CN114574952B - 籽晶的提拉机构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种籽晶的提拉机构及其使用方法，所述提拉机构包括：籽晶夹，籽晶夹用于固定籽晶；软轴，软轴下端连接籽晶夹，软轴构造成能够牵引籽晶夹旋转和升降；限位组件，限位组件为一个或环绕籽晶夹分布的多个，每个限位组件位于籽晶夹的水平一侧，限位组件构造成能够升降和绕软轴的旋转轴线旋转；其中，限位组件包括限位件，限位件具有可切换的伸出位置和回缩位置，在伸出位置限位件与籽晶夹之间的距离为第一距离，在回缩位置限位件与籽晶夹之间的距离为第二距离，第二距离大于第一距离，限位组件能够在籽晶夹晃动时将限位件伸至伸出位置。本发明的提拉机构，能够快速稳定籽晶夹的晃动，减少对晶棒生长的影响。

Description

籽晶的提拉机构及其使用方法

技术领域

本发明涉及单晶生长技术领域，具体涉及一种籽晶的提拉机构及其使用方法。

背景技术

在直拉单晶制造法(CZ法)的单晶生长中，利用提拉机构和籽晶夹将籽晶浸渍于坩埚内所积存的原料熔汤中，并利用提拉机构将所浸渍的籽晶缓慢提拉，通过这种方式可以于籽晶的下方生长出单晶晶体。

相关技术中，提拉机构为软轴(如钼丝绳)，利用软轴的牵拉，可以实现籽晶夹的旋转和升降，以带动籽晶进行旋转和升降。但是，在旋转或升降过程中，容易出现籽晶的晃动，而且无法快速稳定，影响单晶的生长。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种籽晶的提拉机构，所述提拉机构在旋转和升降籽晶夹的过程中，能够快速稳定籽晶夹的晃动，减少对晶棒生长的影响。

本发明还旨在提出一种籽晶的提拉机构的使用方法。

根据本发明实施例的籽晶的提拉机构，包括：籽晶夹，所述籽晶夹用于固定籽晶；软轴，所述软轴下端连接所述籽晶夹，所述软轴构造成能够牵引所述籽晶夹旋转和升降；限位组件，所述限位组件为一个或环绕所述籽晶夹分布的多个，每个所述限位组件位于所述籽晶夹的水平一侧，所述限位组件构造成能够升降和绕所述软轴的旋转轴线旋转；其中，所述限位组件包括限位件，所述限位件具有可切换的伸出位置和回缩位置，在所述伸出位置所述限位件与所述籽晶夹之间的距离为第一距离，在所述回缩位置所述限位件与所述籽晶夹之间的距离为第二距离，所述第二距离大于所述第一距离，所述限位组件能够在所述籽晶夹晃动时将所述限位件伸至所述伸出位置。

根据本发明实施例的提拉机构，当软轴牵引籽晶夹旋转和升降时，限位组件可同时升降和绕软轴的旋转轴线旋转，使限位组件和籽晶夹保持相对静止。当籽晶夹未出现晃动或者晃动幅度较小而不影响结晶生长时，限位件处于回缩位置，限位件与籽晶夹之间保持第二距离，保持限位件与籽晶夹间隔开。当籽晶夹出现一定幅度的晃动时，限位件伸至伸出位置，限位件与籽晶夹之间处于第一距离，此时限位件与籽晶夹的外壁间距较小或限位件与籽晶夹的外壁相抵，在限位件的作用下，能够实现对籽晶夹晃动的快速稳定，减少对晶棒生长过程的影响。

在一些实施例中，所述籽晶的提拉结构还包括：硬轴，所述硬轴设置在所述籽晶夹的水平一侧或者套在所述籽晶夹的外侧，所述限位组件安装在所述硬轴上。所述硬轴构造成能够绕所述软轴的旋转轴线旋转，所述限位组件可升降地安装在所述硬轴上。

进一步地，所述硬轴套在所述籽晶夹的外侧，所述硬轴的内壁上设有竖向设置的升降槽，所述限位组件包括滑座，所述滑座可上下滑动地配合在所述升降槽内。

在一些实施例中，所述限位件为限位柱，所述限位组件还包括：推动件，所述推动件的输出轴与所述限位柱的一端相连，所述限位柱的另一端朝向所述籽晶夹设置。

在一些实施例中，所述限位件还具有与所述籽晶夹连接的固定位置，所述限位组件构造成在判定条件下，将所述限位件驱动至所述固定位置以与所述籽晶夹同步运动。

进一步地，所述籽晶夹包括：下夹体，所述下夹体用于固定所述籽晶；上夹体，所述上夹体可分离地连接在所述下夹体上，所述上夹体与所述软轴相连；离合结构，所述离合结构设置在所述上夹体和所述下夹体之间，所述离合结构在分离状态和结合状态之间可切换，在分离状态时所述下夹体和所述上夹体之间可分离，在结合状态时所述离合结构将所述下夹体和所述上夹体结合为一体；所述限位件在所述固定位置时，带动所述离合结构由所述结合状态切换至所述分离状态。

进一步地，所述离合结构包括：结合件，所述结合件可活动地设在所述上夹体上；结合槽，所述结合槽形成在所述下夹体上；所述离合结构处于所述结合状态时，所述结合件插入配合在所述结合槽的一端；所述离合结构处于所述分离状态时，所述结合件完全退出所述结合槽；所述限位件在所述固定位置时，所述限位件从所述结合槽的另一端伸至所述结合槽内以与所述下夹体结合，且将所述结合件推出所述结合槽。

进一步地，所述下夹体包括：竖向设置的夹体管段，所述结合槽沿径向形成在所述夹体管段上；所述上夹体包括：竖向设置的夹体柱段，所述夹体柱段配合在所述夹体管段内；其中，所述离合结构还包括弹性件、形成在所述夹体柱段内的安装槽，所述安装槽在所述夹体柱段的外周面上具有安装口，所述安装口正对所述结合槽的一端设置，所述结合件可活动地设置在所述安装槽内，所述弹性件位于所述安装槽内且连接所述结合件，所述弹性件用于驱动所述结合件沿径向外移以插入所述结合槽内。

具体地，所述结合件的径向外端表面为半球面。

在一些实施例中，所述上夹体还包括上遮盖，所述上遮盖遮挡在所述下夹体的上方，所述上遮盖的水平投影面积大于所述下夹体的水平投影面积；当所述提拉机构还包括圆管形的硬轴，所述硬轴套在所述籽晶夹、所述软轴的外侧，所述软轴位于所述硬轴的中心轴线上，所述上遮盖为圆形，且所述上遮盖的直径至少为所述硬轴内径的0.8倍。

在一些实施例中，所述籽晶的提拉机构还包括连接在所述软轴或者所述籽晶夹上的重力检测件，所述重力检测件用于检测所述籽晶夹的重量，当检测重量大于等于判定值时满足所述判定条件。

根据本发明实施例的籽晶的提拉机构的使用方法，采用上述提拉机构，所述提拉机构具有第一模式，在所述第一模式下：所述软轴牵引籽晶夹旋转和升降，限位组件与所述籽晶夹同步升降和同步旋转，所述限位组件旋转时绕所述软轴的旋转轴线旋转；当所述籽晶夹的晃动幅度在设定范围内时，所述限位组件将所述限位件保持在回缩位置；当所述籽晶夹的晃动幅度超出所述设定范围时，所述限位组件驱动所述限位件活动至伸出位置。

根据本发明实施例的籽晶的提拉机构的使用方法，当提位机构处于第一模式时，由软轴驱动籽晶夹运动。当软轴牵引籽晶夹旋转和升降时，限位组件可同时升降和绕软轴的旋转轴线旋转，使限位组件和籽晶夹保持相对静止。当籽晶夹未出现晃动或者晃动幅度较小而不影响结晶生长时，限位件处于回缩位置，限位件与籽晶夹之间保持第二距离，保持限位件与籽晶夹间隔开。当籽晶夹出现一定幅度的晃动时，限位件伸至伸出位置，限位件与籽晶夹之间处于第一距离，此时限位件与籽晶夹的外壁间距较小或限位件与籽晶夹的外壁相抵，在限位件的作用下，能够实现对籽晶夹晃动的快速稳定，减少对晶棒生长过程的影响。

进一步地，所述提拉机构具有第二模式，在所述第二模式下：所述限位件位于与所述籽晶夹连接的固定位置，所述限位组件带动所述籽晶夹同步升降和同步旋转。

具体地，当所述籽晶夹包括：下夹体，所述下夹体用于固定所述籽晶；上夹体，所述上夹体可分离地连接在所述下夹体上，所述上夹体与所述软轴相连；离合结构，所述离合结构设置在所述上夹体和所述下夹体之间，所述离合结构在分离状态和结合状态之间可切换，所述离合结构包括结合件和结合槽，所述结合件可活动地设在所述上夹体上，所述结合槽形成在所述下夹体上；所述离合结构处于所述结合状态时，所述结合件插入配合在所述结合槽的一端；所述离合结构处于所述分离状态时，所述结合件完全退出所述结合槽；且当所述提拉机构还包括硬轴，所述硬轴套在所述籽晶夹、所述软轴的外侧，所述提拉机构从所述第一模式向所述第二模式切换的步骤包括：

S1：控制所述限位组件绕所述软轴的旋转轴线旋转，使所述限位件与所述结合槽在周向上相对，并保持所述限位组件与所述籽晶夹的转速相同；且，控制所述限位组件沿所述软轴的旋转轴线移动，使所述限位件与所述结合槽在轴向上相对；

S2：驱动所述限位件朝向所述固定位置活动，使所述限位件从所述结合槽的另一端伸至所述结合槽内以与所述下夹体结合，且将所述结合件推出所述结合槽；

S3：向上收卷所述软轴，将所述上夹体从所述下夹体上分离下来，并将所述上遮盖移动至所述硬轴的顶部。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的提拉机构与籽晶的截面示意图；

图2是图1所示提拉机构在限位件由回缩位置向伸出位置切换的过程图；

图3是本发明另一个实施例的提拉机构与籽晶的截面示意图；

图4是图3所示提拉机构的使用过程图；

图5是图3所示提拉机构在限位件正对结合槽时的局部放大图；

图6是本发明又一个实施例的提拉机构与籽晶的截面示意图；

图7是图6所示实施例的提拉机构在软轴隐藏时的俯视图；

图8是图7实施例的提拉机构在上夹体隐藏时的俯视图；

图9是图8实施例的提拉机构在限位件位于固定位置时的俯视图；

图10是图6所示实施例的提拉机构在软轴收卷后的截面示意图。

附图标记：

提拉机构100、

籽晶夹10、

下夹体11、夹体管段111、夹体内环112、

上夹体12、夹体柱段121、上遮盖122、

离合结构13、

结合件131、半球面1315、

结合槽132、弹性件133、安装槽134、安装口1341、

软轴20、旋转轴线L1、

限位组件30、限位件31、滑座32、推动件33、输出轴337、第一距离a1、第二距离a2、

硬轴40、中心轴线L2、升降槽44、

籽晶200。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“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，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面参考图附图描述根据本发明实施例的籽晶的提拉机构。

下面参考附图描述根据本发明的籽晶的提拉机构100。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的籽晶的提拉机构100，包括：籽晶夹10、软轴20和限位组件30。

籽晶夹10用于固定籽晶200，以将籽晶200吊在熔汤中生成晶棒。软轴20下端连接籽晶夹10，软轴20构造成能够牵引籽晶夹10旋转和升降。

可以理解的是，在直拉单晶制造法的单晶生长中，在合适的温度下，当籽晶200吊在原料熔汤中，熔汤中的原子会顺着籽晶200的原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。通过软轴20牵引籽晶夹10上升，使籽晶200缓慢生长，持续结晶，生成晶棒。通过软轴20牵引籽晶夹10旋转，带动晶棒旋转，可以控制晶棒生长时的直径。

由于软轴20的刚性较小，在软轴20牵引籽晶夹10旋转和升降的过程中，籽晶夹10容易产生晃动，使晶棒下端与熔汤液面距离不稳，且晶棒生长直径变化，即影响了晶棒生长。为解决这一技术问题，本申请中提出提位机构100还包括限位组件30。

限位组件30为一个或环绕籽晶夹10分布的多个，每个限位组件30位于籽晶夹10的水平一侧，限位组件30构造成能够升降和绕软轴20的旋转轴线L1旋转。其中，限位组件30包括限位件31，限位件31具有可切换的伸出位置和回缩位置，在伸出位置限位件31与籽晶夹10之间的距离为第一距离a1，在回缩位置限位件31与籽晶夹10之间的距离为第二距离a2，第二距离a2大于第一距离a1，限位组件30能够在籽晶夹10晃动时将限位件31伸至伸出位置。

在本申请的提拉机构100中，当软轴20牵引籽晶夹10旋转和升降时，限位组件30可同时升降和绕软轴20的旋转轴线L1旋转，使限位组件30和籽晶夹10保持相对静止。当籽晶夹10未出现晃动，或者晃动幅度较小不影响生长时，参照图2所示，限位件31处于回缩位置，限位件31与籽晶夹10之间保持第二距离a2，保持限位件31与籽晶夹10间隔开。当籽晶夹10出现一定晃动时，参照图2所示，限位件31伸至伸出位置，限位件31与籽晶夹10之间处于第一距离a1，此时限位件31与籽晶夹10的外壁间距较小或限位件31与籽晶夹10的外壁相抵，在限位件31的作用下，能够约束籽晶夹10的晃动幅度，实现对籽晶夹10晃动的快速稳定，减少对晶棒生长过程的影响。

这里，第一距离a1可以为0，即限位件31在伸出位置时限位件31与籽晶夹10的外壁接触。第一距离a1也可以大于0，即限位件31在伸出位置时限位件31与籽晶夹10的外壁不接触。

在本申请的方案中，籽晶夹10可以整体为回转体形，籽晶夹10也可以仅竖向上某段为回转体形，限位组件30限位时与籽晶夹10的回转形面配合。限位组件30可以为一个，例如提拉机构100包括一个限位组件30，限位组件30包括一个限位件31，限位件30为环绕籽晶夹10设置的圆弧形。当籽晶夹10晃动达一定幅度时，限位件30移至伸出位置，限位件30挡在籽晶夹10的径向外侧，可以约束籽晶夹10的晃动幅度。限位组件30可以为多个，多个限位组件30的多个限位件31环绕籽晶夹10设置，当籽晶夹10晃动达一定幅度时，多个限位件30移至伸出位置，多个限位件30挡在籽晶夹10的径向外侧，也可以约束籽晶夹10的晃动幅度。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在一些实施例中，如图1、图2所示，提拉机构100还包括硬轴40。硬轴40设置在籽晶夹10的水平一侧或者套在籽晶夹10的外侧，限位组件30安装在硬轴40上。硬轴40的刚性较大，限位组件30安装在硬轴40上，使限位组件30不易产生水平方向的晃动，从而限位件31在伸出位置能够更好地对籽晶夹10的水平位置进行限定，更好的实现稳定籽晶夹10的作用。

采用硬轴40连接限位组件30，硬轴40竖向设置，可以减少占用面积，方面提拉机构100在整个设备的安装。

具体地，硬轴40构造成能够绕软轴20的旋转轴线L1旋转，限位组件30可升降地安装在硬轴40上。由此，限位组件30可与籽晶夹10实现同步升降，同时，硬轴40能够带动限位组件30旋转，在这样的设置下，硬轴40与软轴20都围绕旋转轴线L1旋转，也就是说，限位组件30和软轴20同时围绕转轴线L1旋转，限位组件30可与软轴20同步旋转，从而限位件31在伸出位置时能够将籽晶夹10的旋转轴线限定为软轴20的旋转轴线L1，有效地减少籽晶夹10的晃动。

这里，将限位组件30的旋转和移动的驱动结构分开，限位组件30需要升降时沿硬轴40升降，限位组件30需要旋转时由硬轴40旋转，两个运动的驱动源分开，可以简化驱动结构，提高对运动精度的控制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

进一步地，如图1和图2所示，硬轴40套在籽晶夹10的外侧，硬轴40的内壁上设有竖向设置的升降槽44，限位组件30包括滑座32，滑座32可上下滑动地配合在升降槽44内。由此，硬轴40本身结构刚度大，硬轴40在受力冲击时变形幅度小，可进一步提高限位组件30运动控制的准确性。

将硬轴40套在籽晶夹10的外侧，能够对籽晶夹10形成一定保护，防止硬轴40外侧的环境对籽晶夹10的稳定性和籽晶200产生影响，例如，防止硬轴40外侧气流使籽晶夹10产生晃动，又例如，防止硬轴40外侧气流带来杂质附着在籽晶200上，对籽晶200造成污染。

此外，在硬轴40上设有竖向的升降槽44与限位组件30配合，限位组件30通过滑座32配合在升降槽44内，升降槽44可对限位组件30在硬轴40周向上的位置进行限定，减少限位组件30的晃动，进一步提高限位件31在伸出位置对籽晶夹10的稳定效果。这里，控制限位组件30升降的方式不限于此，还可以在硬轴40上设置滑轨，限位组件30通过滑块配合在滑轨上。

在一些具体实施例中，硬轴40为圆管体，硬轴40套在籽晶夹10、软轴20的外侧，软轴20位于硬轴40的中心轴线L2上。将硬轴40设置为圆管体，在工艺上较为简单，且具有较好的结构强度。在这样的结构下，限位组件30围绕硬轴40的中心轴线L2旋转，而硬轴40的中心轴线L2与软轴20的旋转轴线L1重合，使限位组件30和软轴20可同步旋转，实现限位件31在伸出位置对籽晶夹10的稳定作用。

当然，在本方案中，硬轴40结构不限于圆管体，例如，硬轴40也可设置为方管体，此时，软轴20也可位于硬轴40的中心轴线L2上，多个限位组件30相对中心轴线L2呈中心对称设置在硬轴40内侧，也可实现限位组件30与软轴20的同轴同步旋转。

在一些实施例中，如图1-图5所示，限位件31为限位柱，限位组件30还包括：推动件33，推动件33的输出轴337与限位柱的一端相连，限位柱的另一端朝向籽晶夹10设置。推动件33可沿输出轴337方向控制限位柱朝向籽晶夹10伸缩，改变限位柱和籽晶夹10之间的距离，实现限位柱在伸出位置和回缩位置之间切换。

其中，对推动件33的设置不做限制，例如，推动件33可设置为液压缸，又例如，推动件33可设置为电机。

推动件33的设置，可使限位件31沿输出轴337的伸缩方向移动，控制方式较简单、准确。

在一些实施例中，如图3-图5所示，限位件31还具有与籽晶夹10连接的固定位置，限位组件30构造成在判定条件下，将限位件31驱动至固定位置以与籽晶夹10同步运动。由此，在判定条件下，限位件31能够与籽晶夹10在固定位置对应，两者保持相对静止，使限位件31与籽晶夹10能够在固定位置实现连接。

当软轴20不适合再提拉籽晶夹10时，达到判定条件，可以将限位件31切换至与籽晶夹10硬接触，让限位件31带动籽晶夹10升降和旋转，代替软轴20的作用。当限位组件30连接在硬轴40上时，籽晶夹10及籽晶200、晶棒的负荷，可以由软轴20切换至硬轴40，籽晶夹10的运动由软驱动切换至硬驱动。

本申请中，判定条件的设置可以根据实际需要确定。例如，当软轴20超过设定使用寿命时，可以将籽晶夹10由软轴20切换至硬轴40。又例如，当软轴20的负荷过大导致容易断裂或者使用寿命减短，可以将籽晶夹10由软轴20切换至硬轴40。

这样在软轴20不适合提拉时切换由限位件31提拉，从而提高了晶棒生长的安全性，降低晶棒掉落砸进熔汤的风险。

本申请中，判定条件可以由人工确定，也可以通过设备自动确定。例如当工人发现软轴20有断裂风险时由工人输出指令，将籽晶夹10由软轴20提拉切换成由硬轴40提拉。又例如，当测得晶棒达到设定长度，设备自动将籽晶夹10由软轴20提拉切换成由硬轴40提拉。

在一些具体实施例中，提拉机构100还包括连接在软轴20或者籽晶夹10上的重力检测件(图未示出)，重力检测件用于检测籽晶夹10的重量，当检测重量大于等于判定值时，满足判定条件。当满足判定条件时，限位组件30带动限位件31移动到固定位置，限位件31带动离合结构13切换至分离状态，使下夹体11从与上夹体12连接转换为与限位件31连接，通过限位件31承受籽晶夹10的重量，防止软轴20承受的重量超出负载能力而断裂，降低了晶棒等砸进熔汤风险。采用重力检测件检测，相对于其他方式，对于判定条件的判断更加准确，而且可以实现切换自动化。

这里，重力检测件设在软轴20上或者设在籽晶夹10上，都可以测量带籽晶200的籽晶夹10的重量。而籽晶200上会生成晶棒，随着晶棒的生长重量增加，因此重力检测件的测量结果会有变化。当超过判定值时，表明软轴20悬挂的重量过重，对软轴20造成断裂风险，此时切换可以降低风险。

在本申请中，当籽晶夹10由软轴20提拉，切换成由限位件31提拉后，软轴20可以继续保持连接在籽晶夹10上，也可以离开籽晶夹10。

在一些实施例中，如图3-图5所示，籽晶夹10包括下夹体11、上夹体12和离合结构13。下夹体11用于固定籽晶200。上夹体12可分离地连接在下夹体11上，上夹体12与软轴20相连。离合结构13设置在上夹体12和下夹体11之间，离合结构13在分离状态和结合状态之间可切换。

在结合状态时离合结构13将下夹体11和上夹体12结合为一体，此时软轴20连接上夹体12控制籽晶夹10的旋转与升降。限位件31在固定位置时，带动离合结构13由结合状态切换至分离状态。在分离状态时下夹体11和上夹体12之间可分离，此时上夹体12与软轴20连接，下夹体11与限位件31连接，通过限位组件30控制下夹体11的旋转和升降。

由此，下夹体11在提拉机构100中具有两种连接方式，当离合结构13处于结合状态时，下夹体11与上夹体12连接，同时软轴20连接在上夹体12上用于控制籽晶夹10的旋转与升降，此时软轴20直接连接控制籽晶夹10的方式较为方便，但软轴20能够承受的重量有限。当离合结构13处于分离状态时，下夹体11与限位件31连接，由于限位组件30连接在硬轴40上，硬轴40的结构强度高于软轴20，限位组件30在硬轴40上能够带动更大重量的下夹体11和籽晶200旋转与升降。

本申请方案的提拉机构100，在实际使用中，可根据软轴20的提拉重量控制籽晶夹10的连接方式，当籽晶200上所提的晶棒重量较小时，下夹体11与上夹体12连接，通过软轴20连接籽晶夹10，当晶棒重量的重量较大，达到软轴20承受重量的限制值时，限位组件30将限位件31驱动到固定位置，下夹体11通过限位件31与硬轴连接，离合结构13切换到分离状态，通过限位件31和硬轴40承受更大的重量，防止籽晶夹10的重量超过软轴20的承载能力。

需要说明的是，离合结构13和限位组件30的数量可对应设置为一个或多个，例如，在图3-图5的示例中，离合结构13和限位组件30均对应设置为四个，四个离合结构13在籽晶夹10的同高度上等间距设置，四个限位组件30也围绕籽晶夹10在同一高度等间距设置。在这样的设置下，离合结构13处于结合状态时，四个离合结构13受力均匀，能够使上夹体12和下夹体11的连接更为稳固，防止下夹体11与上夹体12脱离。离合结构13处于分离状态时，限位件31能够在固定位置与下夹体11连接，四个限位件31受力均匀，能够使下夹体11与限位件31的连接更为稳固。由此，在离合结构13处于两种状态时，下夹体11可分别与上夹体12和限位件31稳固连接，下夹体11不易脱落，保证提拉机构100使用的可靠性。

在本申请的方案中，离合结构13可以采用现有技术已知的离合结构方案，离合结构30可以通过电控自动切换，离合结构30也可以通过外部触发切换，例如通过限位件31的动作来自动切换。

在一些具体实施例中，如图3-图5所示，离合结构13包括：结合件131和结合槽132。结合件131可活动地设在上夹体12上。结合槽132形成在下夹体11上。离合结构13处于结合状态时，结合件131插入配合在结合槽132的一端；离合结构13处于分离状态时，结合件131完全退出结合槽132。限位件31在固定位置时，限位件31从结合槽132的另一端伸至结合槽132内以与下夹体11结合，且将结合件131推出结合槽132。

也就是说，离合结构13处于结合状态时，通过结合件131和结合槽132的配合，上夹体12能够卡接在下夹体11上，软轴20可控制籽晶夹10的旋转与升降。离合结构13处于分离状态时，限位件31在固定位置与结合槽132配合，限位件31将结合件131推出结合槽132，使上夹体12和下夹体11脱离，此时，软轴20与上夹体12连接并控制上夹体12的旋转和升降，限位件31与下夹体11连接并控制下夹体11的旋转与升降，两者互不影响，保证下夹体11旋转和升降的稳定性。

这里，离合结构13的切换通过限位件31动作来实现，减少了离合结构13的结构复杂性。这样离合结构13零件数量少、重量轻，而且离合结构13由于位于籽晶夹10上，降低了软轴20的提拉负担，降低了工作损耗。

在本申请的方案中，限位件31如何正对结合槽132并伸进结合槽132，可以采用检测件获取，例如设置霍尔传感器等方式来检测。

具体地，如图3和图6所示，下夹体11包括：竖向设置的夹体管段111，结合槽132沿径向形成在夹体管段111上。上夹体12包括：竖向设置的夹体柱段121，夹体柱段121配合在夹体管段111内。其中，离合结构13还包括弹性件133、形成在夹体柱段121内的安装槽134，安装槽134在夹体柱段121的外周面上具有安装口1341，安装口1341正对结合槽132的一端设置，结合件131可活动地设置在安装槽134内，弹性件133位于安装槽134内且连接结合件131，弹性件133用于驱动结合件131沿径向外移以插入结合槽132内。

可以理解的是，弹性件133在常态下驱动结合件131沿径向通过安装口1341伸出安装槽134，弹性件133在压缩状态下结合件131可完全位于安装槽134内。

在上夹体12和下夹体11连接时，夹体管段111和夹体柱段121配合，能够使上夹体12和下夹体11在水平方向上的位置固定，通过结合件131与结合槽132的配合，可实现上夹体12和下夹体11在竖直方向上的连接位置固定，此外，弹性件133驱动结合件131伸出安装口1341并插入结合槽132内，防止结合件131从结合槽132脱出，使上夹体12和下夹体11的连接更为稳固，从而上夹体12和下夹体11能够实现稳固的连接。

需要说明的是，在图1的示例中，下夹体11还包括夹体内环112，夹体内环112用于将籽晶200固定在下夹体11上。夹体内环112在向下的方向上内径逐渐减小，从而籽晶200可通过自身的重量稳固地挂在夹体内环112上，实现籽晶200在下夹体11上的连接。

在本申请方案中，对弹性件133的结构不做限制，例如，弹性件133可设置为弹簧。

具体地，结合件131的径向外端表面为半球面1315。半球面1315具有较好的结构强度，当限位件31推动结合件131时，结合件131受到的压力能够在半球面1315上分散，使结合件131不易变形，具有更好的耐用性。此外，将结合件131的径向外端设置为半球面1315，在夹体柱段121与夹体管段111配合时，结合件131可通过半球曲面直接被夹体柱段121上沿压入安装槽134内，方便上夹体12与下夹体11的连接。

在又一些实施例中，如图6-图10所示，上夹体12还包括上遮盖122，上遮盖122遮挡在下夹体11的上方，上遮盖122的水平投影面积大于下夹体11的水平投影面积。

需要说明的是，在晶棒生长的过程中，需要向硬轴40中充入惰性气体，以使晶棒生成环境充满惰性气体，降低环境中空气含量，减少杂质混入，提高晶棒的纯净度。本文中以氩气为例，氩气吹向籽晶200，可能会使籽晶200和下方晶棒降温。本申请中通过设置上遮盖122，上遮盖122能够对下夹体11和籽晶200形成一定遮挡，减少直吹籽晶200、晶棒的氩气量，减少籽晶200、晶棒的温度波动，从而有利于提高结晶形成的速度稳定性。

在一些具体实施例中，当提拉机构100还包括圆管形的硬轴40，硬轴40套在籽晶夹10、软轴20的外侧，软轴20位于硬轴40的中心轴线L2上时，上遮盖122可以为圆形，通过软轴20的提拉，上遮盖122与硬轴40同轴设置，这样上遮盖122对籽晶200的遮盖作用，在周向上较均匀。

具体地，上遮盖122的直径至少为硬轴40的内径的0.8倍。这样设置，可以保证上遮盖122的覆盖遮挡区域面积大，进一步减少惰性气体直吹晶棒的几率，从而保证晶棒生长的稳定性。

可选地，上遮盖122的直径小于硬轴40的内径，从而减少在软轴20提拉籽晶夹10时，上遮盖122与硬轴40之间的摩擦损失。当然，本申请方案不限于此，有的方案中上遮盖122的边缘为光滑面，甚至上遮盖为软性盖，此时上遮盖122的直径可以接近硬轴40的内径。

综上，本申请的这种籽晶的提拉机构100，当籽晶200出现晃动时，可以通过限位组件30的动作实现籽晶200的快速稳定，即快速停止晃动。当提拉重量较大时，可以将籽晶200从软轴20连接切换至到硬轴40连接，以保证提拉的可靠性。

下面参考图1-图10描述根据本发明实施例的籽晶的提拉机构100的使用方法。这里提拉机构100为上述实施例所述的籽晶的提拉机构100，这里对于提拉机构100的结构不作赘述。

如图1和图2所示，提拉机构100具有第一模式，在第一模式下：软轴20牵引籽晶夹10旋转和升降，限位组件30与籽晶夹10同步升降和同步旋转，限位组件30旋转时绕软轴20的旋转轴线L1旋转。当籽晶夹10的晃动幅度在设定范围内时，限位组件30将限位件31保持在回缩位置。当籽晶夹10的晃动幅度超出设定范围时，限位组件30驱动限位件31活动至伸出位置。

在这种模式下，当籽晶夹10的晃动幅度超出设定范围时，限位组件30可活动至伸出位置，实现对籽晶夹10的快速稳定。限位组件30与籽晶夹10同步升降和同步旋转，可保证限位组件30对籽晶夹10的稳定效果，籽晶夹10触碰到限位组件30时不会产生摩擦力使籽晶夹10的摇晃增大。

具体地，如图4和图5所示，提拉机构100具有第二模式，在第二模式下：限位件31位于与籽晶夹10连接的固定位置，限位组件30带动籽晶夹10同步升降和同步旋转。在这种模式下，限位组件30与籽晶夹10固定连接，籽晶夹10不会产生相对限位组件30的晃动，同时，限位组件30相对于软轴20能够承受更大的籽晶夹10重量。

这样，可以在软轴20不适合提拉时，将籽晶夹10由软轴20驱动，切换成由限位组件30带动提拉、旋转，降低了软轴20断裂风险，提高了晶棒生长的稳定性及可靠性。

具体地，如图9和图10所示，当籽晶夹10包括：下夹体11、上夹体12和离合结构13。下夹体11用于固定籽晶200。上夹体12可分离地连接在下夹体11上，上夹体12与软轴20相连。离合结构13，离合结构13设置在上夹体12和下夹体11之间，离合结构13在分离状态和结合状态之间可切换，离合结构13包括结合件131和结合槽132，结合件131可活动地设在上夹体12上，结合槽132形成在下夹体11上；离合结构13处于结合状态时，结合件131插入配合在结合槽132的一端；离合结构13处于分离状态时，结合件131完全退出结合槽132。

提拉机构100从第一模式向第二模式切换的步骤包括：

S1：控制限位组件30绕软轴20的旋转轴线L1旋转，使限位件31与结合槽132在周向上相对，并保持限位组件30与籽晶夹10的转速相同；且控制限位组件30沿软轴20的旋转轴线L1移动，使限位件31与结合槽132在轴向上相对。

在步骤S1里，驱动限位组件30与籽晶夹10的转速相同，驱动限位件31与结合槽132高度相等，可以先后进行，也可以同时进行，这里不作限制。

S2：驱动限位件31朝向固定位置活动，使限位件31从结合槽132的另一端伸至结合槽132内以与下夹体11结合，且将结合件131推出结合槽132。

S3：向上收卷软轴20，将上夹体12从下夹体11上分离下来，并将上夹体12移动至下夹体11上方，实现软轴20和籽晶200的完全分离。

在提拉机构100从第一模式向第二模式切换的步骤中，首先控制限位组件30绕软轴20的旋转轴线L1旋转，使限位件31与结合槽132在周向上相对，并保持限位组件30与籽晶夹10的转速相同，且控制限位组件30沿软轴20的旋转轴线L1移动，使限位件31与结合槽132在轴向上相对，保证限位件31能够与结合槽132配合。然后驱动限位件31朝向固定位置活动，使限位件31从结合槽132的另一端伸至结合槽132内以与下夹体11结合，且将结合件131推出结合槽132，实现下夹体11与限位件31的连接，同时使上夹体12可与下夹体11分离。最后向上收卷软轴20，将上夹体12从下夹体11上分离下来，并将上夹体12移动至下夹体11上方，实现软轴20和籽晶夹10的完全分离，此时软轴20和籽晶夹10完全分离，软轴20对籽晶夹10的旋转与升降不产生影响，通过硬轴40控制籽晶夹10的旋转与升降，能够承受更大的重量。

当提拉机构100还包括硬轴40，硬轴40套在籽晶夹10、软轴20的外侧，上夹体12还具有上遮盖122时，在步骤S3中，在上夹体12从下夹体11上分离下来后，可以将上遮盖122移动至硬轴40的顶部，实现对气体遮挡，降低对晶棒生长的影响。此时，仅利用硬轴40，可以实现籽晶夹10的旋转和升降

根据本发明实施例的籽晶200的提拉机构100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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 (13)

1.一种籽晶的提拉机构，其特征在于，包括：

籽晶夹(10)，所述籽晶夹(10)包括下夹体(11)、上夹体(12)和离合结构(13)，所述下夹体(11)用于固定籽晶(200)，所述上夹体(12)可分离地连接在所述下夹体(11)上，所述离合结构(13)设置在所述上夹体(12)和所述下夹体(11)之间，所述离合结构(13)在分离状态和结合状态之间可切换，在分离状态时所述下夹体(11)和所述上夹体(12)之间可分离，在结合状态时所述离合结构(13)将所述下夹体(11)和所述上夹体(12)结合为一体；

软轴(20)，所述软轴(20)下端连接所述上夹体(12)，所述软轴(20)构造成能够牵引所述籽晶夹(10)旋转和升降；

限位组件(30)，所述限位组件(30)为一个或环绕所述籽晶夹(10)分布的多个，每个所述限位组件(30)位于所述籽晶夹(10)的水平一侧，所述限位组件(30)构造成能够升降和绕所述软轴(20)的旋转轴线(L1)旋转；其中，

所述限位组件(30)包括限位件(31)，所述限位件(31)具有可切换的伸出位置和回缩位置，在所述伸出位置所述限位件(31)与所述籽晶夹(10)之间的距离为第一距离(a1)，在所述回缩位置所述限位件(31)与所述籽晶夹(10)之间的距离为第二距离(a2)，所述第二距离(a2)大于所述第一距离(a1)，所述限位组件(30)能够在所述籽晶夹(10)晃动时将所述限位件(31)伸至所述伸出位置，所述限位件(31)还具有与所述籽晶夹(10)连接的固定位置，所述限位组件(30)构造成在判定条件下，将所述限位件(31)驱动至所述固定位置以与所述籽晶夹(10)同步运动，

所述限位件(31)在所述固定位置时，带动所述离合结构(13)由所述结合状态切换至所述分离状态。

2.根据权利要求1所述的籽晶的提拉机构，其特征在于，还包括：硬轴(40)，所述硬轴(40)设置在所述籽晶夹(10)的水平一侧，所述限位组件(30)安装在所述硬轴(40)上；

所述硬轴(40)构造成能够绕所述软轴(20)的旋转轴线(L1)旋转，所述限位组件(30)可升降地安装在所述硬轴(40)上。

3.根据权利要求1所述的籽晶的提拉机构，其特征在于，还包括：硬轴(40)，所述硬轴(40)套在所述籽晶夹(10)的外侧，所述限位组件(30)安装在所述硬轴(40)上；

所述硬轴(40)构造成能够绕所述软轴(20)的旋转轴线(L1)旋转，所述限位组件(30)可升降地安装在所述硬轴(40)上。

4.根据权利要求3所述的籽晶的提拉机构，其特征在于，所述硬轴(40)的内壁上设有竖向设置的升降槽(44)，所述限位组件(30)包括滑座(32)，所述滑座(32)可上下滑动地配合在所述升降槽(44)内。

5.根据权利要求1所述的籽晶的提拉机构，其特征在于，所述限位件(31)为限位柱，所述限位组件(30)还包括：推动件(33)，所述推动件(33)的输出轴(337)与所述限位柱的一端相连，所述限位柱的另一端朝向所述籽晶夹(10)设置。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的籽晶的提拉机构，其特征在于，所述离合结构(13)包括：

结合件(131)，所述结合件(131)可活动地设在所述上夹体(12)上；

结合槽(132)，所述结合槽(132)形成在所述下夹体(11)上；

所述离合结构(13)处于所述结合状态时，所述结合件(131)插入配合在所述结合槽(132)的一端；所述离合结构(13)处于所述分离状态时，所述结合件(131)完全退出所述结合槽(132)；

所述限位件(31)在所述固定位置时，所述限位件(31)从所述结合槽(132)的另一端伸至所述结合槽(132)内以与所述下夹体(11)结合，且将所述结合件(131)推出所述结合槽(132)。

7.根据权利要求6所述的籽晶的提拉机构，其特征在于，

所述下夹体(11)包括：竖向设置的夹体管段(111)，所述结合槽(132)沿径向形成在所述夹体管段(111)上；

所述上夹体(12)包括：竖向设置的夹体柱段(121)，所述夹体柱段(121)配合在所述夹体管段(111)内；

其中，所述离合结构(13)还包括弹性件(133)、形成在所述夹体柱段(121)内的安装槽(134)，所述安装槽(134)在所述夹体柱段(121)的外周面上具有安装口(1341)，所述安装口(1341)正对所述结合槽(132)的一端设置，所述结合件(131)可活动地设置在所述安装槽(134)内，所述弹性件(133)位于所述安装槽(134)内且连接所述结合件(131)，所述弹性件(133)用于驱动所述结合件(131)沿径向外移以插入所述结合槽(132)内。

8.根据权利要求7所述的籽晶的提拉机构，其特征在于，所述结合件(131)的径向外端表面为半球面(1315)。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的籽晶的提拉机构，其特征在于，所述上夹体(12)还包括上遮盖(122)，所述上遮盖(122)遮挡在所述下夹体(11)的上方，所述上遮盖(122)的水平投影面积大于所述下夹体(11)的水平投影面积；

当所述提拉机构(100)还包括圆管形的硬轴(40)，所述硬轴(40)套在所述籽晶夹(10)、所述软轴(20)的外侧，所述软轴(20)位于所述硬轴(40)的中心轴线(L2)上，所述上遮盖(122)为圆形，且所述上遮盖(122)的直径至少为所述硬轴(40)的内径的0.8倍。

10.根据权利要求1所述的籽晶的提拉机构，其特征在于，还包括连接在所述软轴(20)或者所述籽晶夹(10)上的重力检测件，所述重力检测件用于检测所述籽晶夹(10)的重量，当检测重量大于等于判定值时满足所述判定条件。

11.一种籽晶的提拉机构的使用方法，其特征在于，采用根据权利要求1-10中任一项所述的籽晶的提拉机构(100)，所述提拉机构(100)具有第一模式，在所述第一模式下：

软轴(20)牵引籽晶夹(10)旋转和升降，限位组件(30)与籽晶夹(10)同步升降和同步旋转，所述限位组件(30)旋转时绕所述软轴(20)的旋转轴线(L1)旋转；

当所述籽晶夹(10)的晃动幅度在设定范围内时，所述限位组件(30)将限位件(31)保持在回缩位置；

当所述籽晶夹(10)的晃动幅度超出所述设定范围时，所述限位组件(30)驱动所述限位件(31)活动至伸出位置。

12.根据权利要求11所述的籽晶的提拉机构的使用方法，其特征在于，所述提拉机构(100)具有第二模式，在所述第二模式下：

所述限位件(31)位于与所述籽晶夹(10)连接的固定位置，所述限位组件(30)带动所述籽晶夹(10)同步升降和同步旋转。

13.根据权利要求12所述的籽晶的提拉机构的使用方法，其特征在于，

所述上夹体(12)具有上遮盖(122)；

所述离合结构(13)包括结合件(131)和结合槽(132)，所述结合件(131)可活动地设在所述上夹体(12)上，所述结合槽(132)形成在所述下夹体(11)上；所述离合结构(13)处于所述结合状态时，所述结合件(131)插入配合在所述结合槽(132)的一端；所述离合结构(13)处于所述分离状态时，所述结合件(131)完全退出所述结合槽(132)；

且当所述提拉机构(100)还包括硬轴(40)，所述硬轴(40)套在所述籽晶夹(10)、所述软轴(20)的外侧，

所述提拉机构(100)从所述第一模式向所述第二模式切换的步骤包括：

S1：控制所述限位组件(30)绕所述软轴(20)的旋转轴线(L1)旋转，使所述限位件(31)与所述结合槽(132)在周向上相对，并保持所述限位组件(30)与所述籽晶夹(10)的转速相同；且，

控制所述限位组件(30)沿所述软轴(20)的旋转轴线(L1)移动，使所述限位件(31)与所述结合槽(132)在轴向上相对；

S2：驱动所述限位件(31)朝向所述固定位置活动，使所述限位件(31)从所述结合槽(132)的另一端伸至所述结合槽(132)内以与所述下夹体(11)结合，且将所述结合件(131)推出所述结合槽(132)；

S3：向上收卷所述软轴(20)，将所述上夹体(12)从所述下夹体(11)上分离下来，并将所述上遮盖(122)移动至所述硬轴(40)的顶部。