CN112048763B - 多晶硅二次加料装置、多晶硅铸锭设备 - Google Patents

多晶硅二次加料装置、多晶硅铸锭设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多晶硅二次加料装置，包括加料筒，所述加料筒沿其延伸方向的顶部和底部均具有开口，所述加料筒的顶部开口处设置有盖体，所述加料筒底部开口设置有挡板，所述挡板靠近所述顶部的一侧连接有能够使得所述挡板移动以打开所述加料筒底部的开口的移动连接件，所述加料筒的侧壁包括套设的内侧壁和外侧壁，所述内侧壁和外侧壁之间的容纳空间内设置有加热结构，所述加热结构用于对加料筒内的多晶硅进行预热。

Description

多晶硅二次加料装置、多晶硅铸锭设备
技术领域
本发明涉及多晶硅产品制作技术领域，尤其涉及一种多晶硅二次加料装置、多晶硅铸锭设备。
背景技术
直拉法是生产单晶硅的主要方法，把原生多晶硅块装入石英坩埚中，在单晶炉内按照工艺配方：化料、安定、引晶、放肩、转肩、等径、收尾、冷却、取棒，最后得到单晶棒。其中，化料过程中，由于多晶硅由固态变为液态，体积变小，且装料时固体硅料间存在空隙，硅液体积远小于装料体积。硅溶液的液面远低于坩埚上边缘，此时将进行二次加料，提升单只坩埚的装料重量，增加产能，进而降低生产成本。
相关技术中使用的二次加料装置主要部件为石英筒，二次加料时，石英筒置入单晶炉炉室内，并使石英筒的石英支撑环下降至单晶副炉室的底部平台，通过底部平台，起到支撑石英筒、辅助打开加料口的作用，籽晶绳下降带动打开石英筒内挡料管与石英筒壁的间隙，完成二次加料。
在使用过程中由于石英的性质及环境温差大突变，容易导致石英支撑环碎裂掉渣。而石英支撑环碎裂、掉渣对二次加料装置的使用寿命起着至关重要的作用。
此外二次加料装置中的硅料为常温，在加入进坩埚内熔体硅时、会大大降低熔体硅中心的温度。且在二次加入硅料前，没有对硅料进行再次清洁，没有去除硅料上的残留化学品和硅粉，会对坩埚内的硅料造成污染。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种多晶硅二次加料装置、多晶硅铸锭设备，解决由于环境温差突变造成加料筒容易损坏，且对坩埚腔室造成污染的问题。
为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种多晶硅二次加料装置，包括加料筒，所述加料筒沿其延伸方向的顶部和底部均具有开口，所述加料筒的顶部开口处设置有盖体，所述加料筒底部开口设置有挡板，所述挡板靠近所述顶部的一侧连接有能够使得所述挡板移动以打开所述加料筒底部的开口的移动连接件，
所述加料筒的侧壁包括套设的内侧壁和外侧壁，所述内侧壁和外侧壁之间的容纳空间内设置有加热结构，所述加热结构用于对加料筒内的多晶硅进行预热。
可选的，所述加热结构包括沿着所述加热筒的周向均匀分布的多个加热板，每个所述加热板与所述加料筒的延伸方向相平行设置。
可选的，所述加热结构包括以螺旋方式缠绕于所述内侧壁靠近所述外侧壁的一面的导热丝。
可选的，所述外侧壁的外表面设置有能够与炉室内的挡板配合以固定所述加料筒的支撑板。
可选的，所述支撑板为套设在所述外侧壁的外表面的环形结构，或者所述支撑板包括至少两个相对设置的支撑块。
可选的，还包括驱动电极，所述驱动电极的一端穿过所述侧壁与所述加热结构电连接，所述驱动电极的另一端伸出所述侧壁设置。
可选的，所述加热结构对所述加料筒内的多晶硅进行预热的预设温度小于多晶硅的熔融温度。
可选的，所述预设温度为600-900度。
可选的，所述加料筒的侧壁上设置有惰性气体进气口和惰性气体出气口，所述惰性气体进气口设置于所述侧壁靠近所述顶部的一端，所述惰性气体出气口设置于所述侧壁靠近所述底部的一端。
本发明实施例还提供一种多晶硅铸锭设备，其特征在于，包括炉室和上述的多晶硅二次加料装置。
本发明的有益效果是：通过加热结构进行预热，减少二次加料过程中的温度差，避免加热装置的损坏，同时预热待加入的硅料，减少待加入的硅料与坩埚内熔体硅的温差，且采用内侧壁和外侧壁双层侧壁的设置，将加热结构与坩埚腔室隔离，避免由于加热结构由于温度高而气化等对坩埚腔室造成污染。
附图说明
图1表示本发明实施例中二次加料装置结构示意图一；
图2表示本发明实施例中二次加料装置结构示意图二；
图3表示本发明实施例中的炉室结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
相关技术中，二次加料装置由一个底部可打开的筒体构成，原硅料自筒体的上开头进入筒体内，落入底部，通过打开底部完成加料动作。筒体的材质通常采用不锈钢或石英材料制成。对于不锈钢制作的加料器，在使用过程中，硅原料与筒体接触，必然会对硅原料造成不同程度的金属污染；石英的性质及环境温差大突变，容易导致石英支撑环碎裂掉渣。
针对上述技术问题，如图1和图2所示，本实施例提供一种多晶硅二次加料装置，包括加料筒1，所述加料筒1沿其延伸方向的顶部和底部均具有开口，所述加料筒1的顶部开口处设置有盖体，所述加料筒1底部开口设置有挡板，所述挡板靠近所述顶部的一侧连接有能够使得所述挡板移动以打开所述加料筒1底部的开口的移动连接件，
所述加料筒1的侧壁包括套设的内侧壁12和外侧壁13，所述内侧壁12和外侧壁13之间的容纳空间内设置有加热结构，所述加热结构用于对加料筒1内的多晶硅进行预热。
本实施例中，通过加热结构的设置可以对加料筒1整体进行预热，避免加料筒1进入炉室内，由于环境温差过大，而发生损坏，并且对炉室内的硅料造成污染的问题，炉室内的硅料已被熔融，而进行二次加料的加料筒1内的硅料还是固态的，未被熔融，将加料筒1内的硅料加入到炉室内的坩埚20内，与熔融态的硅料融合，温度变化过大，会影响硅料的质量，而加热结构的设置可以对加料筒1内的硅料进行预热，减小加料筒1内的硅料与坩埚20内的熔融态的硅料之间的温度差，保证硅料的质量。
且相对于传统技术中，直接通过炉室内的热辐射或者坩埚20内的熔融态的硅料的热辐射对加料筒1内的硅料进行预热的方式，本实施例中的加热结构均匀的设置于内侧壁12和外侧壁13之间的容纳空间内，可以均匀的对加料筒1内的硅料进行加热，避免二次加入的硅料热度不均(传统技术中，加料筒1具有一定的长度，竖直放入炉室，靠近坩埚20的部分温度高，远离坩埚20的部分温度低)，保证硅料的质量。
传统技术中，采用坩埚20内的熔融态的硅料对加料筒1进行预热，多晶硅料加热时间过长，可能会造成加料筒1对坩埚20腔室造成污染，导致最终的产品质量降低，本实施例中，通过所述加热结构的设置，加料筒1内的硅料温度提前预热，而不需要通过坩埚20内的熔体(熔融态的硅料)进行加热，可以减少用于多晶硅二次加料的加料筒1与熔体的接触时间，减少加料筒1对坩埚20腔室造成污染。
并且，加热结构设置于内侧壁12和外侧壁13之间的夹层(容纳空间)内，在进行二次加料的过程中，与坩埚20内的硅料是相互隔离的，并没有直接接触，避免由于温度过高，而加热结构发生气化等现象时对硅料造成污染。
所述移动连接件的具体结构形式可以有多种，例如籽晶绳，但并不以此为限。
本实施例中示例性的，所述加热结构包括沿着所述加热筒的周向均匀分布的多个加热板2，每个所述加热板2与所述加料筒1的延伸方向相平行设置。
所述加热板2的具体结构形式可以有多种，例如，红外加热板，但并不以此为限。
本实施例中示例性的，所述加热结构包括以螺旋方式缠绕于所述内侧壁12靠近所述外侧壁13的一面的导热丝5。
所述导热丝5可以采用石墨或铁制成的电热阻丝，但并不以此为限。
本实施例中示例性的，所述外侧壁的外表面设置有能够与炉室内的挡板10配合以固定所述加料筒1的支撑板11。
本实施例中示例性的，所述支撑板11为套设在所述外侧壁的外表面的环形结构，或者所述支撑板11包括至少两个相对设置的支撑块。
本实施例中示例性的，所述二次加料装置还包括驱动电极，所述驱动电极的一端穿过所述侧壁与所述加热结构电连接，所述驱动电极的另一端伸出所述侧壁设置。
为了简化结构，所述驱动电极可以代替所述支撑板11与炉室内的挡板10相配合以支撑加料筒1。
本实施例中示例性的，所述加热结构对所述加料筒1内的多晶硅进行预热的预设温度小于多晶硅的熔融温度。
本实施例中，所述加料筒1采用石英材质，所述加热结构对所述加料筒1内的多晶硅进行预热的预设温度小于多晶硅的熔融温度，即加料筒1内的硅料能够达到的预设温度小于多晶硅的熔融温度，避免了由于温度过高，对加料筒1造成的损伤，也避免了由于加料筒1损伤对坩埚20内的硅料造成污染。
本实施例中示例性的，所述预设温度为600-900度，但并不以此为限。
本实施例中示例性的，所述加料筒1的侧壁上设置有惰性气体进气口6和惰性气体出气口7，所述惰性气体进气口6设置于所述侧壁靠近所述顶部的一端，所述惰性气体出气口7设置于所述侧壁靠近所述底部的一端。
多晶硅的品质对最终产品有很大的影响，尽管多晶硅料投料之前会进行清洗，但清洗之后可能会残留水渍或化学残留物，对熔体造成污染。
本实施例中，通过所述惰性气体进气口6和所述惰性气体出气口7的设置，通过惰性气体对多晶硅料进行吹扫，可以带走多晶硅料表面的残留水渍或化学残留物，可以提高产品的品质。
本实施例中，所述惰性气体可以为Ar或其他保护性气体。
通过惰性气体对多晶硅料进行吹扫，可以与通过加热结构预热的工序同时进行，也可以分开进行，本实施例中优选的，在预热的同时通过惰性气体对多晶硅料进行吹扫，加速多晶硅表面的水或化学物的去除。
需要说明的是，本实施例中是在加料筒1内的硅料熔融前(本实施例中，加热结构的加热温度是600-900度，而多晶硅的熔融温度是1400度，本实施例中，加料筒1内的硅料是处于固态的)通过惰性气体去除硅料表面的残留水或化学物，提高多晶硅的纯度，如果是在熔融态，多晶硅表面的水或化学物已经被分解呈离子态，难以分离。
以下介绍通过本实施例中的二次加料装置进行二次加料的过程。
将硅料放入所述加料筒1内，Ar气通过所述惰性气体进气口6进入所述加料筒1，并从所述惰性气体出气口7排出，以对硅料表面的水渍或化学物进行清除。
通入Ar气预设时间(该预设时间可以根据需要设定)后，通过加热结构对硅料进行预热，温度至600-900度后保温预设时间(加料筒1的温度达到600-900度即表示加料筒1内的温度达到了600-900度)，将加料筒1放入炉室，通过支撑板11或驱动电极与炉室内的挡板10(该挡板10设置于副炉室与主炉室之间)相配合以固定加料筒1，然后通过所述移动连接件打开所述加料筒1底部的开口快速释放加料筒1内的硅料。
本实施例还提供一种多晶硅铸锭设备，包括炉室和上述的多晶硅二次加料装置，参考图3。
所述炉室包括主炉室100和副炉室200，所述主炉室100内设置有坩埚20，所述主炉室100和副炉室200之间设置有能够支撑加料筒的挡板30。
以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种多晶硅二次加料装置，包括加料筒，所述加料筒沿其延伸方向的顶部和底部均具有开口，所述加料筒的顶部开口处设置有盖体，所述加料筒底部开口设置有挡板，所述挡板靠近所述顶部的一侧连接有能够使得所述挡板移动以打开所述加料筒底部的开口的移动连接件，其特征在于，
所述加料筒的侧壁包括套设的内侧壁和外侧壁，所述内侧壁和外侧壁之间的容纳空间内均匀分布有加热结构，所述加热结构用于对加料筒内的多晶硅进行预热；
还包括驱动电极，所述驱动电极的一端穿过所述侧壁与所述加热结构电连接，所述驱动电极的另一端伸出所述侧壁设置；
所述加热结构包括沿着所述加热筒的周向均匀分布的多个加热板，每个所述加热板与所述加料筒的延伸方向相平行设置；
所述加热结构包括以螺旋方式缠绕于所述内侧壁靠近所述外侧壁的一面的导热丝；
所述加热结构对所述加料筒内的多晶硅进行预热的预设温度小于多晶硅的熔融温度；
所述预设温度为600-900度。
2.根据权利要求1所述的多晶硅二次加料装置，其特征在于，所述外侧壁的外表面设置有能够与炉室内的挡板配合以固定所述加料筒的支撑板。
3.根据权利要求2所述的多晶硅二次加料装置，其特征在于，所述支撑板为套设在所述外侧壁的外表面的环形结构，或者所述支撑板包括至少两个相对设置的支撑块。
4.根据权利要求1所述的多晶硅二次加料装置，其特征在于，所述加料筒的侧壁上设置有惰性气体进气口和惰性气体出气口，所述惰性气体进气口设置于所述侧壁靠近所述顶部的一端，所述惰性气体出气口设置于所述侧壁靠近所述底部的一端 。
5.一种多晶硅铸锭设备，其特征在于，包括炉室和权利要求1-4任一项所述的多晶硅二次加料装置。
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