CN111254493A - 一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构及加热方法 - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B29/06—Silicon

Abstract

本发明提供了一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构及加热方法，顶板；顶部加热器，该顶部加热器平行设于顶板的下方，顶部加热器与顶板之间设有石墨电极；侧面加热器，该侧面加热器均匀分布于顶板四周的侧面，侧面加热器通过连接板与顶部加热器相连；底面加热器，设于侧面加热器的下方且与顶板平行设置。本发明结构合理、控温均匀，对比现有技术的加热方式，本发明采用六面加热，顶部加热+四周加热——底部加热，解决了温控难度大的问题，具备控温均匀、硅锭的铸锭效率提高的特点。

Description

一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构及加热方法
技术领域
本发明属于硅芯铸锭炉技术领域，涉及一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构及加热方法。
背景技术
硅芯铸锭炉是多晶硅转化为多晶硅芯工艺过程中的必备设备，而多晶硅又是光伏发电和半导体行业中的基础原料。多晶硅作为现代信息社会的关键支撑材料，是目前世界上最重要的多晶材料之一，它不仅是发展计算机与集成电路的主要功能材料，也是光伏发电利用太阳能的主要功能材料。
硅芯铸锭炉用加热方式的作用如下：在硅芯铸锭过程中，通过加热器对石英坩埚内的硅料化料。现有技术的硅芯铸锭炉都加热器布局不均匀，温度梯度很难控制，容易造成控制温度不准确，最终会影响硅芯的成品率。
综上所述，为解决现有的隔热笼结构上的不足，本发明设计了一种结构合理、采用顶部加热+四周加热+底部加热、保证热场的梯度、控温均匀、硅锭的铸锭效率提高的改进型硅芯铸锭炉用加热结构及加热方法。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种结构合理、控温均匀、使用效果好的改进型硅芯铸锭炉用加热结构及加热方法。
本发明的目的可通过以下技术方案来实现：
一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构及加热方法，包括：
顶板；
顶部加热器，该顶部加热器平行设于顶板的下方，顶部加热器与顶板之间设有石墨电极；
侧面加热器，该侧面加热器均匀分布于顶板四周的侧面，侧面加热器通过连接板与顶部加热器相连；
底面加热器，设于侧面加热器的下方且与顶板平行设置。
作为进一步的改进，所述底面加热器包括底面电阻加热器和底面石墨电极，底面电阻加热器均匀排布，底面石墨电极设于底面电阻加热器的下方。
作为进一步的改进，所述底面石墨电极为两组，两组设置数量相等且在长度方向上均匀设置。
作为进一步的改进，所述底面石墨电极每组设置的数量为三个，长度方向上的底面石墨电极交错排列。
作为进一步的改进，所述顶部加热器包括第一电阻加热器和第二电阻加热器，所述第一电阻加热器和所述第二电阻加热器相邻设置，所述第一电阻加热器和第二电阻加热器皆为闭合结构。
作为进一步的改进，所述第一电阻加热器包括第一部、第二部和第三部，所述第一部与第二部为F型结构，且第一部与第二部的凸出部分相对设置，第一部与第二部相连通。所述第二部由若干U型结构相邻连接构成，所述第三部为长方形结构且远离第一部的一侧设置有向内凹的弧形段，所述第三部靠近第一部的一侧与第二部连通。
作为进一步的改进，所述第一电阻加热器和第二电阻加热器对称设于长方形的顶板下方。
作为进一步的改进，所述侧面加热器由若干个U型结构相连构成。
作为进一步的改进，所述顶板上设有若干观察套筒，所述观察套筒由外部延伸至顶板的下方。
一种改进型硅芯铸锭炉用加热方法，包括改进型硅芯铸锭炉用加热结构，顶部加热器由电源控制柜一控制加热，侧面加热器由电源控制柜二控制加热，底面加热器由电源控制柜三控制加热；或顶部加热器和侧面加热器由电源柜一控制加热，底面加热器由电源柜二控制加热；或顶部加热器和底面加热器由电源柜一控制加热，侧面加热器由电源柜二控制加热。
与现有技术相比，本发明结构设置合理，在硅芯铸锭炉作业过程中，采用顶部加热、四周加热、底部加热，加热器分布均匀，使得整个工作过程中，加热均匀，温度控制准确；通过六面加热的方式，六面加热包括顶部加热器、侧面加热器，该侧面加热器均匀分布于顶板四周的侧面和底面加热器，六面加热的结构构成了长方形的加热区，在长方形的加热区内，通过均匀的分布电阻，提高了加热的效率，缩短化料时间，能够有效提高硅锭铸锭的成功率。
附图说明
图1是本发明改进型硅芯铸锭炉用加热结构的立体结构示意图；
图2是本发明改进型硅芯铸锭炉用加热结构的主视图；
图3是本发明改进型硅芯铸锭炉用加热结构的左视图；
图4是本发明改进型硅芯铸锭炉用加热结构的顶部加热器结构示意图；
图5、6是本发明改进型硅芯铸锭炉用加热结构的加热控制方式一的电控图；
图7、8是本发明改进型硅芯铸锭炉用加热结构中的加热控制方式二的电控图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明的技术方案作进一步的阐述。
如图1～8所示，本改进型硅芯铸锭炉用加热结构包括：
一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构，包括：
顶板1；
顶部加热器2，该顶部加热器2平行设于顶板1的下方，顶部加热器与顶板1之间设有石墨电极5；
侧面加热器3，该侧面加热器均匀分布于顶板1四周的侧面，侧面加热器3通过连接板4与顶部加热器2相连；
底面加热器8，设于侧面加热器3的下方且与顶板1平行设置。
作为进一步的改进，所述底面加热器8包括底面电阻加热器81和底面石墨电极82，底面电阻加热器81均匀排布，底面石墨电极82设于底面电阻加热器81的下方。
硅芯铸锭炉是多晶硅转化为多晶硅芯工艺过程中的必备设备。硅芯铸锭炉在使用过程中，需要进行高温的加热，通过加热器对石英坩埚内的硅料进行化料，在上述过程中，对石英坩埚的温度控制要均匀，现有技术中的加热方式不能够对石英坩埚进行均匀加热，温度控制不佳，最终会到最后温度梯度控制难度加大，最终影响到硅芯成品率。
如图1～7所示，为此本发明设计了一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构，通过在顶板1的下方以及四个侧边均匀设有顶部加热器2、侧面加热器3和底面加热器8，侧面加热器3通过若干连接板4与顶部加热器2相连，如此设置使得，在进行高温加热的过程中，石英坩埚能够温度控制均匀，温度梯度控制容易，最终的硅芯成品率高。通过六面加热的方式，六面加热包括顶部加热器、侧面加热器，该侧面加热器均匀分布于顶板四周的侧面和底面加热器，六面加热的结构构成了长方形的加热区，在长方形的加热区内，通过均匀的分布电阻，提高了加热的效率，缩短化料时间，能够有效提高硅锭铸锭的成功率。
作为进一步优选的实施例，所述底面加热器8包括底面电阻加热器81和底面石墨电极82，底面电阻加热器81均匀排布，底面石墨电极82设于底面电阻加热器81的下方。
作为进一步优选的实施例，所述底面石墨电极82为两组，两组设置数量相等且在长度方向上均匀设置。
作为进一步优选的实施例，所述底面石墨电极82每组设置的数量为三个，长度方向上的底面石墨电极82交错排列。
在本实施例中，底面加热器8包括底面电阻加热器81和底面石墨电极82，底面石墨电极82为两组，每组的数量为三个，而且底面石墨电极82分别在底面电阻加热器81构成的长方形的侧边上交错排布，如此设置使得在具体工作过程中，加热均匀，提高硅锭铸锭的成功率。
作为进一步优选的实施例，所述顶部加热器2包括第一电阻加热器21和第二电阻加热器22，所述第一电阻加热器21和所述第二电阻加热器22相邻设置，所述第一电阻加热器21和第二电阻加热器21皆为闭合结构。
作为进一步优选的实施例，所述第一电阻加热器21包括第一部211、第二部212和第三部213，所述第一部211与第二部为F型结构，且第一部211与第二部212的凸出部分相对设置，第一部211与第二部212相连通。所述第二部212由若干U型结构相邻连接构成，所述第三部213为长方形结构且远离第一部211的一侧设置有向内凹的弧形段2111，所述第三部213靠近第一部211的一侧与第二部212连通。
作为进一步优选的实施例，所述第二电阻加热器22包括第一电阻部221、第二电阻部222和第三电阻部223，所述第三电阻部223上设有缺口二224。
作为进一步优选的实施例，所述第一电阻加热器21上还设置有缺口一214。
更具体的为，所述第一电阻加热器21和第二电阻加热器22对称设于长方形的顶板1下方。
第一电阻加热器21和第二电阻加热器22的结构以及分布方式对比现有技术，在整个硅芯铸锭炉的上表面分布均匀，有利于温度梯度的控制以及有效提高了硅芯成品率。
作为进一步优选的实施例，所述侧面加热器3为若干个U型结构相连连接构成。
对比现有技术，本改进型硅芯铸锭炉用加热结构在顶板1的下方以及四个侧面以及底面，一共六个面皆设置有电阻加热器，分别为顶部加热器2、侧面加热器3、底部加热器，如此设置使得硅芯铸锭炉能够加热均匀，温度梯度控制容易。更加进一步的，侧面加热器3和顶部加热器2的结构设置均匀，侧面加热器3为若干个U型结构相接构成，顶部加热器3结构对称且均匀排布，对比现有技术的结构排布，在加热过程中，温控能够准确而且加热均匀，使得炉体里面的受热均匀。
作为进一步优选的实施例，所述顶板1上设有若干观察套筒6，所述观察套筒由外部延伸至顶板1的下方。
一种改进型硅芯铸锭炉用加热方法，可以有下述三种方式进行操作：
方式一
由两个电源柜控制加热，顶部加热器2和侧面加热器3通过连接板4连接在一起，顶部加热器2和侧面加热器3由一个电源柜控制加热，底面加热器8由另外一个电源柜控制加热。
由于电阻均匀排布，对比现有技术，在工作过程中，化料速度明显加快，温度能够均衡，温度梯度控制容易，有效提高硅锭铸锭的成功率。
方式二
由三个电源柜控制加热，顶部加热器2、侧面加热器3、底面加热器8分别各由一个电源柜控制加热。
三个电源柜控制加热，由于电阻在六个面均匀分布，在工程过程中，长方体的加热区域内化料速度加快，减少化料时间，三个电源柜控制加热，提高控制的准确性，有效提高硅锭铸锭的成功率。
方式三
由两个电源柜控制加热，顶部加热器2和底面加热器8由一个电源柜控制加热，侧面加热器3由另外一个电源柜控制加热。
由于电阻均匀排布，对比现有技术，在工作过程中，化料速度明显加快，温度能够均衡，温度梯度控制容易，有效提高硅锭铸锭的成功率。
对比现有技术采用四面加热而且加热区为正方形，本发明采用六面加热，顶部加热+四周加热+底部加热，加热区为长方形。采用上述的六面加热，六个面的电阻均匀分布，温度控制均匀，工作过程中硅芯成品率高。
本文中所描述的仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。本发明所属领域的技术人员对所描述的具体实施例进行的修改或补充或采用类似的方式替换，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构，其特征在于，包括：
顶板(1)；
顶部加热器(2)，该顶部加热器(2)平行设于顶板(1)的下方，顶部加热器与顶板(1)之间设有石墨电极(5)；
侧面加热器(3)，该侧面加热器均匀分布于顶板(1)四周的侧面，侧面加热器(3)通过连接板(4)与顶部加热器(2)相连；
底面加热器(8)，设于侧面加热器(3)的下方且与顶板(1)平行设置。
2.根据权利要求1所述的改进型硅芯铸锭炉用加热结构，其特征在于，所述底面加热器(8)包括底面电阻加热器(81)和底面石墨电极(82)，底面电阻加热器(81)均匀排布，底面石墨电极(82)设于底面电阻加热器(81)的下方。
3.根据权利要求2所述的改进型硅芯铸锭炉用加热结构，其特征在于，所述底面石墨电极(82)为两组，两组设置数量相等且在长度方向上均匀设置。
4.根据权利要求3所述的改进型硅芯铸锭炉用加热结构，其特征在于，所述底面石墨电极(82)每组设置的数量为三个，长度方向上的底面石墨电极(82)交错排列。
5.根据权利要求1所述的一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构，其特征在于，所述顶部加热器(2)包括第一电阻加热器(21)和第二电阻加热器(22)，所述第一电阻加热器(21)和所述第二电阻加热器(22)相邻设置，所述第一电阻加热器(21)和第二电阻加热器(21)皆为闭合结构。
6.根据权利要求2所述的一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构，其特征在于，所述第一电阻加热器(21)包括第一部(211)、第二部(212)和第三部(213)，所述第一部(211)与第二部为F型结构，且第一部(211)与第二部(212)的凸出部分相对设置，第一部(211)与第二部(212)相连通。所述第二部(212)由若干U型结构相邻连接构成，所述第三部(213)为长方形结构且远离第一部(211)的一侧设置有向内凹的弧形段(2111)，所述第三部(213)靠近第一部(211)的一侧与第二部(212)连通。
7.根据权利要求3所述的一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构，其特征在于，所述第一电阻加热器(21)和第二电阻加热器(22)对称设于长方形的顶板(1)下方。
8.根据权利要求3所述的一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构，其特征在于，所述侧面加热器(3)由若干个U型结构相连构成。
9.根据权利要求1所述的一种改进型硅芯铸锭炉用加热结构，其特征在于，所述顶板(1)上设有若干观察套筒(6)，所述观察套筒由外部延伸至顶板(1)的下方。
10.一种改进型硅芯铸锭炉用加热方法，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的改进型硅芯铸锭炉用加热结构，顶部加热器(2)由电源控制柜一控制加热，侧面加热器(3)由电源控制柜二控制加热，底面加热器(8)由电源控制柜三控制加热；或顶部加热器(2)和侧面加热器(3)由电源柜一控制加热，底面加热器(8)由电源柜二控制加热；或顶部加热器(2)和底面加热器(8)由电源柜一控制加热，侧面加热器(3)由电源柜二控制加热。
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