CN113355742A

CN113355742A - 一种单晶硅生长炉用籽晶夹持器

Info

Publication number: CN113355742A
Application number: CN202110537479.2A
Authority: CN
Inventors: 赵云
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2021-09-07

Abstract

本发明涉及硅制造设备技术领域，且公开了一种单晶硅生长炉用籽晶夹持器，包括钢丝绳。该单晶硅生长炉用籽晶夹持器，通过将重锤分为内重锤与外重锤两部分，籽晶与滑孔、阶梯孔配合，籽晶的底部与阶梯孔的下端配合，在钢丝绳带动旋转时，内重锤与外重锤的转速不同，被外重锤支撑的籽晶，在外重锤的带动下旋转，当籽晶的同轴度与外重锤不配合时，籽晶的上端旋转晃动幅度大，即籽晶的上端在旋转过程中，可以推动锁紧板移动，并在弹簧作用下回位，锁紧板的移动能够将空气通过单向阀一压到滑套外端，推动滑套移动，使得气压不断增加，锁紧板对籽晶的旋转不断限位，直至将籽晶上部分夹紧，当温度传导过来后，夹紧力更大。

Description

一种单晶硅生长炉用籽晶夹持器

技术领域

本发明涉及硅制造设备技术领域，具体为一种单晶硅生长炉用籽晶夹持器。

背景技术

单晶硅生长炉是通过直拉法生产单晶硅的制造设备，主要由主机，加热电源和计算机控制系统组成，是将多晶硅转化为单晶硅的主要设备。

单晶炉是在惰性气体环境中，采用石墨电阻加热器，将硅材料熔化，然后对熔化后的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一根固定在夹持器上的籽晶插入溶体，待籽晶和熔体熔合后，慢慢旋转向上拉籽晶，晶体会在籽晶的下端生长，首先引晶，生长细颈，消除位错，再放肩，放大晶体直径到需要的长度，然后转肩，使肩部近似直角，然后等径拉升，一定直径规格大小的单晶柱体。

在单晶炉工作时，首先需要将籽晶固定在夹持器上，每拉一个单晶柱体就需要更换籽晶，由于籽晶的尺寸规格并不是完全一样的，在夹持的过程中，籽晶与夹持器的同轴度无法控制，这就导致在引颈过程中需要更长的引颈长度，去消除同轴度不一致带来的位错；同时籽晶在插入溶体时，籽晶和溶体具有较大的温度差，在接触时高温溶液对籽晶强烈热冲击，造成位错，导致引颈过长，如果具有位错，拉出的单晶柱体是扭曲的。

发明内容

本发明提供了一种单晶硅生长炉用籽晶夹持器，具备夹持的籽晶与夹持器的同轴度高，籽晶与溶体接触时不会产生位错的优点，解决了籽晶夹持同轴度低，拉出的单晶柱体是扭曲的，籽晶和溶体接触产生位错的问题。

本发明提供如下技术方案：一种单晶硅生长炉用籽晶夹持器，包括钢丝绳，所述钢丝绳的下端固定安装有固定架，所述重锤的下部分固定套装有重锤，所述重锤分为内重锤与外重锤，所述内重锤在外重锤的上部分轴承套装，轴承与内重锤固定安装，与外重锤活动配合安装，所述内重锤的内部开设有滑孔，所述外重锤的内部开设有阶梯孔，所述滑孔与阶梯孔同轴配合，所述重锤中部放置有籽晶，所述内重锤的外表面且与外重锤配合处固定安装有气囊，所述滑孔的上部分固定套装有锁紧架，所述锁紧架的上表面固定安装有出气阀，所述固定架的底面与出气阀配合，所述锁紧架的内腔活动套装有滑套，所述滑套的端面固定安装有单向阀一，所述滑套的内腔固定安装有弹簧，所述弹簧的一侧固定安装有锁紧板，所述锁紧板与籽晶配合，所述锁紧板的一端固定安装有单向阀二。

作为优选，所述阶梯孔的底端为上大下小的锥状结构，所述籽晶的底端为锥状结构与阶梯孔的底部配合，所述外重锤的底部开设有安装槽，所述安装槽内部固定安装有电阻加热器，所述电阻加热器与籽晶的锥状部位上方配合。

作为优选，所述阶梯孔的上部分为上小下大的锥状结构。

作为优选，所述籽晶为工字型，顶部直径大于下部分直径大于中间直径，且中间直径与阶梯孔的底部锥状小直径配合，所述阶梯孔上部分的直径大于阶梯孔上部分的阶梯直径。

本发明具备以下有益效果：

1、该单晶硅生长炉用籽晶夹持器，通过将重锤分为内重锤与外重锤两部分，籽晶与滑孔、阶梯孔配合，籽晶的底部与阶梯孔的下端配合，在钢丝绳带动旋转时，内重锤与外重锤的转速不同，被外重锤支撑的籽晶，在外重锤的带动下旋转，当籽晶的同轴度与外重锤不配合时，籽晶的上端旋转晃动幅度大，即籽晶的上端在旋转过程中，可以推动锁紧板移动，并在弹簧作用下回位，锁紧板的移动能够将空气通过单向阀一压到滑套外端，推动滑套移动，使得气压不断增加，锁紧板对籽晶的旋转不断限位，直至将籽晶上部分夹紧，当温度传导过来后，夹紧力更大，内重锤直接带动籽晶旋转，进行单晶生长，保证内重锤对籽晶的夹持同轴度配合好，单晶生长不会扭曲。

2、该单晶硅生长炉用籽晶夹持器，通过电阻加热器与籽晶的配合，在电阻加热器发热时，传导至籽晶上，使得籽晶的下端熔化，而籽晶的底端不首先熔化，当热量传导至籽晶的底部使其直径减小后，同时热量传导到气囊内膨胀，此时籽晶可以穿过外重锤的底端，外重锤可以沿着内重锤上移，籽晶的底端和熔化部分都掉入溶体内，钢丝绳下放固定架，使得籽晶伸出部分与溶体接触部分的温度与溶体配合，不会对籽晶产生冲击造成位错，保证引颈阶段，引颈的长度不需要太长，可直接进行放肩过程，提高了设备生产效率。

附图说明

图1为本发明剖视结构示意图；

图2为本发明图1中A处放大结构示意图；

图3为本发明锁紧架俯视剖视结构示意图。

图中：1、钢丝绳；2、固定架；3、重锤；4、内重锤；5、外重锤；6、滑孔；7、阶梯孔；8、籽晶；9、气囊；10、锁紧架；11、出气阀；12、滑套；13、单向阀一；14、弹簧；15、锁紧板；16、单向阀二；17、安装槽；18、电阻加热器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，一种单晶硅生长炉用籽晶夹持器，包括钢丝绳1，钢丝绳1的下端固定安装有固定架2，重锤3的下部分固定套装有重锤3，重锤3分为内重锤4与外重锤5，内重锤4在外重锤5的上部分轴承套装，轴承与内重锤4固定安装，与外重锤5活动配合安装，内重锤4的内部开设有滑孔6，外重锤5的内部开设有阶梯孔7，滑孔6与阶梯孔7同轴配合，阶梯孔7的上部分为上小下大的锥状结构，使得籽晶8在同轴度对准前，外重锤5在最下方的位置，与内重锤4配合的轴承接触，当进行旋转时，内重锤4与外重锤5直接具有旋转转速偏差，籽晶8被外重锤5带动旋转，在籽晶8的上端体现同轴度偏差，保证锁紧架10能够纠正同轴度偏差，重锤3中部放置有籽晶8，籽晶8为工字型，顶部直径大于下部分直径大于中间直径，且中间直径与阶梯孔7的底部锥状小直径配合，阶梯孔7上部分的直径大于阶梯孔7上部分的阶梯直径，通过阶梯孔7的阶梯直径与籽晶8的形状配合，使得外重锤5在气囊9膨胀上移后，籽晶8的上部分与阶梯孔7抵住，并带动籽晶8上移一段距离，将籽晶8的顶部与固定架2配合，对籽晶8进行上下限位，保证籽晶8在单晶硅生长过程中，籽晶8能够夹持固定，且在旋转过程中，不会偏斜，保证柱状单晶硅形状规整，内重锤4的外表面且与外重锤5配合处固定安装有气囊9，滑孔6的上部分固定套装有锁紧架10，锁紧架10的上表面固定安装有出气阀11，固定架2的底面与出气阀11配合，锁紧架10的内腔活动套装有滑套12，滑套12的端面固定安装有单向阀一13，滑套12的内腔固定安装有弹簧14，弹簧14的一侧固定安装有锁紧板15，锁紧板15与籽晶8配合，锁紧板15的一端固定安装有单向阀二16，通过将籽晶8与滑孔6、阶梯孔7配合，籽晶8的底部与阶梯孔7的下端配合，在钢丝绳1带动旋转时，内重锤4与外重锤5的转速不同，被外重锤5支撑的籽晶8，在外重锤5的带动下旋转，当籽晶8的同轴度与外重锤5不配合时，籽晶8的上端旋转晃动幅度大，即籽晶8的上端在旋转过程中，可以推动锁紧板15移动，并在弹簧14作用下回位，锁紧板15的移动能够将空气通过单向阀一13压到滑套12外端，推动滑套12移动，使得气压不断增加，锁紧板15对籽晶8的旋转不断限位，直至将籽晶8上部分夹紧，当温度传导过来后，夹紧力更大，内重锤4直接带动籽晶8旋转，进行单晶生长，保证内重锤4对籽晶8的夹持同轴度配合好，单晶生长不会扭曲，阶梯孔7的底端为上大下小的锥状结构，籽晶8的底端为锥状结构与阶梯孔7的底部配合，外重锤5的底部开设有安装槽17，安装槽17内部固定安装有电阻加热器18，电阻加热器18与籽晶8的锥状部位上方配合，通过电阻加热器18与籽晶8的配合，在电阻加热器18发热时，传导至籽晶8上，使得籽晶8的下端熔化，而籽晶8的底端不首先熔化，当热量传导至籽晶8的底部使其直径减小后，同时热量传导到气囊9内膨胀，此时籽晶8可以穿过外重锤5的底端，外重锤5可以沿着内重锤4上移，籽晶8的底端和熔化部分都掉入溶体内，钢丝绳1下放固定架2，使得籽晶8伸出部分与溶体接触部分的温度与溶体配合，不会对籽晶8产生冲击造成位错，保证引颈阶段，引颈的长度不需要太长，可直接进行放肩过程，提高了设备生产效率。

本发明夹持器的工作原理如下：

向重锤3内放入籽晶8，将固定架2与重锤3配合固定，外重锤5在内重锤4上滑落在最低位置，内重锤4上是轴承与外重锤5内表面接触，钢丝绳1旋转带动固定架2和内重锤4旋转，在轴承带动下外重锤5与内重锤4的转速不同，籽晶8底部的锥面与外重锤5下部分的锥面配合，籽晶8被外重锤5支撑，并被外重锤5带动旋转，当籽晶8与外重锤5同轴度不够时，籽晶8的顶部旋转晃动幅度大，能够推动锁紧板15移动，将空气通过单向阀一13压进滑套12的一端，当气压越来越大，滑套12的移动距离越大，锁紧板15能够夹持住籽晶8上端，此时内重锤4可以直接带动籽晶8进行旋转，当坩埚内多晶硅熔化为溶体后，电阻加热器18发热使得籽晶8的下部分熔化，当籽晶8下部分直径熔化小于阶梯孔7的底部时，钢丝绳1下放，同时热量传导给气囊9和锁紧架10，气囊9内受热膨胀，带动外重锤5上移，籽晶8能够伸出来，与溶体接触，锁紧架10内气体膨胀，锁紧板15对籽晶8的顶部夹持力增大，当单晶硅生长越长时，锁紧板15能够夹持住籽晶8不会掉落，当单晶硅生长好后，将固定架2与内重锤4分离，出气阀11被打开，锁紧架10内降压，籽晶8被松开，可将单晶柱体收回放好，进行下一次生长。

需要说明的是在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种单晶硅生长炉用籽晶夹持器，包括钢丝绳（1），其特征在于：所述钢丝绳（1）的下端固定安装有固定架（2），所述重锤（3）的下部分固定套装有重锤（3），所述重锤（3）分为内重锤（4）与外重锤（5），所述内重锤（4）在外重锤（5）的上部分轴承套装，轴承与内重锤（4）固定安装，与外重锤（5）活动配合安装，所述内重锤（4）的内部开设有滑孔（6），所述外重锤（5）的内部开设有阶梯孔（7），所述滑孔（6）与阶梯孔（7）同轴配合，所述重锤（3）中部放置有籽晶（8），所述内重锤（4）的外表面且与外重锤（5）配合处固定安装有气囊（9），所述滑孔（6）的上部分固定套装有锁紧架（10），所述锁紧架（10）的上表面固定安装有出气阀（11），所述固定架（2）的底面与出气阀（11）配合，所述锁紧架（10）的内腔活动套装有滑套（12），所述滑套（12）的端面固定安装有单向阀一（13），所述滑套（12）的内腔固定安装有弹簧（14），所述弹簧（14）的一侧固定安装有锁紧板（15），所述锁紧板（15）与籽晶（8）配合，所述锁紧板（15）的一端固定安装有单向阀二（16）。

2.根据权利要求1所述的一种单晶硅生长炉用籽晶夹持器，其特征在于：所述阶梯孔（7）的底端为上大下小的锥状结构，所述籽晶（8）的底端为锥状结构与阶梯孔（7）的底部配合，所述外重锤（5）的底部开设有安装槽（17），所述安装槽（17）内部固定安装有电阻加热器（18），所述电阻加热器（18）与籽晶（8）的锥状部位上方配合。

3.根据权利要求1所述的一种单晶硅生长炉用籽晶夹持器，其特征在于：所述阶梯孔（7）的上部分为上小下大的锥状结构。

4.根据权利要求1所述的一种单晶硅生长炉用籽晶夹持器，其特征在于：所述籽晶（8）为工字型，顶部直径大于下部分直径大于中间直径，且中间直径与阶梯孔（7）的底部锥状小直径配合，所述阶梯孔（7）上部分的直径大于阶梯孔（7）上部分的阶梯直径。