CN1261732C - 多晶硅氢还原炉的可变截面积进气口装置 - Google Patents
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Abstract
多晶硅氢还原炉的可变截面积进气口装置，涉及半导体多晶硅氢还原炉的喷口结构。其特点是：与炉底壁(4)固为一体的固定喷口(1)外面套有一个可旋转的转动喷口(9)，转动喷口(9)的顶端开有与固定喷口(1)数量、形状、尺寸、位置一样的中心孔(10)和扇形孔(11)。转动喷口(9)与固定喷口(1)、炉底壁(4)及上压板(7)连接处分别装有上滚珠(6)、中滚珠(5)和下滚珠(2)。转动喷口(9)上配有链轮(12)，链轮(12)通过两根密封轴(13)与炉底壁(4)外的一个带有变速箱的伺服电机连接。本发明可按工艺需要，自动旋转转动喷口(9)及时调整进气口的截面积大小，从而获得最佳工艺，制得高质量和高产率的多晶硅。
Description
技术领域
本发明涉及多晶硅氢还原炉的进气口装置。
背景技术
在半导体材料多晶硅的生产中，必须先在氢还原炉中设置硅棒，然后采用三氯氢硅或四氯化硅氢还原制得产品多晶硅。这种硅棒的初始直径很细，一般为Φ5-10mm，经氢还原，硅在硅棒上沉积，硅棒的最终直径越来越大，最粗已达Φ200mm。
目前，在半导体材料多晶硅生产中，采用的氢还原炉的进气口的截面积为固定截面积。这种进气口是一种内外套管式结构，内套管为出气口，外套管为进气口。进气口的截面积是固定不变的，所以只能适用于物料流量变化较小的小产率的生产工艺。在大产率工艺中，进入炉内的物料流量，要求随时间的推移有数十倍的变化，如果仍采用固定截面积的进气口则进气口的物料流量线速度也会有数十倍的变化，这样就会使硅棒直径和温度很不均匀，局部温度过高甚至熔化(按质量标准为废品)，将不得不半途停炉。温度过低将会造成硅棒分层(按质量标准为次废品)，两者均严重影响产品的质量和产率，使成品率下降。
为了获得最佳的生产效率，必须采用恒沉积厚度的生产工艺，即当多晶硅沉积的直径变粗时，要求进入炉内的物料也相应加大。例如当硅棒生长至Φ200mm时，所需物料约为初始时的40倍，这样产率才会变高。而为了使硅棒在沉积过程中既保证物料不断增大，又保持直径和温度的均匀性，必须保证从进气口喷出的物料在炉内保持最佳的流动线速度，太高或太低都将造成硅棒直径和温度的不均匀。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺点而设计的一种进、出气分离及进气口的截面积可变化的装置。具体是将出气口与进气口分开，出气口布置在硅棒周围，进气口可以按实际需要，及时调整截面积大小，使得当进炉物料变化时，通过它喷出的物料流量线速度始终保持最佳，并满足逐渐增大的硅棒直径的需要，从而获得了最佳工艺状态而制得高质量和高产率的多晶硅。
为了达到上述目的，本发明是这样设计的。氢还原炉的进气口装置由一个与三氯氢硅或四氯化硅等原料管相连接，并通过支撑筋和下盖板与炉底壁固为一体的固定喷口，以及套在固定喷口外面的可按要求的速度旋转的转动喷口组成。固定喷口的顶端面上开有一个中心孔，中心孔外围均匀开有6个扇形孔，固定喷口与炉底壁的固接处设有一个带凹槽的支撑圈，该凹槽内装有下滚珠，通过下滚珠使转动喷口的底端与固定喷口转动连接。转动喷口的顶端面上开有与固定喷口的数量、形状、尺寸和位置都一样的中心孔和扇形孔，且两个中心孔的中心线重合。转动喷口顶端面的外周设有向下凹的折边，该折边与转动喷口形成凹槽，凹槽内装有中滚珠，通过中滚珠使转动喷口与炉底壁转动连接。转动喷口的顶端与炉底壁上装有上压板，上压板与转动喷口的接触面上开有凹槽，凹槽内装有上滚珠，使转动喷口的转动平稳。上压板与炉底壁接触处通过上压板固定螺栓将上压板和炉壁固为一体。如此，转动喷口上、下及顶部均装有滚珠，使转动喷口的旋转自如。转动喷口下部的外圆周上开有链轮齿，链轮齿上配有链轮，并通过链轮固定螺栓将链轮中点固定在转动喷口上，并设定链轮的转动范围为30度。在链轮的两端，通过炉壁上设有的2个密封盖和密封圈内的两根密封轴，与炉外的一个带有变速箱的伺服电机连接，当伺服电机转动时，通过链轮带动转动喷口缓慢转动，最初转动喷口的扇形孔与固定喷口的扇形孔完全错开，只有中心孔是重合的，此时截面积最小。随着转动喷口的旋转，两个扇形孔重合部分由小到大，最后完全重合，如此组成了可变截面积的进气口装置。
本发明的优点如下：
1.由于本发明是由固定喷口和其外覆盖一个可旋转的、顶端开有与固定喷口相同的孔、且中心孔始终重合的转动喷口组成，所以能按工艺要求稳定地调节喷口的截面积，这样就有效地控制了物料流量的线速度，保证硅棒生长的均匀性，也保证了产品多晶硅的高成品率。
2.由于本发明的喷口截面积的调节通过伺服电机的转动，控制转动喷口的旋转角度，且伺服电机是通过PID控制器，根据物料流量传感器给出的讯号，经过运算放大器运算，与转动喷口的转动角度进行比较结果，来决定转速的，所以能及时稳定地调节喷口的截面积，自动化程度高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明的A-A1-A2-A3-A4-A剖视图
图3本发明安装使用示意图
图4为转动喷口旋转控制方框图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明
请参阅图1、图2和图3。出气口20与本发明的进气口装置分开。本发明由固定喷口1、下滚珠2、链轮固定螺栓3、带冷却水夹套的炉底壁4、中滚珠5、上滚珠6、上压板7、上压板固定螺栓8、转动喷口9、中心孔10、扇形孔11、链轮12、密封轴13、密封圈14、密封盖15、压紧螺栓16、支撑筋17、下盖板18和支撑圈19组成。
在固定喷口1的外面套有可按要求的速度旋转的转动喷口9。固定喷口1的底端与三氯氢硅或四氯化硅等原料管相连接。固定喷口1的顶端面上开有一个中心孔10，中心孔10外围均匀开有6个扇形孔11。固定喷口1与炉底壁4之间用4-8根支撑筋17固接。在固定喷口1的外周的支撑筋17上部设有一个带凹槽的支撑圈19，该凹槽内装有下滚珠2，通过下滚珠2使转动喷口9的底端与固定喷口1转动连接。在支撑筋17下部装有下盖板18，用压紧螺栓16将固定喷口1与炉底壁4固为一体的。固定喷口1外面套有的转动喷口9的顶端开有与固定喷口1的数量、形状、尺寸、位置都一样的中心孔10和扇形孔11，且两个中心孔10的中心线重合。转动喷口9顶端面的外周设有向下的折边，该折边与转动喷口9形成凹槽，凹槽内装有中滚珠5，通过中滚珠5使转动喷口9与炉底壁4转动连接。转动喷口9的顶端与炉底壁4上装有上压板7，与转动喷口9接触的上压板7上开有凹槽，凹槽内装有上滚珠6，使转动喷口9的转动平稳不滑出。上压板7与炉底壁4接触处通过上压板固定螺栓8，将上压板7和炉底壁4固为一体。如此，转动喷口9的底部、上部和顶部均装有滚珠，使转动喷口9的旋转轻松自如。转动喷口9下部的外圆周上开有链轮齿，链轮齿上配有链轮12，并通过链轮固定螺栓3将链轮12的中点固定在转动喷口9上，并按工艺要求设定链轮12的转动范围为30度。在链轮12的两端固定连接两根密封轴13，两根密封轴13分别穿过炉底壁4上固接的2个密封盖15内装有的耐高温橡胶的密封圈14后，与炉外的一个带有变速箱的伺服电机连接。当伺服电机转动时，通过链轮12带动转动喷口9缓慢转动，最初，转动喷口9的扇形孔11与固定喷口1的扇形孔11完全错开，只有中心孔10是重合的，此时进气口的截面积最小。随着转动喷口9的旋转，两个扇形孔11重合部分由小到大，最后完全重合，此时进气口的截面积最大。如此组成了本发明的可变截面积的进气口装置。
图4表示的是转动喷口9旋转控制方框图，当进气口物料的流量要求增大时，流量传感器分别给固定喷口1和运算放大器发出讯号。固定喷口1和转动喷口9一起进入转动喷口与固定喷口的相对角度测量计，进行转动角度比较，同时通过转动喷口与固定喷口的相对角度测量计获得转动喷口9的转动角度，给PID控制器输入转动喷口的转动角度。流量传感器将进气口物料输入运算放大器，经过运算放大器运算，给PID控制器发指令。最后，通过PID控制器就可以准确稳定地调节伺服电机运转，使转动喷口9按要求旋转，调节进气口截面积以满足氢还原工艺的要求，这样就有效地控制了物料流量的线速度，保证硅棒生长的均匀性，也保证可以获得很高的成品率。
Claims (1)
1.多晶硅氢还原炉的可变截面积进气口装置，其特征在于：由固定喷口(1)、下滚珠(2)、链轮固定螺栓(3)、炉底壁(4)、中滚珠(5)、上滚珠(6)、上压板(7)、上压板固定螺栓(8)、转动喷口(9)、中心孔(10)、扇形孔(11)、链轮(12)、密封轴(13)、密封圈(14)、密封盖(15)、压紧螺栓(16)、支撑筋(17)、下盖板(18)、支撑圈(19)组成，固定喷口(1)通过下盖板(18)、支撑筋(17)和压紧螺栓(16)与炉底壁(4)固为一体；固定喷口(1)的顶端面上开有一个中心孔(10)，中心孔(10)外围均匀开有6个扇形孔(11)，固定喷口(1)外周设有带凹槽的支撑圈(19)，该凹槽内装有下滚珠(2)，固定喷口(1)的外面套有转动喷口(9)；转动喷口(9)的顶端开有与固定喷口(1)数量、形状、尺寸、位置都一样的中心孔(10)和扇形孔(11)，且两个中心孔(10)的中心线重合；转动喷口(9)顶端面的外周设有向下的折边，该折边与转动喷口(9)形成凹槽，凹槽内装有中滚珠(5)；转动喷口(9)的顶端与炉底壁(4)上装有上压板(7)，上压板(7)上开有凹槽，凹槽内装有上滚珠(6)，上压板(7)与炉底壁(4)接触处通过上压板固定螺栓(8)将上压板(7)和炉底壁(4)固为一体；转动喷口(9)下部的外圆周上开有链轮齿，链轮齿上配有链轮(12)，并通过链轮固定螺栓(3)将链轮(12)的中点固定在转动喷口(9)上，在链轮(12)的两端固定连接两根密封轴(13)，两根密封轴(13)分别穿过炉底壁(4)上设有的2个密封盖(15)和密封圈(14)后，与炉外的一个带有变速箱的伺服电机连接。
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