CN112680785A - 新型单晶炉 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种新型单晶炉，其包括主炉室和副炉室，副炉室与主炉室连通，其中，该新型单晶炉还包括料室，料室上设置有加料口，料室通过加料口与主炉室连通。料室中设置有加料机构，加料机构可伸缩地穿设在加料口中，用于穿过加料口并向主炉室内的坩埚中加料。本申请提供的新型单晶炉，通过设置料室，实现了在旋出单晶棒的过程中进行加料操作，有效缩短了旋出单晶棒和加料操作共同消耗的时间，提升了生产效率。

Description

新型单晶炉

技术领域

本申请涉及单晶硅制备技术领域，尤其涉及一种新型单晶炉。

背景技术

传统的直拉单晶炉包括一个主炉室和一个副炉室，副炉室设置于主炉室的上方。操作时，需要通过副炉室将硅料填充至主炉室内的坩埚中，并通过一系列工艺流程拉制出单晶棒。单晶棒通过副炉室旋出后，再次通过副炉室由上至下向坩埚中填充硅料，并再次循环进行单晶棒拉制工艺。

对于现有的上述单晶炉，在完成一棒单晶拉制后，需要先将单晶棒取出后才能向坩埚中再次加料。这一过程极大地浪费了生产工时，降低了生产效率。

发明内容

本申请的目的在于提供一种新型单晶炉，以解决上述传统单晶炉生产效率低的问题。

本申请提供了一种新型单晶炉，包括主炉室和副炉室，所述副炉室与所述主炉室连通，其特征在于，所述新型单晶炉还包括料室，所述料室上设置有加料口，所述料室通过所述加料口与所述主炉室连通；

所述料室中设置有加料机构，所述加料机构可伸缩地穿设在所述加料口中，用于穿过所述加料口并向所述主炉室内的坩埚中加料。

在一种可能的实现方式中，所述加料机构包括料隧和滑轨，所述料隧与所述滑轨滑动相连，所述料隧通过所述滑轨可伸缩地穿设在所述加料口中。

在一种可能的实现方式中，所述料隧中形成有料槽，所述料槽的截面形状为弧形或矩形。

在一种可能的实现方式中，所述加料机构还包括保温机构，所述保温机构滑动设置在所述料隧上，所述保温机构能够与所述加料口密封配合。

在一种可能的实现方式中，所述保温机构包括保温结构和推杆，所述推杆和所述保温结构可拆卸连接。

在一种可能的实现方式中，所述保温结构上设置有轴向连通的导向孔和转动孔，所述导向孔的一侧露出所述保温结构的端面，所述转动孔的径向尺寸大于所述导向孔的径向尺寸；

所述推杆的一端设置有连接部，所述连接部穿过所述导向孔后卡接至所述转动孔中。

在一种可能的实现方式中，所述料隧中形成有料槽，所述保温结构与所述料槽滑动相连；

所述保温结构的侧壁上设置有凸台，所述保温结构通过所述凸台搭接于所述料槽的边缘。

在一种可能的实现方式中，所述主炉室中固定设置有保温盒和保温盖板，所述保温盒上设置有加料通道和密封通道，所述加料通道与所述加料口对接，所述密封通道与所述加料通道连通；

所述保温盖板上设置有密封塞，所述密封塞与所述密封通道密封配合，用于打开或封堵所述加料通道。

在一种可能的实现方式中，所述主炉室上在与所述加料口对齐的位置处设置有隔热阀。

在一种可能的实现方式中，所述料室中还设置有震动平台和震动发生器，所述震动发生器的动力端与所述震动平台相连，所述震动平台与所述料隧相连。

在一种可能的实现方式中，所述料室中还设置有加料桶，所述加料桶设置在所述料隧的上方，所述加料桶的底部设置有出料孔，所述出料孔与所述料隧位置相对。

在一种可能的实现方式中，所述料室设置在所述主炉室的一侧，所述加料桶上远离所述主炉室的一侧壁面为竖直平面，且所述壁面形成所述出料孔的侧壁。

在一种可能的实现方式中，所述加料桶中设置有加热器。

在一种可能的实现方式中，所述料室中还设置有碎料机构，所述碎料机构设置在所述加料桶和所述料隧之间。

在一种可能的实现方式中，所述碎料机构包括驱动机构、主动辊和被动辊，所述主动辊上设置有第一齿，所述被动辊上设置有第二齿，所述第一齿与所述第二齿啮合；

所述驱动机构用于驱动所述主动辊和所述被动辊相向转动。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请提供的新型单晶炉，通过设置料室，实现了在旋出单晶棒的过程中进行加料操作，有效缩短了旋出单晶棒和加料操作共同消耗的时间，提升了生产效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例提供的新型单晶炉的结构示意图；

图2为料隧的结构示意图；

图3为一种实施例中保温结构的结构示意图；

图4为保温结构的半剖视图(一)；

图5为保温结构的半剖视图(二)；

图6为另一种实施例中保温结构的结构示意图；

图7为推杆的结构示意图；

图8为保温盒的结构示意图；

图9为保温盒的半剖视图；

图10为保温盖板的结构示意图；

图11为料室的结构示意图；

图12为碎料机构的示意图。

附图标记：

1-主炉室；

11-坩埚；

2-副炉室；

3-料室；

31-加料口；

32-加料机构；

321-料隧；

3211-料槽；

3212-边缘；

322-滑轨；

33-加料桶；

331-出料孔；

34-震动平台；

4-保温结构；

41-导向孔；

42-转动孔；

43-第一台阶面；

44-凸台；

5-推杆；

51-连接部

52-第二台阶面；

6-保温盒；

61-加料通道；

62-密封通道；

7-保温盖板；

71-密封塞；

8-碎料机构；

81-主动辊；

82-被动辊。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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申请中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

如图1至图12所示，本申请实施例提供了一种新型单晶炉，其包括主炉室1和副炉室2，副炉室2与主炉室1连通，其中，该新型单晶炉还包括料室3，料室3上设置有加料口31，料室3通过加料口31与主炉室1连通。料室3中设置有加料机构32，加料机构32可伸缩地穿设在加料口31中，用于穿过加料口31并向主炉室1内的坩埚11中加料。

本申请实施例提供的新型单晶炉，其至少包括有主炉室1、副炉室2和料室3，其中，硅料可以在主炉室1中拉单晶，随着单晶生长，单晶可以形成单晶棒并逐渐进入副炉室2，然后关闭主炉室1、副炉室2之间的隔离阀，此时单晶棒留在副炉室2内，以便从旋出取棒。

加料操作可以通过料室3实现，具体地，料室3内的加料机构32可以将硅料通过加料口31送入坩埚11中。其中，通过加料口31的加料操作与通过副炉室2旋出单晶棒的操作互不干涉，因此，无需等待单晶棒完全从副炉室2中旋出后再加料，而是可以在单晶棒将要旋出时或者部分旋出时，即可通过加料机构32进行加料，从而可以实现单晶棒的旋出操作和加料操作同步进行，而当单晶棒完全从副炉室2中旋出时，可以进行下一循环的拉晶工艺。

由此，相对于现有技术而言，本申请实施例提供的新型单晶炉，通过设置料室3，实现了在旋出单晶棒的过程中进行加料操作，有效缩短了旋出单晶棒和加料操作共同消耗的时间，提升了生产效率。

需要说明的是，主炉室1可以设置有一个，也可以设置有两个，当主炉室1设置为两个时，两个主炉室1可以共同与一个副炉室2相连和一个料室3相连通，料室3内可以设置有两个加料机构32，以分别对两个主炉室1中的坩埚11进行加料。其中，两个主炉室1可以同步进行拉晶工艺，也可以交替进行拉晶工艺，经过拉晶工艺形成的单晶棒均可以通过副炉室2旋出。由此，通过双主炉室1与副炉室2及料室3的配合，能够扩大产能，提升生产效率。

当然，主炉室1也可以设置为其它更多的数量，副炉室2和料室3可以根据主炉室1的数量做出相应的结构改进，对此本实施例不做限定。

作为一种具体的实现方式，加料机构32包括料隧321和滑轨322，料隧321与滑轨322滑动相连，料隧321通过滑轨322可伸缩地穿设在加料口31中。

在加料时，料隧321可以沿滑轨322向主炉室1的方向移动，料隧321可以穿过加料口31，使料隧321的出料端置于坩埚11的上方，从而可以将料隧321中的硅料加入至坩埚11中。在加料完成后，料隧321沿滑轨322移动至料室3中，以储备下一次需要加入坩埚11中的硅料。

具体地，如图2所示，料隧321中形成有料槽3211，硅料可以盛放在料槽3211中，料槽3211可以在料隧321的长度方向延伸，从而可以增大盛装硅料的量，有利于减少加料次数。其中，料槽3211的截面形状可以为弧形或矩形，当然也可以为其它多边形，本实施例中，料槽3211的截面形状优选为半圆弧形。

作为一种具体的实现方式，如图2至图7所示，加料机构还包括保温机构(该保温机构包括下文提到的保温结构4和推杆5)，保温机构滑动设置在料隧321上，保温机构能够与加料口31密封配合。

当需要通过加料口31向坩埚11中加料时，料隧321的出料端穿过加料口31，保温机构置于远离加料口31的位置处。当加料完成后，料隧321退回料室3内，同时，保温机构可以相对于料隧321滑动至加料口31处，以封堵加料口31，避免在加料口31处产生过大的热损失，保证主炉室1整体热场的均匀性。

具体地，如图3至图7所示，保温机构可以包括保温结构4和推杆5，推杆5和保温结构4可拆卸连接。由此可以通过推杆5实现对保温结构4的推动，以使保温结构4能够封堵或打开加料口31。

在具体操作中，当需要向坩埚11中加料时，可以拉动推杆5，以通过推杆5的带动使保温结构4相对于料隧321移动至远离加料口31的位置处；当加料完成时，可以推动推杆5，以通过推杆5的带动使保温结构4封堵在加料口31中，实现对主炉室1热场的封闭。

其中，为了提升保温结构4对加料口31的密封效果，保温结构4的材质可以为石墨。

作为一种具体的实现方式，如图3至图7所示，保温结构4上设置有轴向连通的导向孔41和转动孔42，导向孔41的一侧露出保温结构4的端面，转动孔42的径向尺寸大于导向孔41的径向尺寸；推杆5的一端设置有连接部51，连接部51穿过导向孔41后卡接至转动孔42中。

其中，由于转动孔42的径向尺寸大于导向孔41的径向尺寸，转动孔42与导向孔41连接处形成第一台阶面43，连接部51的边缘3212凸出于推杆5的主体部位，使连接部51与推杆5的主体部位之间形成第二台阶面52。当连接部51经过导向孔41并置于转动孔42中时，可以适当地转动推杆5，从而可以使第一台阶面43与第二台阶面52相抵接，实现推杆5与保温结构4的卡合固定。

作为一种具体的实现方式，如图2和图6所示，料隧321中形成有料槽3211，保温结构4与料槽3211滑动相连。保温结构4的侧壁上设置有凸台44，保温结构4通过凸台44搭接于料槽3211的边缘3212。

当保温结构4与料槽3211配合后，凸台44可以搭接在料槽3211的边缘3212，从而可以通过凸台44防止保温结构4随意转动，提升了通过推杆5控制保温结构4运动的稳定性。

作为一种具体的实现方式，如图8至图10所示，主炉室1中固定设置有保温盒6和保温盖板7，保温盒6上设置有加料通道61和密封通道62，加料通道61与加料口31对接，密封通道62与加料通道61连通；保温盖板7上设置有密封塞71，密封塞71与密封通道62密封配合，用于打开或封堵加料通道61。

其中，主炉室1内设有导流筒提升机构，保温盖板7可以与该提升机构相连，以通过提升机构的运动带动保温盖板7运动。保温盒6固定在主炉室1内，保温盖板7能够通过上述提升机构的带动与保温盒6配合或分离。具体地，当保温盖板7与保温盒6分离时，加料通道61与加料口31导通，料隧321的出料端可以依次穿过加料口31和加料通道61置于坩埚11的上方，以进行加料。当加料完成后，料隧321退回至料室3中，保温结构4可以通过推杆5的推动将加料口31封闭，同时，保温盖板7通过上述提升机构的带动与保温盒6配合，使保温盖板7上的密封塞71插入至密封通道62中，以将加料通道61封闭。由此，可以通过保温结构4以及保温盒6与保温盖板7的配合，有效保证了主炉室1内热场的均匀性。

其中，为了便于保温盖板7上的密封塞71能够在密封通道62内移入或移出，密封通道62与加料通道61可以相互垂直连通。

作为一种具体的实现方式，主炉室1上在与加料口31对齐的位置处可以设置有隔热阀。从而可以通过隔热阀实现主炉室1和料室3的隔离，便于对主炉室1或料室3的温度控制。

作为一种具体的实现方式，如图1所示，料室3中还设置有震动平台34和震动发生器，震动发生器的动力端与震动平台34相连，震动平台34与料隧321相连。

在料隧321的出料端置于坩埚11上方时，可以启动震动发生器，以使震动平台34带动料隧321震动，以使料隧321内的硅料受到震动后能够连续从料隧321的出料端掉落至坩埚11中，实现加料。

作为一种具体的实现方式，如图1所示，料室3中还设置有加料桶33，加料桶33设置在料隧321的上方，加料桶33的底部设置有出料孔，出料孔与料隧321位置相对。

其中，加料桶33可以具有较大的容积，其内部可以存储大量的硅料，加料桶33可以通过其底部的出料孔331向料隧321的料槽3211中备料，并通过料隧321向坩埚11中加料。

为了便于对加入料槽3211中的硅料的量的控制，加料桶33上的出料孔331处可以设置有阀门，以通过控制阀门的开关实现对硅料的释放和截止。

具体地，如图1所示，料室3可以设置在主炉室1的一侧，加料桶33上远离主炉室1的一侧壁面为竖直平面，且壁面形成出料孔331的侧壁。

其中，由于加料机构32需要在主炉室1的侧方向往复平移，以实现加料机构32向主炉室1内加料，为此，需要在料室3与主炉室1之间预留出一定的空间，以满足加料机构32的行程，这会导致加料桶33与主炉室1之间的空间不能充分被利用，而且，现有的用于存储物料的料桶通常为回转体结构，且料桶的口部在中心位置，这会导致料筒占用其口部周围的空间。

为此，本实施例中，通过使加料桶33上远离主炉室1的一侧壁面为竖直平面，且该壁面形成出料孔331的侧壁，可以减少加料桶33对远离主炉室1一侧的空间的占用。同时，加料桶33的容积可以向靠近主炉室1的一侧拓展，从而可以充分利用加料桶33与主炉室1之间的空间。

作为一种具体的实现方式，加料桶33中可以设置有加热器。当需要向主炉室1中加液态料时，可以通过加热器预先将加料桶33中的料进行化料，并将融化完成的料加入料隧321中，并进一步通过料隧321将融化后的料送入至主炉室1中，从而可以无需在主炉室1中化料，节约了硅料融化时间，提升了生产效率。

作为一种具体的实现方式，如图11和图12所示，料室3中还设置有碎料机构8，碎料机构8设置在加料桶33和料隧321之间。

当需要加固态料时，固态的硅料一般成不均匀的块状，尺寸不一，过大的硅料块不易融化拉晶。为此，通过在加料桶33和料隧321之间设置碎料机构8，可以使尺寸较大的硅料块在经过碎料机构8时被碾碎成尺寸较小的硅料块，从而可以使盛放于料隧321内的硅料块尺寸均较均匀，便于拉晶。

具体地，如图11和图12所示，碎料机构8可以包括驱动机构、主动辊81和被动辊82，主动辊81上设置有第一齿，被动辊82上设置有第二齿，第一齿与第二齿啮合；驱动机构可以驱动主动辊81和被动辊82相向转动。

当尺寸较大的硅料块经过主动辊81和被动辊82之间的位置，可以通过第一齿和第二齿的啮合作用被碾碎成尺寸较小的硅料块。当然，主动辊81和被动辊82上也可以设置有环形凸条等凸起结构，通过主动辊81和被动辊82上的凸起结构的配合来实现对硅块的破碎，并不局限于第一齿及第二齿，对此本实施例不做限定。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种新型单晶炉，包括主炉室(1)和副炉室(2)，所述副炉室(2)与所述主炉室(1)连通，其特征在于，所述新型单晶炉还包括料室(3)，所述料室(3)上设置有加料口(31)，所述料室(3)通过所述加料口(31)与所述主炉室(1)连通；

所述料室(3)中设置有加料机构(32)，所述加料机构(32)可伸缩地穿设在所述加料口(31)中，用于穿过所述加料口(31)并向所述主炉室(1)内的坩埚(11)中加料。

2.根据权利要求1所述的新型单晶炉，其特征在于，所述加料机构(32)包括料隧(321)和滑轨(322)，所述料隧(321)与所述滑轨(322)滑动相连，所述料隧(321)通过所述滑轨(322)可伸缩地穿设在所述加料口(31)中。

3.根据权利要求2所述的新型单晶炉，其特征在于，所述料隧(321)中形成有料槽(3211)，所述料槽(3211)的截面形状为弧形或矩形。

4.根据权利要求2所述的新型单晶炉，其特征在于，所述加料机构还包括保温机构，所述保温机构滑动设置在所述料隧(321)上，所述保温机构能够与所述加料口(31)密封配合。

5.根据权利要求4所述的新型单晶炉，其特征在于，所述保温机构包括保温结构(4)和推杆(5)，所述推杆(5)和所述保温结构(4)可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的新型单晶炉，其特征在于，所述保温结构(4)上设置有轴向连通的导向孔(41)和转动孔(42)，所述导向孔(41)的一侧露出所述保温结构(4)的端面，所述转动孔(42)的径向尺寸大于所述导向孔(41)的径向尺寸；

所述推杆(5)的一端设置有连接部(51)，所述连接部(51)穿过所述导向孔(41)后卡接至所述转动孔(42)中。

7.根据权利要求5所述的新型单晶炉，其特征在于，所述料隧(321)中形成有料槽(3211)，所述保温结构(4)与所述料槽(3211)滑动相连；

所述保温结构(4)的侧壁上设置有凸台(44)，所述保温结构(4)通过所述凸台(44)搭接于所述料槽(3211)的边缘(3212)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的新型单晶炉，其特征在于，所述主炉室(1)中固定设置有保温盒(6)和保温盖板(7)，所述保温盒(6)上设置有加料通道(61)和密封通道(62)，所述加料通道(61)与所述加料口(31)对接，所述密封通道(62)与所述加料通道(61)连通；

所述保温盖板(7)上设置有密封塞(71)，所述密封塞(71)与所述密封通道(62)密封配合，用于打开或封堵所述加料通道(61)。

9.根据权利要求1-7任一项所述的新型单晶炉，其特征在于，所述主炉室(1)上在与所述加料口(31)对齐的位置处设置有隔热阀。

10.根据权利要求2所述的新型单晶炉，其特征在于，所述料室(3)中还设置有震动平台(34)和震动发生器，所述震动发生器的动力端与所述震动平台(34)相连，所述震动平台(34)与所述料隧(321)相连。

11.根据权利要求2所述的新型单晶炉，其特征在于，所述料室(3)中还设置有加料桶(33)，所述加料桶(33)设置在所述料隧(321)的上方，所述加料桶(33)的底部设置有出料孔(331)，所述出料孔(331)与所述料隧(321)位置相对。

12.根据权利要求11所述的新型单晶炉，其特征在于，所述料室(3)设置在所述主炉室(1)的一侧，所述加料桶(33)上远离所述主炉室(1)的一侧壁面为竖直平面，且所述壁面形成所述出料孔(331)的侧壁。

13.根据权利要求11所述的新型单晶炉，其特征在于，所述加料桶(33)中设置有加热器。

14.根据权利要求11所述的新型单晶炉，其特征在于，所述料室(3)中还设置有碎料机构(8)，所述碎料机构(8)设置在所述加料桶(33)和所述料隧(321)之间。

15.根据权利要求14所述的新型单晶炉，其特征在于，所述碎料机构(8)包括驱动机构、主动辊(81)和被动辊(82)，所述主动辊(81)上设置有第一齿，所述被动辊(82)上设置有第二齿，所述第一齿与所述第二齿啮合；

所述驱动机构用于驱动所述主动辊(81)和所述被动辊(82)相向转动。

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