CN114438584A - 一种单晶炉多次加料系统及加料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶炉多次加料系统及加料方法，所述加料系统包括：移动式送料单元，所述移动式送料单元包括料罐，所述料罐上端设有抽气口和进气口，所述抽气口通过气动阀一与副泵连通，所述进气口与氩气气源连通；接料单元，所述接料单元用于缓冲接收移动式送料单元传送的硅料，并将硅料传送至单晶炉内，所述接料单元可拆卸固定于单晶炉的炉盖上；加料控制系统，所述加料控制系统单晶炉PLC控制系统通讯连接，用于监控单晶炉PLC控制系统的变量以及加料控制。本发明利用真空气力输送的原理，实现单晶炉生产过程中的多次加料，实现将单晶硅棒的长度最大化，可以节约大量成本。

Description

一种单晶炉多次加料系统及加料方法

技术领域

本发明涉及单晶炉技术领域，具体为一种单晶炉多次加料系统及加料方法。

背景技术

半导体产业的快速发展促使单晶炉的生产具有连续性，高效性，且需要节省拉晶生产的成本，在单晶炉第一次投料时，由于硅料呈固态颗粒状，在石英坩埚内成堆积状态，但是在经过高温熔化后，硅料变成液态，体积会比原来的固态的体积大幅缩小，石英坩埚的上部还会有很大的空间，这样会造成拉出的晶棒长度不够长。多次加料可以在硅料融化成液体后，继续增加硅料，使石英坩埚内的硅液尽量盛满，这样可以在充分利用石英坩埚的体积，一次拉出长的硅棒；因为石英坩埚的一次使用寿命是200小时左右，在使用寿命内，可以多次加料，尽可能的拉出多根晶棒。

现有的加料装置有如下的弊端:

1.机械设计复杂，故障率高，并且会占用单晶炉很大的空间，拆装都非常困难，而且需要在生产现场往料罐里加料,容易对硅料造成二次污染；

2.只能进行二次加料，不能进行多次的批量加料操作，加入的硅料的重量是有限制的；

3.硅料在加料过程容易造成石英加料管破裂，污染硅料。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种单晶炉多次加料系统及加料方法，以解决背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明的一个方面，提供一种单晶炉多次加料系统，包括

移动式送料单元，用于向单晶炉的主室提供硅料，所述移动式送料单元包括料罐，所述料罐上端设有抽气口和进气口，所述抽气口通过气动阀一与副泵连通，所述进气口通过氩气阀一与氩气气源连通；所述料罐的底部设有出料口，所述料罐的出料口处安装有下料阀；所述料罐的出料口通过出料管连通至接料单元，所述出料管靠近下料阀的一端通过氩气阀二与氩气气源连通；

接料单元，所述接料单元用于缓冲、接收移动式送料单元传送的硅料，并将硅料传送至主室内，所述接料单元可拆卸固定于主室的炉盖上；

加料控制系统，所述加料控制系统与单晶炉PLC控制系统通讯连接，用于加料控制以及监控单晶炉PLC控制系统的变量。

优选地，所述料罐上安装有真空计和激光料位计一，所述料罐抽气口上的管道通过快接插头二连接在原真空管上，所述氩气阀一与氩气气源之间安装有质量流量计。

优选地，所述出料管靠近下料阀的一端通过氩气阀二连通至氩气阀一和质量流量计之间的管路上。

优选地，所述接料单元包括重力分离仓和振动给料机和下料箱，所述下料箱通过法兰固定在主室的炉盖上，所述下料箱上端的进料口通过真空管与原真空管可拆卸连接，所述真空管上安装有进料阀、过滤器二和气动阀二，所述出料管远离下料阀的一端通过快接插头四连通至进料阀和过滤器二之间的真空管上。

优选地，所述下料箱内从上到下设置有所述重力分离仓和所述振动给料机，所述重力分离仓的进料口一位于下料箱进料口的正下方，所述下料箱在所述重力分离仓的上方安装有激光料位计二，所述重力分离仓底部的出料口一与振动给料机相连通，所述振动给料机的出料口与主室炉盖上的进料口相连通。

优选地，所述抽气口与气动阀一之间设有过滤器一。

优选地，所述振动给料机采用变频振动给料机；

所述料罐放置于小车上。

优选地，还包括触摸屏，所述触摸屏与加料控制系统通讯连接，用于人机交互。

优选地，所述加料控制系统，包括

模拟量输入单元，所述模拟量输入单元与真空计、激光料位计一和激光料位计二连接，用于读取真空计的数值、激光料位计一、激光料位计二的料位信息并将这些信息在触摸屏上显示；

数字量输入单元，用于给该加料控制系统指令，所述数字量输入单元连接操作按钮；

模拟量输出单元，所述模拟量输出单元与质量流量计、下料阀和振动给料机电性连接，模拟量输出单元用于调整质量流量计的流量、调整下料阀的开度和调整振动给料机的频率；

数字量输出单元，数字量输出单元用于输出开关信号来控制系统中执行元件的启停。

优选地，所述振动给料机包括振动电机、转换器、连接支架、给料仓、下料仓和传动轴，所述振动电机位于下料箱下部外侧，所述振动电机通过传动轴与转换器连接，所述转换器与连接支架连接，所述连接支架的上端固定连接给料仓，所述重力分离仓底部的出料口一伸入至给料仓中，所述转换器用于将传动轴的旋转运动转换成连接支架的直线往复运动。

本发明的一个方面，提供了一种单晶炉多次加料的方法，包括如下步骤：

S1.在加料车间将硅料称好后加入到移动式送料单元的料罐中；通过小车将料罐送到主室旁边；

S2.将真空管通过快接插头三、料罐抽气口上的管路通过快接插头二分别与原真空管连通，出料管通过快接插头四连接至真空管上，料罐的进气管通过快接插头一与氩气气源连通；

S3.启动辅泵，接着打开气动阀一和气动阀二，对料罐、真空管和下料管进行抽真空，把料罐和管道内的空气都抽空，当料罐上的真空计达到和主室炉内压力时，关闭气动阀一和气动阀二，关闭辅泵；

S4.启动送料，开启振动给料机，打开氩气阀一，通入氩气后，料罐内的压力大于炉内压力，待料罐内的压力达到设定值，再打开氩气阀二和料罐底部的下料阀；由于存在压差，硅料会在压差的作用下顺着氩气流移动进入接料单元，硅料直接进入重力分离仓，而氩气则直接由主泵抽走；

S5.重力分离仓内的硅料经过其底部的出料口一进入振动给料机，硅料在振动给料机的作用下，落入主室内的石英坩埚内；

S6.当料罐上的激光料位计一检测到罐内无料时，经过时间延迟后停止输送；

当激光料位计二检测到重力分离仓内料满时，暂停输送，当重力分离仓内料空的时候，继续进行输送；

或者当达到设定加料时间，停止输送，关闭料罐底部的下料阀以及氩气阀一和氩气阀二；

S7.若要启动下一次循环，则返回至步骤S，若不进行下一次循环，则待延时时间到后，停止振动给料机，停止向主室内加料，即加料完成。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明对单晶炉进行多次加料的方法，通过先对料罐和管道抽真空，使得料罐与单晶炉炉内压力相同，然后通入氩气，使得料罐内的压力大于炉内压力，由于存在压差，硅料会在压差的作用下顺着氩气流移动，先在接料单元的重力分离仓进行缓冲，再通过振动给料机进入单晶炉的坩埚中。本发明采用真空气力输送的原理，进行单晶炉生产过程中的多次加料，使用了加料罐、质量流量计、重力分离仓、振动给料机等，可以对硅料的输送速度和加料速度进行控制，满足工艺要求。

(2)本发明单晶炉多次加料系统的设置，可以在石英坩埚寿命周期内，尽可能的多次加料，实现将单晶硅棒的长度最大化，可以节约大量成本，具有非常可观的经济价值。

(3)本发明利用了单晶炉本身已有的氩气系统，不需要另外增加气源，解决了传统的二次加料系统的硅料转运过程中容易污染，加料系统设计复杂，体积庞大，加料罐安装困难，故障率高，且发生故障难解决的问题，本发明单晶炉多次加料系统具有能耗低，加料效率高的特点。

(4)本发明的移动式送料单元不仅可以给单台单晶炉多次加料，也可重复给多台单晶炉使用，加料速度可控，是一种适用于大规模批量生产的单晶炉多次加料系统。

(5)本发明中在接料单元中设置了重力分离仓，可以避免硅料的速度移动太快，直接进入单晶炉炉室，造成硅液飞溅的问题，利用重力分离仓进行缓冲，安全系数高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种单晶炉多次加料系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例中移动式送料单元的结构示意图；

图3为本发明一个实施例中接料单元示意图；

图4为本发明一个实施例中加料控制系统示意图；

图5为本发明一个实施例提供的一种单晶炉多次加料系统加料控流程图；

图6为本发明另一个实施例中接料单元的局部示意图；

图7为本发明另一个实施例中振动给料机的结构示意图；

图8为本发明另一个实施例中转换器的结构示意图。

附图标记说明：

移动式送料单元10，质量流量计11，氩气阀一12，真空计13，激光料位计一14，气动阀一15，下料阀16，氩气阀二17，料罐18，出料管181，快接插头四182，快接插头一19；

接料单元20，气动阀二21，进料阀22，重力分离仓23，进料口一231，出料口一232，激光料位计二24，振动给料机25，下料箱26，箱盖261，真空管27，安装板271，料仓支撑板28，支撑杆281，支撑板282；

振动电机251、转换器252、连接支架253、给料仓254、入料口2541、防尘罩2542、下料仓255、传动轴256、安装架257、支撑架258、锥形齿轮一 81、曲轴82、连杆83、滑块84、直筒85、底座88、弹簧片87、锥形齿轮二 86；

主室30、法兰31；

副室40、气动阀三41；

副泵50，原真空管51，快接插头二52，快接插头三53；

主泵60；

加料控制系统70，模拟量输入单元71、数字量输入单元72、模拟量输出单元73，数字量输出单元74。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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。

现有技术中，单晶炉结构如图1左半部分所示，包括主室30、炉盖(图中未标出)和副室40，所述副室40通过原真空管51与辅泵50连通，用于给副室40抽真空，所述原真空管51上安装有气动阀三41，所述炉盖上开设有进料口(图中未标出)，所述主室30与主泵60连通，用于给主室30抽真空。

实施例1：

如图1-3所示，本发明提供了一种单晶炉多次加料系统，包括

移动式送料单元10，用于向主室30提供硅料，所述移动式送料单元10 包括料罐18，所述料罐18放置于小车上，如此设置，使得料罐18不仅可以给单台主室30多次加料，也可重复给多台主室30使用；所述料罐18上安装有真空计13和激光料位计一14，所述真空计13用于检测料罐18的真空度，所述激光料位计一14用于检测料罐8内硅料的高度；

所述料罐18上端设有抽气口和进气口，所述抽气口通过过滤器一19和气动阀一15与副泵50连通，过滤器一19的设置，在辅泵50对料罐18进行抽真空时，防止细小硅料被抽出进入辅泵50；所述进气口通过氩气阀一12和质量流量计11与氩气气源连通；所述料罐18的底部设有出料口，所述料罐18 的出料口处安装有下料阀16，用于控制下料的开关；所述料罐18的出料口通过出料管181连通至接料单元20的重力分离仓23，所述出料管181靠近下料阀16的一端通过氩气阀二17连通至氩气阀一12和质量流量计11之间的管路上；

接料单元20，所述接料单元20用于缓冲并接收移动式送料单元10传送的硅料，并将硅料传送至主室30内；

所述接料单元20包括气动阀二21、进料阀22、重力分离仓23、激光料位计二24、振动给料机25、下料箱26，所述下料箱26通过法兰固定在主室30 的炉盖上，所述下料箱26内部压力与主室30炉压相同。所述下料箱26上端的进料口通过真空管27与原真空管51可拆卸连接，在本实施例中，真空管27 与原真空管51通过快接插头三53连接，所述真空管27上依次设有进料阀22、过滤器二29和气动阀二21，所述出料管181远离下料阀16的一端连通至进料阀22和过滤器二29之间的真空管27上；如此，打开气动阀二21，辅泵50 对出料管181进行抽真空；打开进料阀22和气动阀二21，辅泵50对出料管 181、下料箱26和重力分离仓23进行抽真空；打开气动阀一15，辅泵50对料罐18进行抽真空；

所述下料箱26内从上到下设置有重力分离仓23和振动给料机25，所述重力分离仓23的进料口一231位于下料箱26进料口的正下方，如此，硅料直接进入重力分离仓23，而氩气主要从重力分离仓23的外侧进入主室30被主泵 60抽走，所述下料箱26在所述重力分离仓23的上方安装有激光料位计二24，所述振动给料机25的进料口与所述重力分离仓23底部出料口连通，所述振动给料机25的出料口与主室30炉盖上的进料口相连通，所述振动给料机25采用变频振动给料机，如此，可以根据根据工艺的进料速度要求进行频率的调整。

可以理解的是，由于料罐18和主室30之间存在压差，硅料会在压差的作用下以3-5m/s的速度顺着氩气流移动，由于硅料的速度移动太快，不能直接进入主室30炉室，否则会造成硅液飞溅，所以在接料单元20设置了重力分离仓23进行缓冲，物料直接进入重力分离仓23，而氩气则直接由主泵60抽走；重力分离仓23下面是振动给料机25，硅料在振动给料机25的作用下，落入主室30内的石英坩埚内，振动给料机25可以根据工艺的进料速度要求进行频率的调整。

加料控制系统70，除了用于自身的加料控制，还和单晶炉PLC控制系统通讯连接，用于监控单晶炉PLC控制系统的变量(液位、炉压等)，及时了解单晶炉的状况，及时调整加料系统，所述加料控制系统70与触摸屏75通讯连接，如图4所示，所述加料控制系统70，包括

模拟量输入单元71，所述模拟量输入单元71与真空计13、激光料位计一 14和激光料位计二24连接，用于读取真空计13的数值、激光料位计一14、激光料位计二24的料位信息并将这些信息在触摸屏75上显示；

数字量输入单元72，用于给该加料控制系统70指令，所述数字量输入单元72连接操作按钮，例如手动、自动、加料开始和加料结束命令，其中自动命令指的是向主室30自动加料，手动命令是单独对执行元件(各种阀)进行控制；

模拟量输出单元73，所述模拟量输出单元73与质量流量计11、下料阀16 和振动给料机25电性连接，模拟量输出单元73用于按照工艺人员的要求调整质量流量计11的流量，以控制氩气的流速,还可以根据工艺要求，调整下料阀 16的开度，控制给料的速度，并且根据工艺要求调整振动给料机25的频率，控制下料的速度；

数字量输出单元74，数字量输出单元74与系统中电磁阀、报警器等连接，输出开关信号来控制系统中执行元件的启停，例如，控制系统启动、系统复位、报警器、氩气阀一12、氩气阀二17、气动阀一15、气动阀二21的启停。

触摸屏75，所述触摸屏75与加料控制系统70通讯连接，用于人机交互。

可以理解的是，加料控制系统70通过模拟量输入单元71读出激光料位计一14、激光料位计二24的料位信号并将这些值在触摸屏75上显示出来，当激光料位计一14低于设定阈值或激光料位计二24高于设定的阈值时，发出报警，并进入设定的流程。模拟量输出单元73可以按照工艺人员的要求调整质量流量计11的开度，以控制氩气的流速,还可以根据工艺要求，调整下料阀16的开度，控制给料的速度，并且根据工艺要求调整振动给料机25的频率，控制下料的速度；另外所有的氩气阀、气动阀都由PLC控制。触摸屏75可以进行加料系统的工艺参数的输入，并且会显示系统的状态和报警信息。

如图5所示，一种单晶炉多次加料的方法，包括如下步骤：

S1.在加料车间将硅料称好后加入到移动式送料单元10的料罐18中；通过小车将料罐18送到主室30旁边；

S2.将真空管27通过快接插头三53、料罐18抽气口上的管路通过快接插头二52分别与原真空管51连通，出料管181通过快接插头四182连接至真空管27上，料罐18的进气管通过快接插头一19与氩气气源连通；

S3.启动辅泵50，接着打开气动阀一15和气动阀二21，对料罐18、真空管27和下料管181进行抽真空，把料罐18和相应管道内的空气都抽空，当料罐18上的真空计13达到和主室30炉内压力时，例如40mbar，关闭气动阀一 15和气动阀二21，关闭辅泵50；

S4.启动送料，开启振动给料机25，打开氩气阀一12，通入氩气后，料罐 18内的压力大于炉内压力，待料罐18内的压力达到设定值，例如达到 0.2-0.5bar，再打开氩气阀二17和料罐18底部的下料阀16，通过设置质量流量计11来调整氩气的流量(0-200L/min)；由于存在压差，硅料会在压差的作用下以3-5m/s的速度顺着氩气流移动，由于硅料的速度移动太快，不能直接进入炉室，否则会造成硅液飞溅，所以在接料单元设置了重力分离仓23进行缓冲，物料直接进入重力分离仓23，而氩气则直接由主泵抽走；

S5.重力分离仓23内的硅料经过其底部的出料口一232进入振动给料机 25，硅料在振动给料机25的作用下，落入主室30内的石英坩埚内，振动给料机25可以根据工艺的进料速度要求进行频率的调整；

S6.当料罐18上的激光料位计一4检测到罐内无料时，经过时间延迟后停止输送；

当激光料位计二9检测到重力分离仓23内料满时，暂停输送，当重力分离仓23内料空的时候，继续进行输送；

或者当达到设定加料时间，停止输送，关闭料罐18底部的下料阀16以及氩气阀一12和氩气阀二17；

S7.若要启动下一次循环，则返回至则返回至步骤S4，若不进行下一次循环，则待延时时间到后，停止振动给料机25，停止向主室30内加料，即加料完成。

实施例2

本实施例与实施例1大体相同，区别点仅在于接料单元20的下料箱26内部结构不同，现详细介绍如下：

参照图6-8所示，所述下料箱26的底部通过法兰31固定在单晶炉主室的炉盖上，所述下料箱26的顶部可拆卸连接箱盖261，所述箱盖261上开设有进料口，真空管27通过箱盖上11的进料口伸入下料箱26内，所述真空管27的下端套设安装板271，所述真空管27通过螺栓穿过安装板271固定在箱盖261 上。

所述下料箱26内从上到下设置有重力分离仓23和振动给料机25，重力分离仓23用于缓冲送料机构内硅料的下料速度，所述重力分离仓23的进料口一 231位于真空管27的正下方，且进料口一231的孔径为真空管27外径的2-4 倍，如此设置，一是防止硅料撒到进料口一231的外侧，二是方便携带硅料的氩气在主泵60抽气时抽到重力分离仓23外，进而被单晶炉主泵60抽走，实现气料分离，所述重力分离仓23的底部呈孔径逐渐缩小的漏斗状，所述重力分离仓23通过水平设置的料仓支撑板28固定在下料箱26的侧壁上，进一步地，所述料仓支撑板28与重力分离仓23之间圆周设置多个支撑杆281，所述支撑杆281垂直于料仓支撑板28，重力分离仓23套接在料仓支撑板28上，料仓支撑板28起到支撑作用，同时通过设置多个支撑杆281，多点支撑，使得重力分离仓23更加稳固。所述重力分离仓23的底部设有出料口一232，所述出料口一232伸入至振动给料机25的给料仓254中，进一步地，所述出料口一232为斜口出料口，所述斜口出料口的开口朝向下料仓255一侧。

所述振动给料机25包括振动电机251、转换器252、连接支架253、给料仓254、下料仓255和传动轴256，所述振动电机251位于下料箱26下部外侧，所述振动电机251通过传动轴256与转换器252连接，所述转换器252与连接支架253连接，所述连接支架253的上端固定连接给料仓254，工作时，振动电机251带动传动轴256转动，转换器252用于将传动轴256的旋转运动转换成连接支架253的直线往复运动，连接支架253的直线的往复运动带动给料仓254进行直线往复运动，进而实现下料过程。

在本发明的一些实施例中，参照图2和图3所示，所述转换器252内设有曲轴连杆机构(图中未标出)，所述曲轴连杆机构包括锥形齿轮一81、曲轴82、连杆83和滑块84，所述传动轴256的一端伸入转换器252内，所述传动轴256的端部安装有锥形齿轮二86，所述曲轴82的端部安装有锥形齿轮一 81，所述锥形齿轮一81和锥形齿轮二86相啮合，所述曲轴82通过连杆83与滑块84连接，所述滑块84位于直筒85内，所述直筒85的内部空间形成滑块 84的直线运动通道，所述直筒85远离连杆83的一端与连接支架253相接触，所述转换器252底部靠近连接支架253的一侧向左延伸形成底座88，所述底座 88位于连接支架253的正下方，所述底座88和连接支架253之间通过弹簧片 87连接。

可以理解的是，当曲轴82转动至靠近直筒85一端时，滑块84对连接支架253产生推力，推动连接支架253向前运动，弹簧片87被拉伸，曲轴82继续转动，推力消失，弹簧片87收缩，带动连接支架253复位，给料仓254由于与连接支架253固定连接，给料仓254跟着连接支架253进行直线往复运动，同时其内的硅料随之向左运动至下料仓255下料。

在本发明的一些实施例中，所述振动电机251采用变频电机，如此，可以根据工艺的进料速度要求进行频率的调整，进而控制硅料的下料速度。

在本发明的一些实施例中，参照图6和图7所示，所述给料仓254的入料口2541和连接支架253位于给料仓254同一侧的上、下两端，所述入料口2541的孔径大于重力分离仓23的出料口一232的外径，如此，可以允许给料仓254相对出料口一232运动。进一步地，所述入料口2541在出料口一232 的外侧可拆卸连接防尘罩2542，所述防尘罩2542采用橡胶、乳胶或硅胶等软性材质。防尘罩2542的设置，可以防止在振动过程中，硅料从入料口2541振出，影响下料箱26内部环境，另外，由于防尘罩2542由于采用软性材质，在给料仓254振动的过程中不会对出料口一232产生损伤。

进一步地，所述给料仓254远离入料口2541的一端垂直向下一体连接下料仓255，所述下料仓255的下部伸入进料斗294中，进料斗294通过法兰31 与单晶炉主室的炉盖上的进料口连通，所述进料斗294的内径大于下料仓255 的外径，如此，进料斗294和下料仓255之间留有间隙，可以允许下料仓255 相对出料口一232运动。

在本发明的一些实施例中，参照图6所示，所述料仓支撑板28在重力分离仓23的两侧对称安装有支撑板282，两个所述支撑板282的底部垂直焊接在下料箱26的底部，用于对料仓支撑板28进行支撑。两个所述支撑板282 的下部水平固定支撑架258，所述转换器252通过底座88安装在支撑架258 上。更进一步地，所述下料仓255通过水平设置的安装架257固定在支撑板282 上。

工作原理：在负压条件下，氩气带动硅料通过下料管181、真空管27进入箱体1内，硅料直接进入重力分离仓23，由于进料斗294的外侧壁与的炉盖7 上的进料口之间留有缝隙，而氩气主要从重力分离仓2的外侧进入单晶炉主室7被主泵60抽走，硅料进入重力分离仓23，硅料的下料速度得以缓冲，同时实现了气料分离；

重力分离仓23下面是振动给料机26，硅料在振动给料机26的作用下，落入主室30内的石英坩埚内，振动给料机26可以根据工艺的进料速度要求进行频率的调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。

在本发明中，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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种单晶炉多次加料系统，其特征在于，包括

移动式送料单元(10)，用于向单晶炉的主室(30)提供硅料，所述移动式送料单元(10)包括料罐(18)，所述料罐(18)上端设有抽气口和进气口，所述抽气口通过气动阀一(15)与副泵(50)连通，所述进气口通过氩气阀一(12)与氩气气源连通；所述料罐(18)的底部设有出料口，所述料罐(18)的出料口处安装有下料阀(16)；所述料罐(18)的出料口通过出料管(181)连通至接料单元(20)，所述出料管(181)靠近下料阀(16)的一端通过氩气阀二(17)与氩气气源连通；

接料单元(20)，所述接料单元(20)用于缓冲、接收移动式送料单元(10)传送的硅料，并将硅料传送至主室(30)内，所述接料单元(20)可拆卸固定于主室(30)的炉盖上；

加料控制系统(70)，所述加料控制系统(70)与单晶炉PLC控制系统通讯连接，用于加料控制以及监控单晶炉PLC控制系统的变量。

2.如权利要求1所述的一种单晶炉多次加料系统，其特征在于，所述料罐(18)上安装有真空计(13)和激光料位计一(14)，所述料罐(18)抽气口上的管道通过快接插头二(52)连接在原真空管(51)上，所述氩气阀一(12)与氩气气源之间安装有质量流量计(11)。

3.如权利要求1所述的一种单晶炉多次加料系统，其特征在于，所述出料管(181)靠近下料阀(16)的一端通过氩气阀二(17)连通至氩气阀一(12)和质量流量计(11)之间的管路上。

4.如权利要求1所述的一种单晶炉多次加料系统，其特征在于，所述接料单元包括重力分离仓(23)和振动给料机(25)和下料箱(26)，所述下料箱(26)通过法兰(31)固定在主室(30)的炉盖上，所述下料箱(26)上端的进料口通过真空管(27)与原真空管(51)可拆卸连接，所述真空管(27)上依次安装有进料阀(22)、过滤器二(29)和气动阀二(21)，所述出料管(181)远离下料阀(16)的一端通过快接插头四(182)连通至进料阀(22)和过滤器二(29)之间的真空管(27)上。

5.如权利要求4所述的一种单晶炉多次加料系统，其特征在于，所述下料箱(26)内从上到下设置有所述重力分离仓(23)和所述振动给料机(25)，所述重力分离仓(23)的进料口一(231)位于下料箱(26)进料口的正下方，所述下料箱(26)在所述重力分离仓(23)的上方安装有激光料位计二(24)，所述重力分离仓(23)底部的出料口一(232)与振动给料机(25)相连通，所述振动给料机(25)的出料口与主室(30)炉盖上的进料口相连通。

6.如权利要求1任一项所述的一种单晶炉多次加料系统，其特征在于，所述抽气口与气动阀一(15)之间设有过滤器一(19)。

7.如权利要求5任一项所述的一种单晶炉多次加料系统，其特征在于，所述振动给料机(25)采用变频振动给料机；

所述料罐(18)放置于小车上；

所述单晶炉多次加料系统还包括触摸屏(75)，所述触摸屏(75)与加料控制系统(70)通讯连接，用于人机交互。

8.如权利要求1所述的一种单晶炉多次加料系统，其特征在于，所述加料控制系统(70)，包括

模拟量输入单元(71)，所述模拟量输入单元(71)与真空计(13)、激光料位计一(14)和激光料位计二(24)连接，用于读取真空计(13)的数值、激光料位计一(14)、激光料位计二(24)的料位信息并将这些信息在触摸屏(75)上显示；

数字量输入单元(72)，用于给该加料控制系统(70)指令，所述数字量输入单元(72)连接操作按钮；

模拟量输出单元(73)，所述模拟量输出单元(73)与质量流量计(11)、下料阀(16)和振动给料机(25)电性连接，模拟量输出单元(73)用于调整质量流量计(11)的流量、调整下料阀(16)的开度和调整振动给料机(25)的频率；

数字量输出单元(74)，数字量输出单元(74)用于输出开关信号来控制系统中执行元件的启停。

9.如权利要求4所述的一种单晶炉多次加料系统，其特征在于，所述振动给料机(25)包括振动电机(251)、转换器(252)、连接支架(253)、给料仓(254)、下料仓(255)和传动轴(256)，所述振动电机(251)位于下料箱(26)下部外侧，所述振动电机(251)通过传动轴(256)与转换器(252)连接，所述转换器(252)与连接支架(253)连接，所述连接支架(253)的上端固定连接给料仓(254)，所述重力分离仓(23)底部的出料口一(232)伸入至给料仓(254)中，所述转换器(252)用于将传动轴(256)的旋转运动转换成连接支架(253)的直线往复运动。

10.一种单晶炉多次加料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.在加料车间将硅料称好后，加入到移动式送料单元(10)的料罐(18)中；通过小车将料罐(18)送到单晶炉的主室(30)旁边；

S2.将真空管(27)通过快接插头三(53)、料罐(18)抽气口上的管路通过快接插头二(52)分别与原真空管(51)连通，出料管(181)通过快接插头四(182)连接至真空管(27)上，料罐(18)的进气管通过快接插头一(19)与氩气气源连通；

S3.启动辅泵(50)，接着打开气动阀一(15)和气动阀二(21)，对料罐(18)、真空管(27)和下料管(181)进行抽真空，把料罐(18)和管道内的空气都抽空，当料罐(18)上的真空计(13)达到和主室(30)炉内压力时，关闭气动阀一(15)和气动阀二(21)，关闭辅泵(50)；

S4.启动送料，开启振动给料机(25)，打开氩气阀一(12)，通入氩气后，料罐(18)内的压力大于炉内压力，待料罐(18)内的压力达到设定值，再打开氩气阀二(17)和料罐(18)底部的下料阀(16)；由于存在压差，硅料会在压差的作用下顺着氩气流移动进入接料单元，硅料直接进入重力分离仓(23)，而氩气则直接由主泵(60)抽走；

S5.重力分离仓(23)内的硅料经过其底部的出料口一(232)进入振动给料机(25)，硅料在振动给料机(25)的作用下，落入主室(30)内的石英坩埚内；

S6.当料罐(18)上的激光料位计一(4)检测到料罐(18)内无料时，经过时间延迟后停止输送；

当激光料位计二(9)检测到重力分离仓(23)内料满时，暂停输送，当重力分离仓(23)内料空的时候，继续进行输送；

或者当达到设定加料时间，停止输送，关闭料罐(18)底部的下料阀(16)以及氩气阀一(12)和氩气阀二(17)；

S7.若要启动下一次循环，则返回至步骤S4，若不进行下一次循环，则待延时时间到后，停止振动给料机(25)，停止向主室(30)内加料，即加料完成。

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