CN114395792B - 一种硬轴单晶炉的拉晶装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及单晶炉，尤其一种硬轴单晶炉的拉晶装置，包括：轴主体，轴主体位于单晶炉本体的内部，且与单晶炉本体呈共轴设置，轴主体具有竖直方向移动的自由度和绕轴旋转的自由度；提升机构，提升机构连接于机架上，用于驱动轴主体在上升或下降；旋转机构，旋转机构连接于机架上，用于驱动轴主体绕轴旋转。利用轴主体代替现有技术中的软性钨合金缆绳进行拉晶，由于轴主体为硬性质地，在晶体旋转过程中不会发生晃动，从而提高拉晶品质，解决了现有技术中拉晶时晶棒晃动较大的技术问题；达到减小晶棒晃动的技术效果。

Description

一种硬轴单晶炉的拉晶装置

技术领域

本申请涉及单晶炉的领域，尤其是涉及一种硬轴单晶炉的拉晶装置。

背景技术

随着半导体行业和光伏行业的发展，对单晶硅提出了更大的市场需求，目前直拉法生长单晶硅是目前生产单晶硅最广泛的应用技术，直拉法生长单晶硅时，单晶炉为核心生产设备，单晶炉包括加热器、坩埚和提拉头，通过加热器对放在坩埚中的硅料加热至熔体，提拉头提拉头将籽晶浸入硅熔体中，在籽晶下方生长并提拉单晶棒。

现有技术中，通常采用钨合金缆绳等软轴作为晶棒的提拉轴，在提拉过程中，提拉轴在提拉的同时还需要旋转，由于提拉轴与转轴机构的旋转中心之间存在同心度误差，提拉轴旋转时产生离心晃动，且由于软轴易弯折、形变，晃动幅度会随软轴从上至下逐渐放大，导致晶棒产生较大幅度的晃动，影响拉晶品质。

因此，现有技术的技术问题在于：拉晶时晶棒晃动较大。

发明内容

本申请提供一种硬轴单晶炉的拉晶装置，解决了现有技术中拉晶时晶棒晃动较大的技术问题；达到减小晶棒晃动的技术效果。

本申请提供的一种硬轴单晶炉的拉晶装置，采用如下的技术方案：

一种硬轴单晶炉的拉晶装置，应用于单晶炉本体中，单晶炉本体的外侧设置有机架，所述拉晶装置连接于所述机架上，所述拉晶装置包括：轴主体，所述轴主体呈硬性质地，所述轴主体位于所述单晶炉本体的内部，且与所述单晶炉本体呈共轴设置，所述轴主体连接于所述机架上，所述轴主体具有竖直方向移动的自由度和绕轴旋转的自由度；提升机构，所述提升机构连接于所述机架上，并且作用于所述轴主体上，用于驱动所述轴主体上升或下降；旋转机构，所述旋转机构连接于所述机架上，并且作用于所述轴主体上，用于驱动所述轴主体绕轴旋转。

作为优选，所述机架包括：第一机架，所述第一机架位于所述单晶炉本体的外围，所述第一机架的顶部具有第一基准板，所述第一基准板呈水平设置；第二机架，所述第二机架位于所述单晶炉本体的上方，且所述第二机架固定连接于所述第一基准板上；其中，所述提升机构与所述旋转机构连接于所述第二机架上。

作为优选，所述提升机构包括：轴体座，所述轴体座与所述轴主体连接，且所述轴体座滑移连接于所述第二机架上，所述轴体座的移动方向为竖直方向；提升驱动组件，所述提升驱动组件连接于所述第二机架上且作用于所述轴体座上，用于驱动所述轴体座在竖直方向上移动。

作为优选，旋转机构包括第一轴承驱动组件，所述第一轴承驱动组件用于驱动所述轴主体绕轴旋转，所述第一轴承驱动组件包括：第一轴承座，所述第一轴承座套设于所述轴主体外，且所述第一轴承座连接于所述轴体座上；第一轴承，第一轴承套设于所述轴主体的外部，所述第一轴承分别与所述轴主体和所述第一轴承座连接；以及第一电机，所述第一电机的输出轴与所述轴主体之间传动连接，使得所述第一电机驱动所述轴主体绕轴旋转。

作为优选，所述第一机架与所述第二机架之间设置有调平机构，所述调平机构用于调节所述第二机架和所述轴主体位置，所述调平机构包括：调平板，所述调平板位于所述第一机架和所述第二机架之间，所述调平板固定连接于所述第二机架的底部，且与所述第一基准板可调式连接；调平组件，所述调平组件位于所述调平板与所述第一基准板之间，所述调平组件具有多个，每个所述调平组件作用于所述调平板的底面，每个所述调平组件包括：调节杆，所述调节杆的第一端固定连接于所述调平板的底面，且所述调节杆的第二端插设于第一基准板上；第一调节块，所述第一调节块连接于所述调节杆或所述调平板上，所述第一调节块具有第一调节面，所述第一调节面倾斜朝下；第二调节块，所述第二调节块位于所述第一调节块与所述第一基准板之间，所述第二调节块具有第二调节面，所述第二调节面倾斜朝上，所述第一调节面与所述第二调节面相贴合；以及调节驱动件，所述调节驱动件连接并作用于所述第二调节块，用于驱动所述第二调节块移动并对所述第二调节块进行限位，使得所述第二调节面与所述第一调节面之间相对移动，从而驱动所述调平板的局部发生上升或下降。

作为优选，所述调平板的侧边设置有第一顶块组件，所述第一顶块组件具有多个，所述第一顶块组件分布于所述调平板的相对的两侧，所述第一顶块组件包括：第一顶块座，所述第一顶块座位于所述调平板的边侧，所述第一顶块座固定连接于所述第一基准板上；第一顶块，所述第一顶块可调式的连接于所述第一顶块座上，所述第一顶块的一端可抵触于所述调平板的侧边。

作为优选，所述第一轴承座的侧边设置有第二顶块组件，所述第二顶块组件具有多组，所述第二顶块组件分布于所述第一轴承座的相对的两侧，每组所述第二顶块组件包括：第二顶块座，所述第二顶块座位于所述第一轴承座的边侧，所述第二顶块座固定连接于所述轴体座上；第二顶块，所述第二顶块可调式的连接于所述第二顶块座上，所述第二顶块的一端可抵触于所述第一轴承座的侧边；其中，所述第一顶块组件的布置方向与所述第二顶块组件的布置方向相同。

作为优选，所述轴主体和所述调平板之间设置有密封组件，所述密封组件包括：密封套管，所述密封套管套设于所述轴主体外，且所述密封套管连接于所述调平板上；密封圈，所述密封圈位于所述密封套管与所述轴主体之间，所述密封圈与所述密封套管固定连接，且与所述轴主体的外壁相抵触。作为优选，所述旋转机构还包括第二轴承驱动组件，所述第二轴承驱动组件用于驱动所述密封组件转动，所述第二轴承驱动组件包括：第二轴承，第二轴承套设于所述密封套管外部，所述第二轴承分别与密封套管和调平板连接；第二电机，所述第二电机的输出轴与所述密封套管之间传动连接，使得所述第二电机驱动所述密封套管旋转。

作为优选，所述密封套管与所述第一电机的输出轴之间传动连接，使得所述密封套管与所述轴主体之间同步旋转。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本申请中利用轴主体代替现有技术中的软性钨合金缆绳进行拉晶，在旋转机构满足晶转要求下，提升机构逐渐提升轴主体，在轴主体的底端的籽晶上形成晶体，由于轴主体为硬性质地，在晶体旋转过程中不会发生晃动，从而提高拉晶品质，解决了现有技术中拉晶时晶棒晃动较大的技术问题；达到减小晶棒晃动的技术效果。

2、在单晶炉本体的外部设置了用于固定旋转机构和提升机构的机架，机架包括第一机架和第二机架，第一机架的顶部具有水平的第一基准板，以第一基准板为基准调节第二机架的位置，减小累积误差，有利于主轴保持竖直状态。

3、第一顶块组件设置于调平板的侧边，且作用于调平板，用于调节调平板的位置，从而对轴主体进行对中调节，使得轴主体能够位于单晶炉本体的中心位置，减小晶体与单晶炉本体内壁碰撞的可能，同时提高晶体周围空间和热量的均匀性，从而提高拉晶品质。

4、第二顶块组件设置于第一轴承座的侧边且作用于第一轴承座，用于轴承座位置的微调，从而对轴主体实现对中调节；进一步的，在第二顶块组件的布置方向和第一顶块组件的布置方向相同，在通过第一顶块组件调节之后，通过第二驱动在同一方向上对第一轴承座进行细微调节，进一步的提高轴主体的对中效果。

5、密封组件设置于轴主体与调节板之间，减小单晶炉本体内部的热量；同时，通过在第二电机的驱动下，密封套管和密封件随轴主体一起旋转，使得密封圈与轴主体之间减小相对速度，从而减小密封圈的磨损。

6、密封组件还可以通过第一电机驱动旋转，第一电机同时驱动密封组件和轴主体，使得密封组件与轴主体之间同步旋转，确保密封圈与轴主体之间不存在相对速度，进一步减小密封圈的磨损。

附图说明

图1是本申请所述硬轴单晶炉的立体示意图；

图2是本申请所述硬轴单晶炉的副炉室示意图；

图3是本申请所述硬轴单晶炉的机架示意图；

图4是本申请所述硬轴单晶炉的调节组件示意图；

图5是图4中A的放大图；

图6是图4的剖视图；

图7是图6中B的放大图；

图8是本申请所述硬轴单晶炉的拉晶装置示意图；

图9是图8的剖视图；

图10是本申请所述硬轴单晶炉的拉晶装置中滑移组件示意图；

图11是图9中C的放大图；

图12是图9中D的放大图；

图13是图9中E的放大图；

图14是本申请所述硬轴单晶炉的拉晶装置中第二顶块组件示意图；

图15是本申请所述硬轴单晶炉的拉晶装置的俯视图。

附图标记说明：100、单晶炉本体；101、副炉室；102、通道；103、门板；200、机架；201、第一机架；202、第一基准板；203、通槽；204、第二机架；205、第二基准板；300、调平板；301、调平组件；3011、调节杆；3012、调节座；3013、第一调节块；3014、第二调节块；3015、调节驱动件；400、第一顶块组件；401、第一顶块座；402、第一顶块；500、提升机构；501、轴主体；502、丝杆；503、第三电机；504、滑移组件；5041、滑轨；5042、滑块；505、轴体座；600、旋转机构；601、第一轴承座；602、第一轴承；603、第一电机；604、第一同步带；605、第一从动轮；701、密封套管；702、密封圈；801、第二轴承座；802、第二轴承；803、第二电机；804、第二同步带；805、第二从动轮；900、第二顶块组件；901、第二顶块；902、第二顶块座。

具体实施方式

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请实施例提供了一种硬轴单晶炉的拉晶装置，解决了现有技术中拉晶时晶棒晃动较大的技术问题；达到减小晶棒晃动的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

单晶炉用于生产晶体从而得到较长的晶棒，一般将硅原料加热至熔融状态后，利用一用籽晶从上方缓慢吊入硅液，经过缩颈、放肩工序后进行等径生长，从而得到较长的晶棒。相关技术中，籽晶一般通过一钨合金缆绳与外部的提升设备和旋转设备连接，其中，提升设备用于驱动籽晶和晶棒上升，旋转设备用于驱动籽晶和晶棒旋转，在籽晶和晶棒旋转过程中，会连同钨合金缆绳一起旋转，由于钨合金缆绳具有一定的柔性，使得钨合金缆绳容晃动、摇摆，在晶棒生长过程中，旋转设备驱动晶棒转动，由于存在位置精度误差或机械震动的原因，旋转中心和钨合金缆绳不重合，晶棒在旋转提升过程中，导致晶棒产生偏离旋转中心的摆动和摇晃，同时，由于钨合金缆绳易形变，钨合金缆绳上会产生从上往下逐渐增大的晃动效果，从而降低晶棒生长品质。

本申请中提出了一种硬轴单晶炉的拉晶装置包括，如图1所示，硬轴单晶炉包括单晶炉本体100、机架200、拉晶装置；单晶炉本体100用于提供晶体生长的原料和环境，使得晶体能够在合适的环形下生长；机架200位于单晶炉本体100的外部，作为拉晶装置的固定基础；拉晶装置固定于机架200上，拉晶装置利用硬质的轴主体501代替现有技术中钨合金缆绳进行拉晶。

单晶炉本体100，单晶炉本体100用于提供晶体生长的原料和环境，单晶炉本体100包括主炉室和副炉室101，主炉室内部具有主炉腔，在主炉腔内设置有用于盛放硅原料的坩埚和用于对坩埚加热的加热装置，坩埚可在主炉室中升降；在主炉室外部的周围环设有超导磁场，主炉室与现有技术中的主炉室相同。

副炉室101固定连接在主炉室的顶部。如图1、2所示，副炉室101内部具有副炉腔，副炉腔贯穿设置于副炉室101，副炉腔与主炉腔连通，在副炉室101的侧壁上开设有通道102，是副炉腔可通过通道102与外部连通，通道102的长度方向呈竖直方向，通道102的长度与小于或等于副炉室101的长度，在一个实施例中，通道102的长度略短于副炉室101的长度，通道102所占长度为副炉室101长度的80%-95%之间。在通道102上设置有门板103，门板103长度方形的一边与副炉室101转动连接，使得门板103相对于通道102转动，从而实现门板103将通道102封闭或敞开；在一个实施例中，门板103与副炉室101的铰接。其中，门板103的截面呈弧形，使得在门板103将通道102封闭时，能够形成截面为圆的副炉腔，使得副炉腔内晶棒周围的空间和温度保持均匀，通过在副炉室101中开设通道102，利用夹持装置等设备可以将副炉室101内部的晶棒取出，而不需要拆卸副炉室101以取出晶棒。进一步的，在门板103的外表面上固定有若干与门板103弧度相同的加强肋，以提升门板103的强度。

机架200，如图3所示，机架200设置于单晶炉本体100的外围，用于固定拉晶装置。机架200包括第一机架201和第二机架204，第一机架201环设于单晶炉本体100的外圈，且第一机架201呈竖直设置，在第一机架201上具有一竖直设置的固定杆和一水平的第一基准板202，固定杆位于单晶炉本体100的左侧或右侧，固定杆的高度相应于副炉室101的高度，在固定杆上设置有晶棒抓取装置，晶棒抓取装置用于向副炉室101中抓取晶棒。第一基准板202呈水平，设置于第一机架201的顶部，具体地说，第一基准板202的高度高于副炉室101且位于副炉室101的正上方。第一基准板202上开设有呈矩形的通槽203，通过设置的通槽203，使得第一基准板202上方空间与第一基准板202的下方空间连通，使得轴主体501通过通槽203而实现升降；在第一基准板202的下底面的通槽203位置上与副炉室101的顶部之间设置有波纹管，通槽203与波纹管之间连通，且通槽203与副炉腔、波纹管的内腔均位于同一竖直空间上。

第二机架204，如图3所示，第二机架204用于固定拉晶装置。第二机架204位于第一基准板202上，具体的，第一机架201与第二机架204之间设置有调平机构，调平机构用于调节第二机架204和轴主体501位置，第二机架204和轴主体501的调节均以第一基准板202为对照，减小第一机架201和第二机架204上的结构的累积误差，使得轴主体501保持竖直。调平机构包括调平板300和调平组件301，调平板300位于第一机架201和第二机架204之间，调平板300固定于连接于第二机架204的底部，调平组件301连接于调平板300与第一基准板202之间，调平组件301用于调平板300调平。具体地说，第二机架204通过一调平板300连接第一机架201，调平板300呈矩形，且调平板300的位置位于通槽203上，调平板300作为第二机架204的安装基础，第二机架204垂直于调平板300进行安装固定，调平组件301作用于调平板300上，使得第二机架204和轴主体501保持竖直状态。

调平组件301，如图4-7所示，调平组件301位于第一基准板202和调平板300之间，用于调平板300调平。由于第二机架204与调平板300之间互相垂直，若对调平板300调平之后，即能保持第二机架204和轴主体501呈竖直状态。调平组件301包括若干个调平件，在一个实施例中，调平件的数量为四个，四个调平件分布于调平板300的四角，通过每个调平组件301对调平板300局部进行高度调节，即可实现对调平板300整体的水平程度调节。每个调平组件301包括调节杆3011、调节座3012、第一调节块3013、第二调节块3014以及调节驱动件3015。调节座3012通过橡胶防滑垫固定连接在第一基准板202上，调节杆3011的顶端固定连接于调平板300的下底面，调节杆3011的底端插设于调节座3012的内部且直至插设进入第一基准板202内，也就是说，调节杆3011在纵向上具有一定的活动范围。

第一调节块3013和第二调节块3014均呈楔形，如图4-7所示，在调节座3012具有调节槽，调节槽内滑移连接第二调节块3014，第二调节块3014的斜面朝向右上方，第二调节块3014在调节驱动件3015的驱动下可在调节槽内沿调节槽的方向进行滑移，调节驱动件3015是指调节螺钉，第二调节块3014的与斜面相对的一个侧面上固定调节螺钉，调节螺钉的设置方向与调节槽的长度方向相同，同时调节螺钉与调节槽的侧壁之间通过螺纹连接，在旋转调节螺钉时，第二调节块3014能够在调节槽中沿调节槽的长度方向移动。

调节杆3011垂直且固定连接于调平板300的底面，第一调节块3013固定于调节杆3011上或调平板300的底面上，第二调节块3014的斜面朝向左下方，且与第一调节块3013的斜面向贴合；调节螺钉在转动时，第二调节块3014在调节槽中滑移，若第二调节块3014向左移动，第一调节块3013和第二调节块3014之间相对滑动，使得第一调节块3013下降；反之，若第二调节块3014向右移动，第一调节块3013上升；调平板300、调节杆3011以及第二调节块3014相固定，在第一调节块3013下降或上升时，调节板的一角也会下降或上升。其中，调节槽的深度应当满足能够容纳整个第一调节块3013或部分第一调节块3013，确保第一调节块3013不能从第二调节块3014上脱离。以第一基准板202为基准，在四个调平组件301对调平板300的作用下，使得调平板300能够保持水平，从而保持第二机架204和轴主体501呈竖直状；设置了第一基准板202为基准对调平板300进行调平，减小机构之间的累积误差，提高调平精度，减小调平板300以上的机构的倾斜程度。

第一顶块组件400，第一顶块组件400用于调节调平板300的位置，从而保持轴主体501位于单晶炉主体的中心位置。如图3-7所示，第一顶块组件400设置于调平板300的侧边，第一顶块组件400具有多个，第一顶块组件400分布于调平板300的相对的两个侧边，通过每个第一顶块组件400单独作用于调平板300的一侧，在相对的两个第一顶块组件400的效果下，使得调平板300的位置可调节，从而保持轴主体501位于单晶炉主体的中心位置。同时还用于对调平板300进行稳定性加固，减小调平板300的机械震动，从而减小第一机架201的震动或摇晃。如图4、5所示，在一个实施例中，第一顶块组件400的数量为八个，两个为一组均匀分布在调平板300的相对的侧边上，其中，第一顶块组件400的布置方向包括沿调平板300长度方向和沿调平板300宽度方向。每个第一顶块组件400包括第一顶块402和第一顶块座401，第一顶块座401固定于第一基准板202上，第一顶块402可调式的连接于第一顶块座401上，具体的，第一顶块402可以采用螺栓，螺栓呈平行于调平板300布置，且螺栓通过螺纹连接于顶块座上，通过旋转螺栓使得螺栓与调平板300的侧边抵触或分离，在螺栓与调平板300相抵触时，能够对调平板300进行位置调节，起到对轴主体501和副炉腔、主炉腔进行对中调节的效果，同时提高轴主体501垂直于水平面的精度。

拉晶装置，如图8-13所示，拉晶装置固定于机架200上，拉晶装置利用硬质的轴主体501代替现有技术中钨合金缆绳进行拉晶。拉晶装置包括轴主体501、提升机构500以及旋转机构600；轴主体501连接于第二机架204上，轴主体501呈硬性质地，轴主体501位于单晶炉本体100的内部，且与单晶炉本体100呈共轴设置，轴主体501相对于第二机架204能够升降且能够旋转。提升机构500和旋转机构600作用于轴主体501上，提升机构500用于驱动轴主体501升降，旋转机构600用于驱动轴主体501旋转以满足晶体生长的晶转要求，在提升机构500和旋转机构600的作用下，轴主体501能够依次穿过调节板和第一基准板202进入单晶炉本体100的副炉室101和主炉室中，轴主体501的底部通过一籽晶牵引晶棒。

提升机构500，如图8-10所示，提升机构500用于驱动轴主体501上升或下降。提升机构500连接于第二机架204上，提升机构500包括轴体座505和提升驱动组件，轴主体501通过轴体座505滑移连接于第二机架204上，轴主体501的滑移方向呈竖直方向，提升驱动组件用于驱动轴主体501上升或下降，在提升机构500的作用下，轴主体501能够经过通槽203和副炉腔进入到主炉腔中，其中，轴主体501的位置应当位于主炉室和副炉室101的中轴线上；通过提升驱动组件驱动轴体座505升降，从而使得轴主体501随轴体座505移动。

如图11-12所示，提升驱动组件包括丝杆502和第三电机503，丝杆502设置调平板300的第二基准板205之间，其中第二基准板205位于第二机架204的顶部，第二基准板205呈水平设置，丝杆502呈竖直方向设置，丝杆502的第一端连接于第二基准板205的下底面，第二端连接于调平板300的上顶面，轴体座505上具有连接螺母，连接螺母与轴体座505固定连接，连接螺母与丝杆502之间通螺纹连接；第三电机503固定于第二基准板205上，第三电机503的输出轴通过减速机与丝杆502的顶部传动连接，在第三电机503的驱动下，丝杆502可绕轴转动。

滑移组件504，如图10所示，滑移组件504设置于轴体座505与第二机架204之间，第三电机503驱动丝杆502转动，使得轴体座505可通过滑移组件504在第二机架204上发生滑移，滑移方向为丝杆502的设置方向，即为竖直方向；具体的，滑移组件504包括滑轨5041和滑块5042，滑轨5041固定连接于第二机架204上，滑轨5041的方向与丝杆502方向相同，滑块5042固定连接于轴体座505上，滑块5042与滑轨5041滑移配合，在第三电机503和丝杆502的驱动下，使得轴体座505沿丝杆502所在方向进行上升或下降，从而带动轴主体501实现上升或下降。在一个实施例中，滑轨5041具有两个，两个滑轨5041平行的固定于第二机架204上，在每个滑轨5041的顶部和底部均固定连接有限位块，限位块用于对滑块5042进行限位，防止滑块5042从滑轨5041上脱离。轴主体501的底部通过一籽晶牵引晶棒，在需要提升晶棒的情况下，电机工作带动丝杆502旋转，丝杆502与连接螺母之间通过螺纹连接，晶棒被逐渐提升直至达到副炉腔内；若在拉晶之前，轴主体501需要下降，第三电机503驱动丝杆502反转，使得连接螺母能够沿丝杆502下降，从而带动轴体座505下降直至轴主体501进入到主炉腔内。

密封组件，在轴主体501和调平板300之间设置有密封组件，密封组件用减小热量从轴主体501和调平板300之间的间隙中上涌。如图13所示，密封组件包括密封套管701和密封圈702，密封套管701套设于轴主体501的外部，密封套管701的外侧壁与调平板300连接，具体地讲，密封套管701与轴主体501呈共轴设置，且密封套管701的内壁与轴主体501的外壁不接触，防止轴主体501的外壁被刮伤和磨损，密封套管701的外壁通过第二轴承座801固定连接于调平板300上；密封圈702位于密封套管701和轴主体501之间，密封圈702可以采用橡胶密封圈702，密封圈702与密封套管701共轴设置，且嵌设于密封套管701的内壁上，密封圈702的内边缘与轴主体501的外壁相抵触，从而起到对轴主体501和密封套管701的间隙的密封效果。

旋转机构600，旋转机构600连接于机架200上，并且作用于轴主体501上，用于驱动轴主体501绕轴旋转，在拉晶过程中满足晶转要求，从而硅原料能够在籽晶上持续生长。如图13、14所示，旋转机构600包括第一轴承驱动组件和第二轴承驱动组件，第一轴承驱动组件作用于轴主体501，用于驱动轴主体501旋转，从而带动晶体旋转，以满足晶体生长的晶转要求；第二轴承驱动组件作用于密封套管701，用于驱动密封套管701与轴主体501同步旋转，减小密封圈702与轴主体501之间的相对速度差，从而减小对密封圈702的磨损。

第一轴承驱动组件，如图12所示，第一轴承驱动组件作用于轴主体501，用于驱动轴主体501旋转，从而带动晶体旋转，以满足晶体生长的晶转要求。第一轴承驱动组件包括第一轴承座601、第一轴承602、第一电机603、第一同步带604以及第一从动轮605，第一轴承座601的设置方向与轴主体501的方向相同，第一轴承座601上下贯穿，且穿设于轴体座505内，其中，第一轴承座601与轴体座505之间具有间隙，使得第一轴承座601的位置可以微调，从而实现轴主体501的对中调节。轴主体501位于第一轴承座601内，在第一轴承座601与轴主体501之间设置有第一轴承602，在一个实施例中，第一轴承602为角接触球轴承，第一轴承602的内圈与轴主体501的外壁固定连接，第一轴承602的外圈与第一轴承座601的内壁固定连接。第一电机603固定于轴体座505的下底面，第一电机603的输出轴与轴主体501相平行；第一从动轮605套设于轴主体501的外部，且与轴主体501共轴设置，第一从动轮605的内圈与轴主体501的外壁固定连接，第一同步带604传动连接于第一电机603的输出轴和第一从动轮605之间，使得第一电机603工作时通过第一从动轮605和第一同步带604带动轴主体501发生旋转。

进一步的，在第一轴承座601的侧边设置有第二顶块组件900，第二顶块组件900用于第一轴承座601位置的微调，从而对轴主体501进行对中调节。如图15所示，进一步的，在第一轴承座601的顶部具有台阶，且台阶延伸至轴体座505的上表面，在台阶与轴体座505的上表面之间设置有第二顶块组件900，第二顶块组件900具有多个，且均为分布于第一轴承座601的相对的两侧上，其中，第二顶块组件900排布方向和第一顶块组件400排布方向相同，在通过第一顶块组件400调节之后，通过第二驱动在同一方向上对第一轴承座601进行细微调节，进一步的提高轴主体501的对中效果。在一个实施例中，第二顶块组件900具有4个，两个为一组均匀分布在第一轴承座601的相对的侧面，其中，第二顶块组件900的布置方向包括沿调平板300长度方向和沿调平板300宽度方向。每个第二顶块组件900包括第二顶块901和第二顶块座902，顶块座固定于轴体座505上，第二顶块901可调式的连接于第二顶块座902上，具体的，第二顶块901可以采用螺栓，螺栓呈平行于轴体座505的顶面布置，且螺栓通过螺纹连接于第二顶块座902上，通过旋转螺栓使得螺栓与第一轴承座601的侧边抵触或分离，在螺栓与第一轴承座601相抵触时，能够对第一轴承座601进行位置微调，起到对轴主体501和副炉腔、主炉腔进行对中调节的效果，同时提高轴主体501垂直于水平面的精度。第二顶块组件900和第一顶块组件400相配合，第一顶块组件400的排布方向与第二顶块组件900的排布方向相同，在经过第一顶块组件400对调平板300位置调节之后，从而对轴主体501进行对中调节；在同一调节方向上，修正第一顶块组件400过度调节或调节不足，通过第二顶块组件900对第一轴承座601进行位置微调，进一步实现对轴主体501对中调节。

第二轴承驱动组件，如图14所示，第二轴承驱动组件作用于密封套管701，用于驱动密封套管701与轴主体501同步旋转，减小密封圈702与轴主体501之间的相对速度差，从而减小对密封圈702的磨损。第二轴承驱动组件包括第二轴承座801、第二轴承802、第二电机803、第二同步带804以及第二从动轮805，第二轴承座801的是设置方向与轴主体501的方向相同，第二轴承座801上下贯穿，且穿设于调平板300内。密封套管701套设于轴主体501的外部，密封套管701位于第二轴承座801内，在第二轴承座801与密封套管701之间设置第二轴承802，在一个实施例中，第二轴承802为角接触球轴承，第二轴承802的内圈与密封套管701的外壁固定连接，第二轴承802的外圈与第二轴承座801的内壁固定连接。第二电机803固定于调平板300的上表面上，第二电机803的输出轴与轴主体501相平行；第二从动轮805套设于轴主体501的外部，且与轴主体501共轴设置，第二从动轮805的内圈与密封套管701的外壁固定连接，第二同步带804传动连接于第二电机803的输出轴和第二从动轮805之间，使得第二电机803工作时通过第二从动轮805和第二同步带804带动密封套管701发生旋转。在第一电机603驱动轴主体501转动的同时，第二电机803也进行对密封套管701的驱动，轴主体501与密封套管701的旋转方向相同，且转速相同，防止密封圈702与轴主体501之间产生转速差而造成密封圈702磨损，从而降低密封圈702的密封效果，也起到延长密封圈702使用寿命的效果。

进一步的，第一从动轮605与第二从动轮805可由同一驱动源带动。在一个实施例中，第一从动轮605通过第一同步带604与第一电机603传动连接，使得第一电机603工作时，轴主体501被带动旋转；在第一电机603的输出轴上连接转轴，转轴与第一电机603的输出轴同向，在转轴上传动连接第二同步带804，通过转轴和第二同步带804带动密封套管701旋转，即密封套管701和轴主体501均有第一电机603驱动，进一步满足轴主体501和密封套管701同步旋转，减小轴主体501和密封套管701之间的速度差，进一步防止密封圈702与轴主体501之间产生转速差而造成密封圈702磨损

进一步的，在第二轴承802下设置环形盖板，环形盖板用于减小单晶炉热量从第二轴承座801和密封套管701之间上涌。环形盖板位于密封套管701与第二轴承座801之间，且环形盖板的外边缘与第二轴承座801固定连接，在密封套管701与环形盖板之间设置环形密封件；进一步的，在第二轴承座801与调平板300之间也设置环形密封件。

工作原理/步骤：

本申请中利用轴主体501代替现有技术中的软性钨合金缆绳进行拉晶，在旋转机构600满足晶转要求下，提升机构500逐渐提升轴主体501，在轴主体501的底端的籽晶上长晶并形成晶棒。轴主体501安装于第二机架204上，通过调节调平板300来调节轴主体501的竖直状态，同时利用第一顶块组件400和第二顶块组件900对轴主体501进行对中调节。

首先通过调平组件301对调平板300进行调平。调节螺钉在转动时，第二调节块3014在调节槽中滑移，若第二调节块3014向左移动，第一调节块3013和第二调节块3014之间相对滑动，使得第一调节块3013下降；反之，若第二调节块3014向右移动，第一调节块3013上升；从而通过调平板300四角上的调平组件301实现调平板300的调平。在调平板300的相对的两个侧边上，调节每个第一顶块402在对应第一顶块座401上的位置，第一顶块402与调平板300的侧边相抵触，调平板300整体向一个方向偏移，使得调平板300的位置在水平方向上实现调节，从而带动主轴的位置以实现主轴对中。在经过第一顶块组件400的调节之后，第二顶块组件900作用于第一轴承座601的侧边，调节第一轴承座601位置以进一步实现主轴对中，从而保持主轴位于单晶炉本体100的中轴线的位置上。

在轴主体501的底部连接籽晶之后，通过提升机构500和旋转机构600驱动轴主体501。第三电机503驱动丝杆502旋转，丝杆502与轴体座505上的连接螺母螺纹配合，在滑移组件504的导向作用下，轴体座505和轴主体501一同在沿丝杆502方向下降，直至籽晶浸没于熔融的硅原料中；此时第一电机603工作，第一电机603通过第一同步带604传动轴主体501，使得轴主体501发生旋转，在满足晶转要求下，熔融的硅原料在籽晶上开始生长，同时第三电机503反转，开始对轴主体501进行提升。在轴主体501旋转的同时，第二电机803同步工作，第二电机803驱动密封套管701旋转，且第二电机803转动方向、转速均与第一电机603相同，以减小密封圈702和轴主体501之间的相对速度差。

晶体生长结束后，提升机构500驱动晶棒达到副炉室101中，打开副炉室101的门板103取出晶棒。

技术效果：

1、本申请中利用轴主体501代替现有技术中的软性钨合金缆绳进行拉晶，在旋转机构600满足晶转要求下，提升机构500逐渐提升轴主体501，在轴主体501的底端的籽晶上形成晶体，由于轴主体501为硬性质地，在晶体旋转过程中不会发生晃动，从而提高拉晶品质，解决了现有技术中拉晶时晶棒晃动较大的技术问题；达到减小晶棒晃动的技术效果。

2、在单晶炉本体100的外部设置了用于固定旋转机构600和提升机构500的机架200，机架200包括第一机架201和第二机架204，第一机架201的顶部具有水平的第一基准板202，以第一基准板202为基准调节第二机架204的位置，减小累积误差，有利于主轴保持竖直状态。

3、第一顶块组件400设置于调平板300的侧边，且作用于调平板300，用于调节调平板300的位置，从而对轴主体501进行对中调节，使得轴主体501能够位于单晶炉本体100的中心位置，减小晶体与单晶炉本体100内壁碰撞的可能，同时提高晶体周围空间和热量的均匀性，从而提高拉晶品质。

4、第二顶块组件900设置于第一轴承座601的侧边且作用于第一轴承座601，用于轴承座位置的微调，从而对轴主体501实现对中调节；进一步的，在第二顶块组件900的布置方向和第一顶块组件400的布置方向相同，在通过第一顶块组件400调节之后，通过第二驱动在同一方向上对第一轴承座601进行细微调节，进一步的提高轴主体501的对中效果。

5、密封组件设置于轴主体501与调节板之间，减小单晶炉本体100内部的热量；同时，通过在第二电机803的驱动下，密封套管701和密封件随轴主体501一起旋转，使得密封圈702与轴主体501之间减小相对速度，从而减小密封圈702的磨损。

6、密封组件还可以通过第一电机603驱动旋转，第一电机603同时驱动密封组件和轴主体501，使得密封组件与轴主体501之间同步旋转，确保密封圈702与轴主体501之间不存在相对速度，进一步减小密封圈702的磨损。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种硬轴单晶炉的拉晶装置，应用于单晶炉本体中，单晶炉本体的外侧设置有机架，所述拉晶装置连接于所述机架上，其特征在于，所述拉晶装置包括：

轴主体，所述轴主体呈硬性质地，所述轴主体位于所述单晶炉本体的内部，且与所述单晶炉本体呈共轴设置，所述轴主体连接于所述机架上，所述轴主体具有竖直方向移动的自由度和绕轴旋转的自由度；

提升机构，所述提升机构连接于所述机架上，并且作用于所述轴主体上，用于驱动所述轴主体上升或下降；

旋转机构，所述旋转机构连接于所述机架上，并且作用于所述轴主体上，用于驱动所述轴主体绕轴旋转；

其中，所述机架包括：

第一机架，所述第一机架位于所述单晶炉本体的外围，所述第一机架的顶部具有第一基准板，所述第一基准板呈水平设置；

第二机架，所述第二机架位于所述单晶炉本体的上方，且所述第二机架固定连接于所述第一基准板上；其中，所述提升机构与所述旋转机构连接于所述第二机架上；

所述第一机架与所述第二机架之间设置有调平机构，所述调平机构用于调节所述第二机架和所述轴主体位置，所述调平机构包括：

调平板，所述调平板位于所述第一机架和所述第二机架之间，所述调平板固定连接于所述第二机架的底部，且与所述第一基准板可调式连接；

调平组件，所述调平组件位于所述调平板与所述第一基准板之间，所述调平组件具有多个，每个所述调平组件作用于所述调平板的底面，每个所述调平组件包括：

调节杆，所述调节杆的第一端固定连接于所述调平板的底面，且所述调节杆的第二端插设于第一基准板上；

第一调节块，所述第一调节块连接于所述调节杆或所述调平板上，所述第一调节块具有第一调节面，所述第一调节面倾斜朝下；

第二调节块，所述第二调节块位于所述第一调节块与所述第一基准板之间，所述第二调节块具有第二调节面，所述第二调节面倾斜朝上，所述第一调节面与所述第二调节面相贴合；以及

调节驱动件，所述调节驱动件连接并作用于所述第二调节块，用于驱动所述第二调节块移动并对所述第二调节块进行限位，使得所述第二调节面与所述第一调节面之间相对移动，从而驱动所述调平板的局部发生上升或下降；

所述轴主体和所述调平板之间设置有密封组件，所述密封组件包括：

密封套管，所述密封套管套设于所述轴主体外，且所述密封套管连接于所述调平板上；

密封圈，所述密封圈位于所述密封套管与所述轴主体之间，所述密封圈与所述密封套管固定连接，且与所述轴主体的外壁相抵触。

2.根据权利要求1所述的一种硬轴单晶炉的拉晶装置，其特征在于，所述提升机构包括：

轴体座，所述轴体座与所述轴主体连接，且所述轴体座滑移连接于所述第二机架上，所述轴体座的移动方向为竖直方向；

提升驱动组件，所述提升驱动组件连接于所述第二机架上且作用于所述轴体座上，用于驱动所述轴体座在竖直方向上移动。

3.根据权利要求2所述的一种硬轴单晶炉的拉晶装置，其特征在于，旋转机构包括第一轴承驱动组件，所述第一轴承驱动组件用于驱动所述轴主体绕轴旋转，所述第一轴承驱动组件包括：

第一轴承座，所述第一轴承座套设于所述轴主体外，且所述第一轴承座连接于所述轴体座上；

第一轴承，第一轴承套设于所述轴主体的外部，所述第一轴承分别与所述轴主体和所述第一轴承座连接；以及

第一电机，所述第一电机的输出轴与所述轴主体之间传动连接，使得所述第一电机驱动所述轴主体绕轴旋转。

4.根据权利要求3所述的一种硬轴单晶炉的拉晶装置，其特征在于，所述调平板的侧边设置有第一顶块组件，所述第一顶块组件具有多个，所述第一顶块组件分布于所述调平板的相对的两侧，所述第一顶块组件包括：

第一顶块座，所述第一顶块座位于所述调平板的边侧，所述第一顶块座固定连接于所述第一基准板上；

第一顶块，所述第一顶块可调式的连接于所述第一顶块座上，所述第一顶块的一端可抵触于所述调平板的侧边。

5.根据权利要求4所述的一种硬轴单晶炉的拉晶装置，其特征在于，所述第一轴承座的侧边设置有第二顶块组件，所述第二顶块组件具有多组，所述第二顶块组件分布于所述第一轴承座的相对的两侧，每组所述第二顶块组件包括：

第二顶块座，所述第二顶块座位于所述第一轴承座的边侧，所述第二顶块座固定连接于所述轴体座上；

第二顶块，所述第二顶块可调式的连接于所述第二顶块座上，所述第二顶块的一端可抵触于所述第一轴承座的侧边；

其中，所述第一顶块组件的布置方向与所述第二顶块组件的布置方向相同。

6.根据权利要求5所述的一种硬轴单晶炉的拉晶装置，其特征在于，所述旋转机构还包括第二轴承驱动组件，所述第二轴承驱动组件用于驱动所述密封组件转动，所述第二轴承驱动组件包括：

第二轴承，第二轴承套设于所述密封套管外部，所述第二轴承分别与密封套管和调平板连接；

第二电机，所述第二电机的输出轴与所述密封套管之间传动连接，使得所述第二电机驱动所述密封套管旋转。

7.根据权利要求6所述的一种硬轴单晶炉的拉晶装置，其特征在于，所述密封套管与所述第一电机的输出轴之间传动连接，使得所述密封套管与所述轴主体之间同步旋转。

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