂51首先拉制硅芯形成具有1/4圆形状的第一弯曲结构，之后第三夹持臂53夹持于所述第一弯曲结构与所述硅芯母料70顶部的连接处，朝所述第一弯曲结构所在的方向移动，形成具有1/4圆形状的第二弯曲结构，所述第一弯曲结构与所述第二弯曲结构共同构成所述弯曲段63。
可以理解的是，为进一步提升所述弯曲段63的拉制精度，或者为根据需要使所述弯曲段63具有较复杂的形状，还可以采用更多的夹持臂辅助所述第一夹持臂51进行拉制，具体的，每个夹持臂在拉制的过程中负责一小段硅芯的拉制，从而将所述弯曲段63的拉制过程中分为多个小步骤进行。
如图6所示，在本发明另一些实施例中，所述弯曲段63呈直线状。可选的，所述弯曲段63分别与所述第一线性段61和所述第二线性段62相垂直。
显然，除了弧状、直线状以外，本发明还可以将所述弯曲段63拉制成为其它形状，例如波浪形等，具体根据实际需要进行拉制。
在本发明一些实施例中，所述П形硅芯拉制方法可以同时实现多根П形硅芯的拉制，所述夹持臂在拉制时同时夹持多根硅芯，所述线圈上设有多个拉制孔，所述多个硅芯分别从所述多个拉制孔中通过。通过实现多根П形硅芯的同时拉制，能够减少中间拆炉置换预热时间，提高П形硅芯的拉制效率，降低生产成本。
如图1与图2所示的实施例中，以及如图3与图4所示的实施例中，所述П形硅芯拉制方法同时实现两根П形硅芯的拉制，显然，通过对夹持臂进行适当设计，还可以实现三根、四根、五根甚至更多根П形硅芯的同时拉制，从而大大提升П形硅芯的拉制效率。
具体的，开始拉制之前，П形硅芯拉制装置内采用氩气置换空气，以对硅芯进行保护。
请参阅图5与图6，基于上述П形硅芯拉制方法，本发明还提供一种П形硅芯，由上述П形硅芯拉制方法拉制而成，包括第一线性段61、弯曲段63以及第二线性段62，所述第一线性段61与所述第二线性段62分别位于所述弯曲段63的两侧，并且分别与所述弯曲段63连接。
请参阅图5，在本发明П形硅芯的一些实施例中，所述弯曲段63呈弧形。如图5所示的实施例中，所述弯曲段63朝远离所述第一线性段61与所述第二线性段62的方向外凸。
具体的，如图5所示的实施例中，所述弯曲段63呈半圆形。
如图6所示，在本发明П形硅芯的另一些实施例中，所述弯曲段63呈直形状。可选的，所述弯曲段63分别与所述第一线性段61和所述第二线性段62相垂直。
优选的，所述第一线性段61与所述第二线性段62的长度相等。
本发明的П形硅芯在还原炉中的安装工艺简单，不需要横梁搭接，直接将П形硅芯插入石墨座中，安装快捷、方便，完全避免了因各种横梁搭接不良造成的硅芯倒炉和/或横梁虚接造成的停炉故障，提高了多晶硅的生产效率，降低了多晶硅的生产成本。
传统的П形硅芯由三根线状硅芯搭接而成，搭接一根П形硅芯需要清洗三根线状硅芯，而本发明的П形硅芯为一个整体，使用时只需要清洗一根硅芯，清洗效率高。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种П形硅芯拉制装置，其特征在于，包括：母料固定底座、线圈、硅芯夹持机构；
所述母料固定底座与所述线圈沿硅芯拉制方向依次设置；
所述硅芯夹持机构包括多个夹持臂以及与所述多个夹持臂均连接的转轴，所述多个夹持臂能够绕所述转轴旋转；所述多个夹持臂包括第一夹持臂与第二夹持臂；
并且，所述硅芯夹持机构能够沿硅芯拉制方向移动；
所述多个夹持臂均为可伸缩的夹持臂；
所述П形硅芯拉制装置还包括旋转电机，所述多个夹持臂在所述旋转电机的驱动下绕所述转轴旋转；
所述多个夹持臂还包括第三夹持臂。
2.一种П形硅芯拉制方法，使用如权利要求1所述的П形硅芯拉制装置实现，其特征在于，包括：
在所述母料固定底座上固定硅芯母料，使用线圈对所述硅芯母料进行加热，使所述硅芯母料的顶部熔融；
所述第一夹持臂携带籽晶通过所述线圈后插入所述硅芯母料顶部的熔融区向上提升拉制，得到第一线性段；
所述第一夹持臂朝与硅芯拉制方向非平行的方向移动，使新拉出的硅芯段向一侧发生弯曲，形成弯曲段；
采用第二夹持臂夹持于所述弯曲段与所述硅芯母料顶部的连接处，向上提升拉制，得到第二线性段，得到П形硅芯。
3.如权利要求2所述的П形硅芯拉制方法，其特征在于，所述弯曲段呈弧形。
4.如权利要求3所述的П形硅芯拉制方法，其特征在于，所述弯曲段呈半圆形。
5.如权利要求4所述的П形硅芯拉制方法，其特征在于，制备所述弯曲段的过程中，采用第三夹持臂辅助第一夹持臂进行拉制。
6.如权利要求5所述的П形硅芯拉制方法，其特征在于，采用第三夹持臂辅助第一夹持臂进行拉制的过程为：所述第一夹持臂首先拉制硅芯形成具有1/4圆形状的第一弯曲结构，之后第三夹持臂夹持于所述第一弯曲结构与所述硅芯母料顶部的连接处，朝所述第一弯曲结构所在的方向移动，形成具有1/4圆形状的第二弯曲结构，所述第一弯曲结构与所述第二弯曲结构共同构成所述弯曲段。
7.如权利要求2所述的П形硅芯拉制方法，其特征在于，同时实现多根П形硅芯的拉制，所述夹持臂在拉制时同时夹持多根硅芯，所述线圈上设有多个拉制孔，所述多个硅芯分别从所述多个拉制孔中通过。
8.一种П形硅芯，其特征在于，由权利要求2-7任一项所述的П形硅芯拉制方法拉制而成，所述П形硅芯包括第一线性段、弯曲段以及第二线性段，所述第一线性段与所述第二线性段分别位于所述弯曲段的两侧，并且分别与所述弯曲段连接。
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