CN115142129B - 一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于多晶硅加工技术领域，具体为一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置及方法，包括炉体，所述炉体的内侧设置有保温底板，所述保温底板的上侧安装有热交换台，所述热交换台的上方设置有坩埚，所述保温底板的上方设置有卡在坩埚及热交换台外侧的隔热笼，所述隔热笼的外侧上方及保温底板的下侧均连接有贯穿炉体的承重拉杆，所述隔热笼的外侧设置有支撑板，所述支撑板的下侧安装有环形气管，所述环形气管的一端连接有贯穿炉体的进气管，本装置在初始降温时，环形气管喷出的气流只能吹到热交换台，对热交换台进行降温，当隔热笼的高度升高时，坩埚露出来后，气流也可以吹到坩埚，进而对坩埚进行降温。

Description

一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置及方法

技术领域

本发明涉及多晶硅加工技术领域，具体为一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置及方法。

背景技术

多晶硅在制造过程中，首先将硅料放置在坩埚内，然后对坩埚进行加热使硅料融化，随后对坩埚内的液态硅料进行降温、冷却凝固形成多晶硅锭，其中冷却过程对多晶硅锭的生长最为重要。现有技术是通过改变热交换台的温度来进行冷却的。一种是露出热交换台，使热交换台自发的进行热传递，来达到散热的目的；另一种是通过气流吹动热交换台，以气流带动热交换台的热量快速散失。

热交换台的自发散热，降温速度缓慢，而直接向炉体内导入气流加速热交换台的降温，会存在以下问题：一、气体容易被高温环境加热，即气流未流进热交换台时已经被加热，难以准确且快速的对热交换台进行降温；二、管道的布置使得气流只能定向吹风，即气流只能向热交换台进行吹风，当隔热笼抬高到较高的位置时，气流不能辅助坩埚进行降温。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置及方法，以解决上述背景技术中提出的现有的多晶铸锭炉只能通过降低热交换台的温度来降低坩埚温度的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置，包括炉体，所述炉体的内侧设置有保温底板，所述保温底板的上侧安装有热交换台，所述热交换台的上方设置有坩埚，所述保温底板的上方设置有卡在坩埚及热交换台外侧的隔热笼，所述隔热笼的外侧上方及保温底板的下侧均连接有贯穿炉体的承重拉杆，所述隔热笼的外侧设置有支撑板，所述支撑板的下侧安装有环形气管，所述环形气管的一端连接有贯穿炉体的进气管，所述炉体的内侧设置有环形底板，所述环形底板和支撑板之间连接有冷却管，所述冷却管设置呈螺旋线型，所述冷却管位于环形气管的内侧，所述热交换台包括外壳板，所述外壳板的上侧设置有匀热板，所述外壳板的本体外侧开设有进气孔，所述外壳板的本体下侧开设有与进气孔连通的出气孔，所述出气孔的下端连接有贯穿炉体的排气管。

优选的，所述冷却管包括内螺旋管和外螺旋管，所述内螺旋管和外螺旋管的上端通过管道连通，所述内螺旋管的下端连接有贯穿炉体的进水管，所述外螺旋管的下端连接有贯穿炉体的排水管。

优选的，所述环形气管的下侧连接有喷头，所述喷头均匀的分布在环形气管的下侧。

优选的，所述喷头的下表面高于隔热笼的下表面。

优选的，所述外壳板的内腔中设置有与进气孔连通的中心气孔，所述中心气孔的上侧设置有匀热腔，所述匀热腔与出气孔之间连接有导气管。

优选的，所述匀热腔的内腔中设置有支撑柱。

一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却的方法，该用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却的方法如下：

步骤一、需要对坩埚进行冷却时，通过上侧的承重拉杆拉动隔热笼上移，隔热笼上移会露出热交换台，同时隔热笼上移还会带动支撑板上移，支撑板上移可以拉动冷却管向上延伸；

步骤二、向冷却管中通入冷却液，同时通过进气管向环形气管中导入冷却气体，冷却气体从环形气管中喷出后，会向热交换台的进气孔流动，该过程中冷却气体会经过冷却管，经过冷却管的冷却后，低温气流进入热交换台并带走热交换台中的热量；

步骤三、热交换台温度降低会带动坩埚的热量降低，当隔热笼上移的高度较高时，坩埚也会露出，此时气流也会经过坩埚的下侧进而带动坩埚的外侧快速降温。

优选的，所述环形气管在喷气时，从四周向隔热笼的内侧喷气。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本装置在初始降温时，隔热笼上升的高度较低，此时只有热交换台暴露出来，此时环形气管喷出的气流只能吹到热交换台，对热交换台进行降温，当隔热笼的高度升高时，坩埚也会暴露出来，此时环形气管随着隔热笼也会升高，即坩埚露出来后，气流也可以吹到坩埚，进而对坩埚进行降温；

2)本装置在支撑板和环形底板之间设置有冷却管，随着隔热笼的上升，冷却管也会受拉延伸，即冷却管始终位于隔热笼与保温底板间隙的外侧，进而使得气流吹入热交换台时，必然会经过冷却管，从而使得冷却管可以对气流进行降温，进而使得低温气流可以吹入被热交换台，对热交换台进行快速降温。

附图说明

图1为本发明主视图剖视结构示意图；

图2为本发明冷却管俯视结构示意图；

图3为本发明热交换台剖视结构示意图；

图4为本发明结热交换台主视构示意图；

图5为本发明图4中A-A向剖视结构示意图；

图6为本发明图4中B-B向剖视结构示意图；

图7为本发明图4中C-C向剖视结构示意图；

图8为本发明环形气管仰视结构示意图。

图中：1炉体、2坩埚、3热交换台、31匀热板、32外壳板、33进气孔、34中心气孔、35支撑柱、36匀热腔、37导气管、38出气孔、4排气管、5环形底板、6进水管、7冷却管、71内螺旋管、72外螺旋管、8环形气管、81喷头、9支撑板、10进气管、11隔热笼、12保温底板、13排水管。

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。

实施例：

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置，包括炉体1，炉体1的内侧设置有保温底板12，保温底板12的上侧安装有热交换台3，热交换台3的上方设置有坩埚2，保温底板12的上方设置有卡在坩埚2及热交换台3外侧的隔热笼11，隔热笼11的外侧上方及保温底板12的下侧均连接有贯穿炉体1的承重拉杆，通过上下移动上侧的承重拉杆可以带动隔热笼11上下移动，通过上下移动下侧的承重拉杆可以带动保温底板12上下移动，隔热笼11的外侧设置有支撑板9，支撑板9的下侧安装有环形气管8，支撑板9会随着隔热笼11的移动而移动，而环形气管8又会随着隔热笼11的移动而移动，随着隔热笼11的升高热交换台3及坩埚2的散热面积也会增大，而环形气管8的升高可以确保增大的散热面也可以被气流吹到，环形气管8的一端连接有贯穿炉体1的进气管10，进气管10活动贯穿炉体1，且可以上下移动，炉体1的内侧设置有环形底板5，环形底板5和支撑板9之间连接有冷却管7，冷却管7设置呈螺旋线型，这样使得冷却管7具有类似弹簧的功能，可以被拉伸或压缩，冷却管7位于环形气管8的内侧，即气流必然会经过冷却管7，热交换台3包括外壳板32，外壳板32的上侧设置有匀热板31，匀热板31的材质为石墨，石墨具有良好的匀热效果，外壳板32的本体外侧开设有进气孔33，外壳板32的本体下侧开设有与进气孔33连通的出气孔38，气流经过外壳板32后会带走外壳板32的热量，从而使得热交换台3的温度降低，出气孔38的下端连接有贯穿炉体1的排气管4，排气管4活动贯穿炉体1，且可以上下移动。

环形底板5固定在炉体1的内侧不能移动，为了方便密封，将进水管6与排水管13也固定到环形底板5上，冷却管7包括内螺旋管71和外螺旋管72，内螺旋管71和外螺旋管72的上端通过管道连通，内螺旋管71的下端连接有贯穿炉体1的进水管6，外螺旋管72的下端连接有贯穿炉体1的排水管13，即冷却液从进水管6进入内螺旋管71，然后内螺旋管71进入外螺旋管72，然后从排水管13排出，通过内螺旋管71和外螺旋管72的设置可以使得进水管6和排水管13均可以被固定到环形底板5上。

环形气管8的下侧连接有喷头81，喷头81的数量至少为六个，多个喷头81均匀的分布在环形气管8的下侧，且喷头均指向隔热笼11的内侧，进而便于气流直接吹向热交换台3或坩埚2。

喷头81的下表面高于隔热笼11的下表面，该高度差约为1cm，喷头81位于隔热笼11下表面的上侧，可以避免气流进隔热笼11的内腔，同时喷头81的高度也不能过高，以避免气流无法正常吹向热交换台3或坩埚2。

外壳板32的内腔中设置有与进气孔33连通的中心气孔34，中心气孔34的上侧设置有匀热腔36，匀热腔36与出气孔38之间连接有导气管37，气流从中心气孔34进入匀热腔36，可以使得匀热腔36的中心部位先降低温度，即坩埚2也会先从中间开始降低温度，进而可以使得坩埚2内的液态硅会从中间向外侧开始结晶。

匀热腔36的内腔中设置有支撑柱35，支撑柱35用于提高热交换台3的承重能力，用于避免匀热腔36塌陷。

一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却的方法，该用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却的方法如下：

步骤一、需要对坩埚2进行冷却时，通过外界牵引设备拉动上侧的承重拉杆上移，承重拉杆会带动隔热笼11上移，上移的隔热笼11会与保温底板12分离，此时保温底板12上侧的热交换台3也会露出，同时隔热笼11上移还会带动支撑板9上移，支撑板9上移可以拉动冷却管7向上延伸，即冷却管7始终会位于隔热笼11与保温底板12之间的间隙外侧；

步骤二、从进水管6通入冷却液，冷却液顺着进水管6依次进入内螺旋管71和外螺旋管72，然后顺着排水管13排出，通过冷却液的循环流动可以带走冷却管7周围的热量，同时通过进气管10向环形气管8中导入冷却气体，冷却气体在进入进气管10即会被加热，然后冷却气体通过环形气管8的喷头81喷出形成气流，由于热交换台3的出气孔38下端连接有与外界连通的排气管4，所以气流会进入热交换台3的进气孔33，然后从排气管4排出，在气流进入进气孔33时会经过冷却管7，由于冷却液升温的速度慢，所以气流会被冷却管7降温，然后温度较低的气流进入热交换台3，气流经过热交换台3后会带走热交换台3中的热量，进而降低热交换台3的温度；

步骤三、热交换台3温度降低会带动坩埚2的热量降低，在使用随着会逐步提高隔热笼11的位置，从而便于快速散热，当隔热笼11上移的高度较高时，坩埚2也会露出，此时气流还会经过坩埚2的下侧进而带走坩埚2外侧的热量，从而使得坩埚2的外侧也可以快速降温。

环形气管8在喷气时，从四周向隔热笼11的内侧喷气，从而便于热交换台3和隔热笼11均匀且快速的降温。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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)

1.一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置，包括炉体(1)，其特征在于：所述炉体(1)的内侧设置有保温底板(12)，所述保温底板(12)的上侧安装有热交换台(3)，所述热交换台(3)的上方设置有坩埚(2)，所述保温底板(12)的上方设置有卡在坩埚(2)及热交换台(3)外侧的隔热笼(11)，所述隔热笼(11)的外侧上方及保温底板(12)的下侧均连接有贯穿炉体(1)的承重拉杆，所述隔热笼(11)的外侧设置有支撑板(9)，所述支撑板(9)的下侧安装有环形气管(8)，所述环形气管(8)的一端连接有贯穿炉体(1)的进气管(10)，所述炉体(1)的内侧设置有环形底板(5)，所述环形底板(5)和支撑板(9)之间连接有冷却管(7)，所述冷却管(7)设置呈螺旋线型，所述冷却管(7)位于环形气管(8)的内侧，所述热交换台(3)包括外壳板(32)，所述外壳板(32)的上侧设置有匀热板(31)，所述外壳板(32)的本体外侧开设有进气孔(33)，所述外壳板(32)的本体下侧开设有与进气孔(33)连通的出气孔(38)，所述出气孔(38)的下端连接有贯穿炉体(1)的排气管(4)；

所述环形气管(8)的下侧连接有喷头(81)，所述喷头(81)均匀的分布在环形气管(8)的下侧。

2.根据权利要求1所述的一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置，其特征在于：所述冷却管(7)包括内螺旋管(71)和外螺旋管(72)，所述内螺旋管(71)和外螺旋管(72)的上端通过管道连通，所述内螺旋管(71)的下端连接有贯穿炉体(1)的进水管(6)，所述外螺旋管(72)的下端连接有贯穿炉体(1)的排水管(13)。

3.根据权利要求1所述的一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置，其特征在于：所述喷头(81)的下表面高于隔热笼(11)的下表面。

4.根据权利要求1所述的一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置，其特征在于：所述外壳板(32)的内腔中设置有与进气孔(33)连通的中心气孔(34)，所述中心气孔(34)的上侧设置有匀热腔(36)，所述匀热腔(36)与出气孔(38)之间连接有导气管(37)。

5.根据权利要求4所述的一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却装置，其特征在于：所述匀热腔(36)的内腔中设置有支撑柱(35)。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却的方法，其特征在于：该用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却的方法如下：

步骤一、需要对坩埚(2)进行冷却时，通过上侧的承重拉杆拉动隔热笼(11)上移，隔热笼(11)上移会露出热交换台(3)，同时隔热笼(11)上移还会带动支撑板(9)上移，支撑板(9)上移可以拉动冷却管(7)向上延伸；

步骤二、向冷却管(7)中通入冷却液，同时通过进气管(10)向环形气管(8)中导入冷却气体，冷却气体从环形气管(8)中喷出后，会向热交换台(3)的进气孔(33)流动，该过程中冷却气体会经过冷却管(7)，经过冷却管(7)的冷却后，低温气流进入热交换台(3)并带走热交换台(3)中的热量；

步骤三、热交换台(3)温度降低会带动坩埚(2)的热量降低，当隔热笼(11)上移的高度较高时，坩埚(2)也会露出，此时气流也会经过坩埚(2)的下侧进而带动坩埚(2)的外侧快速降温。

7.根据权利要求6所述的一种用于多晶铸锭炉的气体液体配合冷却的方法，其特征在于：所述环形气管(8)在喷气时，从四周向隔热笼(11)的内侧喷气。