CN114574964B - 一种拉晶炉p-n型转换过程中杂质元素的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉晶炉P‑N型转换过程中杂质元素的控制系统及方法，本发明涉及单晶硅制备技术领域。该拉晶炉P‑N型转换过程中杂质元素的控制系统及方法，通过除杂质组件的设置，当充气腔与液面保持齐平停止后，当连杆通过滑块以及滑槽的配合向下移动的同时、将对应的复位弹簧进行拉伸，当通过驱动气缸的运行，带动其端部固定安装的拉晶硅棒向上拉动的同时，液面会随着晶体的生长进行下降，同时若干个与液面接触的吸附棒会通过液面的下降以及复位弹簧的配合进行缓慢下降的同时、缓慢与液面进行分离，直至液面的杂质吸附至吸附棒的端部向下堆积，保证了杂质的吸附效果，提升了晶体的生长质量。

Description

一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及单晶硅制备技术领域，具体为一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统及方法。

背景技术

硅是最常见应用最广的半导体材料，当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成晶核，其晶核长成晶面取向相同的晶粒，形成单晶硅，类单晶相较于单晶硅的制造成本低、且相较于多晶硅的转换效率高，在太阳能产业成为颇受瞩目的新材料；目前类单晶的转换效率与单晶硅的转换效率相比仍有一段落差，所以还无法取代单晶硅普遍使用。

虽然多晶硅原料在熔融前会通过调制的酸制溶液、除杂溶液进行杂质的去除，但是当多晶硅原料熔融后，其内部的杂质通常会残留在液面，当硅棒向上拉动晶体生长时，其液面残留的杂质会混入生长的晶体内部或晶体表面，影响晶体的成型质量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统及方法，解决了内部杂质残留易影响晶体的生长质量的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统，包括炉体，所述炉体的顶面固定安装有顶盖，所述顶盖的顶面固定安装有限位柱，所述炉体的内部固定安装有底座、且通过底座固定安装有坩埚，所述坩埚的内部设置有晶体拉伸组件，所述坩埚的外侧固定安装有加热模块，所述炉体的内部一侧固定安装有换气管，所述顶盖的内部固定安装有换气罩、且换气罩的内部对称开设有若干个进气槽，所述坩埚的顶面设置有除杂质组件，所述除杂质组件包含有限位架，所述限位架固定安装在炉体的内部，所述限位架的内部转动安装有传动盘，所述传动盘的外侧设置有传动组件，所述传动盘的底部固定安装有若干个定位杆，若干个所述定位杆的内部均设置有滑动组件、且分别通过滑动组件滑动安装有吸附棒，所述滑动组件包含有外套杆，所述外套杆的端部固定安装有电磁铁、且通过电磁铁固定安装在对应的定位杆的内部，所述外套杆的内部开设有滑槽、且通过滑槽滑动安装有连杆，所述连杆的端部与对应的吸附棒的端部固定连接，所述外套杆的外侧固定套接有复位弹簧，若干个所述连杆的端部均固定安装有滑块，若干个所述连杆分别通过滑块以及滑槽的配合滑动安装在对应的定位杆的内部，若干个所述吸附棒分别通过顶面的滑动组件以及对应的定位杆之间的配合上下滑动安装在坩埚的顶面，若干个所述吸附棒的内部均开设有充气腔，所述晶体拉伸组件包含有驱动气缸，所述驱动气缸固定安装在限位柱的内部、且与炉体之间保持平行，所述驱动气缸的端部固定安装有拉晶硅棒。

优选的，若干个所述定位杆与对应的吸附棒以及连杆的圆心轴相同，若干个所述复位弹簧的两端分别固定连接至对应的定位杆内壁以及对应的吸附棒的端部。

优选的，若干个所述定位杆的端部均固定安装有定位凸轴、且分别通过若干个定位凸轴固定安装在传动盘的底部，若干个所述定位杆的安装位置相互对应。

优选的，若干个所述定位凸轴的内部均开设有螺纹孔，所述传动盘的内部固定安装有若干个定位栓，若干个所述定位栓分别与若干个定位凸轴相互对应、且固定连接。

优选的，所述传动组件包含有驱动电机，所述炉体的侧面中部固定安装有驱动箱，所述驱动电机固定安装在驱动箱内部，所述驱动电机的输出端固定套接有驱动齿轮，所述传动盘的圆周外侧固定安装有传动齿环，所述驱动齿轮与传动齿环之间相互啮合。

优选的，所述限位架的顶面两侧均固定安装有固定板、且固定板的内部两侧均开设有固定孔，所述限位架分别通过顶面固定安装的固定板、以及固定孔与螺栓的配合固定安装在炉体的内部。

本发明还公开了一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制方法，具体包括以下步骤：

S1、原料熔融：将原料统一放入坩埚的内部，通过处理器模块、温度监控模块控制加热模块运行对坩埚进行加热，直至原料达到一定的温度值熔融形成液态；

S2、晶体拉伸：当原料形成液态后，通过炉体内部的换气管外接风机、以及换气罩的配合，将炉体内部的气体进行输送、更换；直至温度降至结晶点，而后通过驱动气缸的运行，带动其端部固定安装的拉晶硅棒向上拉动，拉动的同时通过调节拉晶硅棒的拉动速度，使得生长的单晶硅直径进行改变，直至晶体的端部与液面脱离，完成晶体的生长周期；

S3、杂质吸附：当通过驱动气缸的运行，带动其端部固定安装的拉晶硅棒向上拉动的同时，通过处理器模块断开电磁铁，若干个所述吸附棒能够通过顶面固定安装的连杆以及自重向下移动，直至其端部与液面接触，当充气腔与液面保持齐平后停止，当连杆通过滑块以及滑槽的配合向下移动的同时、将对应的复位弹簧进行拉伸，当通过驱动气缸的运行，带动其端部固定安装的拉晶硅棒向上拉动的同时，液面会随着晶体的生长进行下降，同时若干个与液面接触的吸附棒，会通过液面的下降以及复位弹簧的配合进行缓慢下降的同时、缓慢与液面进行分离，直至液面的杂质吸附至吸附棒的端部向下堆积，当晶体生长周期完成后，通过电磁铁通电，使其带动连杆以及对应的吸附棒向上移动，将吸附棒以及吸附的杂质向上拉动，直至连杆复位后完成吸附周期。

有益效果

本发明提供了一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统及方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

（1）、该拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统及方法，通过除杂质组件的设置，当充气腔与液面保持齐平停止后，当连杆通过滑块以及滑槽的配合向下移动的同时、将对应的复位弹簧进行拉伸，通过驱动气缸的运行，带动其端部固定安装的拉晶硅棒向上拉动的同时，液面会随着晶体的生长进行下降，同时若干个与液面接触的吸附棒会通过液面的下降以及复位弹簧的配合进行缓慢下降的同时、缓慢与液面进行分离，直至液面的杂质吸附至吸附棒的端部向下堆积，保证了杂质的吸附效果，提升了晶体的生长质量。

（2）、该拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统及方法，通过传动组件的设置，当除杂质组件运行的同时，通过驱动电机的运行能够同时带动输出端套接的驱动齿轮运行，使其带动相互啮合的传动齿环转动，通过传动齿环转动能够同带动传动盘以及其底设置的若干个吸附棒沿坩埚进行圆周运行，将液面杂质进行均匀的吸附，保证了吸附棒的吸附效果以及液面的清理效果。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明图1剖视结构示意图；

图3为本发明坩埚剖视结构示意图；

图4为本发明A点放大结构示意图；

图5为本发明定位杆剖视结构示意图；

图6为本发明B点放大结构示意图；

图7为本发明外套杆结构示意图；

图8为本发明控制流程示意图；

图9为本发明晶种提升模块示意图；

图10为本发明除杂质模块示意图。

图中：1、炉体；101、换气管；102、底座；2、顶盖；201、换气罩；202、进气槽；203、限位柱；3、驱动箱；301、驱动电机；302、驱动齿轮；4、坩埚；401、加热模块；5、驱动气缸；6、拉晶硅棒；7、限位架；701、固定板；702、固定孔；8、传动盘；801、传动齿环；802、定位栓；9、定位杆；901、定位凸轴；902、螺纹孔；10、吸附棒；1001、充气腔；11、连杆；1101、滑块；12、复位弹簧；13、外套杆；1301、电磁铁；1302、滑槽。

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1-10，本发明提供一种技术方案：一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统，包括炉体1，炉体1的顶面固定安装有顶盖2，顶盖2的顶面固定安装有限位柱203，炉体1的内部固定安装有底座102、且通过底座102固定安装有坩埚4，坩埚4的内部设置有晶体拉伸组件，坩埚4的外侧固定安装有加热模块401，炉体1的内部一侧固定安装有换气管101，顶盖2的内部固定安装有换气罩201、且换气罩201的内部对称开设有若干个进气槽202，坩埚4的顶面设置有除杂质组件，除杂质组件包含有限位架7，限位架7固定安装在炉体1的内部，限位架7的内部转动安装有传动盘8，传动盘8的外侧设置有传动组件，传动盘8的底部固定安装有若干个定位杆9，若干个定位杆9的内部均设置有滑动组件、且分别通过滑动组件滑动安装有吸附棒10，滑动组件包含有外套杆13，外套杆13的端部固定安装有电磁铁1301、且通过电磁铁1301固定安装在对应的定位杆9的内部，外套杆13的内部开设有滑槽1302、且通过滑槽1302滑动安装有连杆11，连杆11的端部与对应的吸附棒10的端部固定连接，外套杆13的外侧固定套接有复位弹簧12，若干个定位杆9与对应的吸附棒10以及连杆11的圆心轴相同，若干个复位弹簧12的两端分别固定连接至对应的定位杆9内壁以及对应的吸附棒10的端部，若干个连杆11的端部均固定安装有滑块1101，若干个连杆11分别通过滑块1101以及滑槽1302的配合滑动安装在对应的定位杆9的内部，若干个吸附棒10分别通过顶面的滑动组件以及对应的定位杆9之间的配合上下滑动安装在坩埚4的顶面，若干个吸附棒10的内部均开设有充气腔1001，若干个定位杆9的端部均固定安装有定位凸轴901、且分别通过若干个定位凸轴901固定安装在传动盘8的底部，若干个定位杆9的安装位置相互对应，若干个定位凸轴901的内部均开设有螺纹孔902，传动盘8的内部固定安装有若干个定位栓802，若干个定位栓802分别与若干个定位凸轴901相互对应、且固定连接，传动组件包含有驱动电机301，炉体1的侧面中部固定安装有驱动箱3，驱动电机301固定安装在驱动箱3内部，驱动电机301的输出端固定套接有驱动齿轮302，传动盘8的圆周外侧固定安装有传动齿环801，驱动齿轮302与传动齿环801之间相互啮合，限位架7的顶面两侧均固定安装有固定板701、且固定板701的内部两侧均开设有固定孔702，限位架7分别通过顶面固定安装的固定板701、以及固定孔702与螺栓的配合固定安装在炉体1的内部，晶体拉伸组件包含有驱动气缸5，驱动气缸5固定安装在限位柱203的内部、且与炉体1之间保持平行，驱动气缸5的端部固定安装有拉晶硅棒6，若干个吸附棒10均为石墨棒。

使用时，原料熔融：将原料统一放入坩埚4的内部，通过处理器模块、温度监控模块控制加热模块401运行对坩埚4进行加热，直至原料达到一定的温度值熔融形成液态，晶体拉伸：当原料形成液态后，通过炉体1内部的换气管101外接风机、以及换气罩201的配合，将炉体1内部的气体进行输送、更换；直至温度降至结晶点，而后通过驱动气缸5的运行，带动其端部固定安装的拉晶硅棒6向上拉动，拉动的同时通过调节拉晶硅棒6的拉动速度，使得生长的单晶硅直径进行改变，直至晶体的端部与液面脱离，完成晶体的生长周期，杂质吸附：当通过驱动气缸5的运行，带动其端部固定安装的拉晶硅棒6向上拉动的同时，通过处理器模块断开电磁铁1301，若干个吸附棒10能够通过顶面固定安装的连杆11以及自重向下移动，直至其端部与液面接触，当充气腔1001与液面保持齐平后停止，当连杆11通过滑块1101以及滑槽1302的配合向下移动的同时、将对应的复位弹簧12进行拉伸，当通过驱动气缸5的运行，带动其端部固定安装的拉晶硅棒6向上拉动的同时，液面会随着晶体的生长进行下降，同时若干个与液面接触的吸附棒10，会通过液面的下降以及复位弹簧12的配合进行缓慢下降的同时、缓慢与液面进行分离，直至液面的杂质吸附至吸附棒10的端部向下堆积，当晶体生长周期完成后，通过电磁铁1301通电，使其带动连杆11以及对应的吸附棒10向上移动，将吸附棒10以及吸附的杂质向上拉动，直至连杆11复位后完成吸附周期。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

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 (7)

1.一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统，包括炉体（1），所述炉体（1）的顶面固定安装有顶盖（2），所述顶盖（2）的顶面固定安装有限位柱（203），所述炉体（1）的内部固定安装有底座（102）、且通过底座（102）固定安装有坩埚（4），所述坩埚（4）的内部设置有晶体拉伸组件，所述坩埚（4）的外侧固定安装有加热模块（401），其特征在于：所述炉体（1）的内部一侧固定安装有换气管（101），所述顶盖（2）的内部固定安装有换气罩（201）、且换气罩（201）的内部对称开设有若干个进气槽（202），所述坩埚（4）的顶面设置有除杂质组件；

所述除杂质组件包含有限位架（7），所述限位架（7）固定安装在炉体（1）的内部，所述限位架（7）的内部转动安装有传动盘（8），所述传动盘（8）的外侧设置有传动组件，所述传动盘（8）的底部固定安装有若干个定位杆（9），若干个所述定位杆（9）的内部均设置有滑动组件、且分别通过滑动组件滑动安装有吸附棒（10）；

所述滑动组件包含有外套杆（13），所述外套杆（13）的端部固定安装有电磁铁（1301）、且通过电磁铁（1301）固定安装在对应的定位杆（9）的内部，所述外套杆（13）的内部开设有滑槽（1302）、且通过滑槽（1302）滑动安装有连杆（11），所述连杆（11）的端部与对应的吸附棒（10）的端部固定连接，所述外套杆（13）的外侧固定套接有复位弹簧（12）；

若干个所述连杆（11）的端部均固定安装有滑块（1101），若干个所述连杆（11）分别通过滑块（1101）以及滑槽（1302）的配合滑动安装在对应的定位杆（9）的内部，若干个所述吸附棒（10）分别通过顶面的滑动组件以及对应的定位杆（9）之间的配合上下滑动安装在坩埚（4）的顶面，若干个所述吸附棒（10）的内部均开设有充气腔（1001），所述晶体拉伸组件包含有驱动气缸（5），所述驱动气缸（5）固定安装在限位柱（203）的内部、且与炉体（1）之间保持平行，所述驱动气缸（5）的端部固定安装有拉晶硅棒（6）。

2.根据权利要求1所述的一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统，其特征在于：若干个所述定位杆（9）与对应的吸附棒（10）以及连杆（11）的圆心轴相同，若干个所述复位弹簧（12）的两端分别固定连接至对应的定位杆（9）内壁以及对应的吸附棒（10）的端部。

3.根据权利要求1所述的一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统，其特征在于：若干个所述定位杆（9）的端部均固定安装有定位凸轴（901）、且分别通过若干个定位凸轴（901）固定安装在传动盘（8）的底部，若干个所述定位杆（9）的安装位置相互对应。

4.根据权利要求3所述的一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统，其特征在于：若干个所述定位凸轴（901）的内部均开设有螺纹孔（902），所述传动盘（8）的内部固定安装有若干个定位栓（802），若干个所述定位栓（802）分别与若干个定位凸轴（901）相互对应、且固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统，其特征在于：所述传动组件包含有驱动电机（301），所述炉体（1）的侧面中部固定安装有驱动箱（3），所述驱动电机（301）固定安装在驱动箱（3）内部，所述驱动电机（301）的输出端固定套接有驱动齿轮（302），所述传动盘（8）的圆周外侧固定安装有传动齿环（801），所述驱动齿轮（302）与传动齿环（801）之间相互啮合。

6.根据权利要求1所述的一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制系统，其特征在于：所述限位架（7）的顶面两侧均固定安装有固定板（701）、且固定板（701）的内部两侧均开设有固定孔（702），所述限位架（7）分别通过顶面固定安装的固定板（701）、以及固定孔（702）与螺栓的配合固定安装在炉体（1）的内部。

7.一种拉晶炉P-N型转换过程中杂质元素的控制方法，使用权利要求1所述控制系统，具体包括以下步骤：

S1、原料熔融：将原料统一放入坩埚（4）的内部，通过处理器模块、温度监控模块控制加热模块（401）运行对坩埚（4）进行加热，直至原料达到一定的温度值熔融形成液态；

S2、晶体拉伸：当原料形成液态后，通过炉体（1）内部的换气管（101）外接风机、以及换气罩（201）的配合，将炉体（1）内部的气体进行输送、更换；直至温度降至结晶点，而后通过驱动气缸（5）的运行，带动其端部固定安装的拉晶硅棒（6）向上拉动，拉动的同时通过调节拉晶硅棒（6）的拉动速度，使得生长的单晶硅直径进行改变，直至晶体的端部与液面脱离，完成晶体的生长周期；

S3、杂质吸附：当通过驱动气缸（5）的运行，带动其端部固定安装的拉晶硅棒（6）向上拉动的同时，通过处理器模块断开电磁铁（1301），若干个所述吸附棒（10）能够通过顶面固定安装的连杆（11）以及自重向下移动，直至其端部与液面接触，当充气腔（1001）与液面保持齐平后停止，当连杆（11）通过滑块（1101）以及滑槽（1302）的配合向下移动的同时、将对应的复位弹簧（12）进行拉伸，当通过驱动气缸（5）的运行，带动其端部固定安装的拉晶硅棒（6）向上拉动的同时，液面会随着晶体的生长进行下降，同时若干个与液面接触的吸附棒（10），会通过液面的下降以及复位弹簧（12）的配合进行缓慢下降的同时、缓慢与液面进行分离，直至液面的杂质吸附至吸附棒（10）的端部向下堆积，当晶体生长周期完成后，通过电磁铁（1301）通电，使其带动连杆（11）以及对应的吸附棒（10）向上移动，将吸附棒（10）以及吸附的杂质向上拉动，直至连杆（11）复位后完成吸附周期。

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