TW202328515A - 籽晶的提拉機構及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一種籽晶的提拉機構及其使用方法，包括：籽晶夾，用於固定籽晶；軟軸，下端連接籽晶夾並構造成能夠牽引籽晶夾旋轉和升降；限位組件，為一或環繞籽晶夾分佈的多個，每個限位組件位於籽晶夾的水平一側，並構造成能夠升降和繞軟軸的旋轉軸線旋轉；其中，限位組件包括限位件，其具有可切換的伸出位置和回縮位置，在伸出位置限位件與籽晶夾之間的距離大於在回縮位置限位件與籽晶夾之間的距離為第二距離，限位組件能夠在籽晶夾晃動時將限位件伸至伸出位置，由此，本發明能夠快速穩定籽晶夾的晃動，減少對晶棒生長的影響。

Description

籽晶的提拉機構及其使用方法

本發明涉及單晶生長技術領域，具體涉及一種籽晶的提拉機構及其使用方法。

在直拉單晶製造法（CZ法）的單晶生長中，利用提拉機構和籽晶夾將籽晶浸漬於坩堝內所積存的原料熔湯中，並利用提拉機構將所浸漬的籽晶緩慢提拉，通過這種方式可以於籽晶的下方生長出單晶晶體。

相關技術中，提拉機構為軟軸（如鉬絲繩），利用軟軸的牽拉，可以實現籽晶夾的旋轉和升降，以帶動籽晶進行旋轉和升降。但是，在旋轉或升降過程中，容易出現籽晶的晃動，而且無法快速穩定，影響單晶的生長。 [相關申請案的參考]

本發明要求於2022年03月31日提交至中國國家智慧財產權局，申請號為202210346375.8，申請名稱為“籽晶的提拉機構及其使用方法”的專利申請的優先權。

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種籽晶的提拉機構，提拉機構在旋轉和升降籽晶夾的過程中，能夠快速穩定籽晶夾的晃動，減少對晶棒生長的影響。

本發明還旨在提出一種籽晶的提拉機構的使用方法。

根據本發明實施例的籽晶的提拉機構，包括：籽晶夾，籽晶夾用於固定籽晶；軟軸，軟軸下端連接籽晶夾，軟軸構造成能夠牽引籽晶夾旋轉和升降；限位組件，限位組件為一個或環繞籽晶夾分佈的多個，每個限位組件位於籽晶夾的水平一側，限位組件被構造成能夠升降和繞軟軸的旋轉軸線旋轉；其中，限位組件包括限位件，限位件具有可切換的伸出位置和回縮位置，在伸出位置限位件與籽晶夾之間的距離為第一距離，在回縮位置限位件與籽晶夾之間的距離為第二距離，第二距離大於第一距離，限位組件能夠在籽晶夾晃動時將限位件伸至伸出位置。

根據本發明實施例的提拉機構，當軟軸牽引籽晶夾旋轉和升降時，限位組件可同時升降和繞軟軸的旋轉軸線旋轉，使限位組件和籽晶夾保持相對靜止。當籽晶夾未出現晃動或者晃動幅度較小而不影響結晶生長時，限位件處於回縮位置，限位件與籽晶夾之間保持第二距離，保持限位件與籽晶夾間隔開。當籽晶夾出現一定幅度的晃動時，限位件伸至伸出位置，限位件與籽晶夾之間處於第一距離，此時限位件與籽晶夾的外壁間距較小或限位件與籽晶夾的外壁相抵，在限位件的作用下，能夠實現對籽晶夾晃動的快速穩定，減少對晶棒生長過程的影響。

在一些實施例中，籽晶的提拉結構還包括：硬軸，硬軸設置在籽晶夾的水平一側或者套在籽晶夾的外側，限位組件安裝在硬軸上。硬軸構造成能夠繞軟軸的旋轉軸線旋轉，限位組件可升降地安裝在硬軸上。

進一步地，硬軸套在籽晶夾的外側，硬軸的內壁上設有豎向設置的升降槽，限位組件包括滑座，滑座可上下滑動地配合在升降槽內。

在一些實施例中，限位件為限位柱，限位組件還包括：推動件，推動件的輸出軸與限位柱的一端相連，限位柱的另一端朝向籽晶夾設置。

在一些實施例中，限位件還具有與籽晶夾連接的固定位置，限位組件構造成在判定條件下，將限位件驅動至固定位置以與籽晶夾同步運動。

進一步地，籽晶夾包括：下夾體，下夾體用於固定籽晶；上夾體，上夾體可分離地連接在下夾體上，上夾體與軟軸相連；離合結構，離合結構設置在上夾體和下夾體之間，離合結構在分離狀態和結合狀態之間可切換，在分離狀態時下夾體和上夾體之間可分離，在結合狀態時離合結構將下夾體和上夾體結合為一體；限位件在固定位置時，帶動離合結構由結合狀態切換至分離狀態。

進一步地，離合結構包括：結合件，結合件可活動地設在上夾體上；結合槽，結合槽形成在下夾體上；離合結構處於結合狀態時，結合件插入配合在結合槽的一端；離合結構處於分離狀態時，結合件完全退出結合槽；限位件在固定位置時，限位件從結合槽的另一端伸至結合槽內以與下夾體結合，且將結合件推出結合槽。

進一步地，下夾體包括：豎向設置的夾體管段，結合槽沿徑向形成在夾體管段上；上夾體包括：豎向設置的夾體柱段，夾體柱段配合在夾體管段內；其中，離合結構還包括彈性件、形成在夾體柱段內的安裝槽，安裝槽在夾體柱段的外周面上具有安裝口，安裝口正對結合槽的一端設置，結合件可活動地設置在安裝槽內，彈性件位於安裝槽內且連接結合件，彈性件用於驅動結合件沿徑向外移以插入結合槽內。

具體地，結合件的徑向外端表面為半球面。

在一些實施例中，上夾體還包括上遮蓋，上遮蓋遮擋在下夾體的上方，上遮蓋的水平投影面積大於下夾體的水平投影面積；當提拉機構還包括圓管形的硬軸，硬軸套在籽晶夾、軟軸的外側，軟軸位於硬軸的中心軸線上，上遮蓋為圓形，且上遮蓋的直徑至少為硬軸內徑的0.8倍。

在一些實施例中，籽晶的提拉機構還包括連接在軟軸或者籽晶夾上的重力檢測件，重力檢測件用於檢測籽晶夾的重量，當檢測重量大於等於判定值時滿足判定條件。

根據本發明實施例的籽晶的提拉機構的使用方法，採用上述提拉機構，提拉機構具有第一模式，在第一模式下：軟軸牽引籽晶夾旋轉和升降，限位組件與籽晶夾同步升降和同步旋轉，限位組件旋轉時繞軟軸的旋轉軸線旋轉；當籽晶夾的晃動幅度在設定範圍內時，限位組件將限位件保持在回縮位置；當籽晶夾的晃動幅度超出設定範圍時，限位組件驅動限位件活動至伸出位置。

根據本發明實施例的籽晶的提拉機構的使用方法，當提拉機構處於第一模式時，由軟軸驅動籽晶夾運動。當軟軸牽引籽晶夾旋轉和升降時，限位組件可同時升降和繞軟軸的旋轉軸線旋轉，使限位組件和籽晶夾保持相對靜止。當籽晶夾未出現晃動或者晃動幅度較小而不影響結晶生長時，限位件處於回縮位置，限位件與籽晶夾之間保持第二距離，保持限位件與籽晶夾間隔開。當籽晶夾出現一定幅度的晃動時，限位件伸至伸出位置，限位件與籽晶夾之間處於第一距離，此時限位件與籽晶夾的外壁間距較小或限位件與籽晶夾的外壁相抵，在限位件的作用下，能夠實現對籽晶夾晃動的快速穩定，減少對晶棒生長過程的影響。

進一步地，提拉機構具有第二模式，在第二模式下：限位件位於與籽晶夾連接的固定位置，限位組件帶動籽晶夾同步升降和同步旋轉。

具體地，籽晶夾包括：下夾體，下夾體用於固定籽晶；上夾體，上夾體可分離地連接在下夾體上，上夾體與軟軸相連；離合結構，離合結構設置在上夾體和下夾體之間，離合結構在分離狀態和結合狀態之間可切換，離合結構包括結合件和結合槽，結合件可活動地設在上夾體上，結合槽形成在下夾體上；離合結構處於結合狀態時，結合件插入配合在結合槽的一端；離合結構處於分離狀態時，結合件完全退出結合槽；且當提拉機構還包括硬軸，硬軸套在籽晶夾、軟軸的外側，提拉機構從第一模式向第二模式切換的步驟包括：

步驟S1：控制限位組件繞軟軸的旋轉軸線旋轉，使限位件與結合槽在周向上相對，並保持限位組件與籽晶夾的轉速相同；且，控制限位組件沿軟軸的旋轉軸線移動，使限位件與結合槽在軸向上相對；

步驟S2：驅動限位件朝向固定位置活動，使限位件從結合槽的另一端伸至結合槽內以與下夾體結合，且將結合件推出結合槽；

步驟S3：向上收捲軟軸，將上夾體從下夾體上分離下來，並將上遮蓋移動至硬軸的頂部。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐瞭解到。

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“上”、“下”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵面參考圖附圖描述根據本發明實施例的籽晶的提拉機構。

下面參考附圖描述根據本發明的籽晶的提拉機構100。

如圖1和圖2所示，根據本發明實施例的籽晶的提拉機構100，包括：籽晶夾10、軟軸20和限位組件30。

籽晶夾10用於固定籽晶200，以將籽晶200吊在熔湯中生成晶棒。軟軸20下端連接籽晶夾10，軟軸20構造成能夠牽引籽晶夾10旋轉和升降。

可以理解的是，在直拉單晶製造法的單晶生長中，在合適的溫度下，當籽晶200吊在原料熔湯中，熔湯中的原子會順著籽晶200的原子排列結構在固液交界面上形成規則的結晶，成為單晶體。通過軟軸20牽引籽晶夾10上升，使籽晶200緩慢生長，持續結晶，生成晶棒。通過軟軸20牽引籽晶夾10旋轉，帶動晶棒旋轉，可以控制晶棒生長時的直徑。

由於軟軸20的剛性較小，在軟軸20牽引籽晶夾10旋轉和升降的過程中，籽晶夾10容易產生晃動，使晶棒下端與熔湯液面距離不穩，且晶棒生長直徑變化，即影響了晶棒生長。為解決這一技術問題，本申請中提出提拉機構100還包括限位組件30。

限位組件30為一個或環繞籽晶夾10分佈的多個，每個限位組件30位於籽晶夾10的水平一側，限位組件30構造成能夠升降和繞軟軸20的旋轉軸線L1旋轉。其中，限位組件30包括限位件31，限位件31具有可切換的伸出位置和回縮位置，在伸出位置的限位件31與籽晶夾10之間的距離為第一距離a1，在回縮位置的限位件31與籽晶夾10之間的距離為第二距離a2，第二距離a2大於第一距離a1，限位組件30能夠在籽晶夾10晃動時將限位件31伸至伸出位置。

在本申請的提拉機構100中，當軟軸20牽引籽晶夾10旋轉和升降時，限位組件30可同時升降和繞軟軸20的旋轉軸線L1旋轉，使限位組件30和籽晶夾10保持相對靜止。當籽晶夾10未出現晃動，或者晃動幅度較小不影響生長時，參照圖2所示，限位件31處於回縮位置時，限位件31與籽晶夾10之間保持第二距離a2，保持限位件31與籽晶夾10間隔開。當籽晶夾10出現一定晃動時，參照圖2所示，限位件31伸至伸出位置，使限位件31與籽晶夾10之間處於第一距離a1，此時限位件31與籽晶夾10的外壁間距較小或限位件31與籽晶夾10的外壁相抵，在限位件31的作用下，能夠約束籽晶夾10的晃動幅度，實現對籽晶夾10晃動的快速穩定，減少對晶棒生長過程的影響。

這裡，第一距離a1可以為零，即限位件31在伸出位置時限位件31與籽晶夾10的外壁接觸。第一距離a1也可以大於零，即限位件31在伸出位置時限位件31與籽晶夾10的外壁不接觸。

在本申請的實施例中，籽晶夾10可以整體為回轉體形，籽晶夾10也可以僅豎向上某段為回轉體形，限位組件30限位元時與籽晶夾10的回轉形面配合。限位組件30可以為一個，例如：提拉機構100包括一個限位組件30，限位組件30包括一個限位件31，限位件30為環繞籽晶夾10設置的圓弧形。當籽晶夾10晃動達一定幅度時，限位件30移至伸出位置，限位件30擋在籽晶夾10的徑向外側，可以約束籽晶夾10的晃動幅度。另外，限位組件30可以為多個，多個限位組件30的多個限位件31環繞籽晶夾10設置，當籽晶夾10晃動達一定幅度時，多個限位件30移至伸出位置，多個限位件30擋在籽晶夾10的徑向外側，也可以約束籽晶夾10的晃動幅度。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在一些實施例中，如圖1和圖2所示，提拉機構100還包括硬軸40。硬軸40設置在籽晶夾10的水平一側或者套在籽晶夾10的外側，限位組件30安裝在硬軸40上。硬軸40的剛性較大，限位組件30安裝在硬軸40上，使限位組件30不易產生水平方向的晃動，從而限位件31在伸出位置能夠更好地對籽晶夾10的水平位置進行限定，更好的實現穩定籽晶夾10的作用。

採用硬軸40連接限位組件30，硬軸40豎向設置，可以減少佔用面積，方便提拉機構100在整個設備的安裝。

具體地，硬軸40被構造成能夠繞軟軸20的旋轉軸線L1旋轉，限位組件30可升降地安裝在硬軸40上。由此，限位組件30可與籽晶夾10實現同步升降，同時，硬軸40能夠帶動限位組件30旋轉，在這樣的設置下，硬軸40與軟軸20都圍繞旋轉軸線L1旋轉，也就是說，限位組件30和軟軸20同時圍繞轉軸線L1旋轉，限位組件30可與軟軸20同步旋轉，從而限位件31在伸出位置時能夠將籽晶夾10的旋轉軸線限定為軟軸20的旋轉軸線L1，有效地減少籽晶夾10的晃動。

這裡，將限位組件30的旋轉和移動的驅動結構分開，限位組件30需要升降時沿硬軸40升降，限位組件30需要旋轉時由硬軸40旋轉，兩個運動的驅動源分開，可以簡化驅動結構，提高對運動精度的控制。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

進一步地，如圖1和圖2所示，硬軸40套在籽晶夾10的外側，硬軸40的內壁上設有豎向設置的升降槽44，限位組件30包括滑座32，滑座32可上下滑動地配合在升降槽44內。由此，硬軸40本身結構剛度大，硬軸40在受力衝擊時變形幅度小，可進一步提高限位組件30運動控制的準確性。

將硬軸40套在籽晶夾10的外側，能夠對籽晶夾10形成一定保護，防止硬軸40外側的環境對籽晶夾10的穩定性和籽晶200產生影響，例如，防止硬軸40外側氣流使籽晶夾10產生晃動，又例如，防止因硬軸40外側氣流帶來雜質附著在籽晶200上，對籽晶200造成污染。

此外，在硬軸40上設有豎向的升降槽44與限位組件30配合，限位組件30通過滑座32配合在升降槽44內，升降槽44可對限位組件30在硬軸40周向上的位置進行限定，減少限位組件30的晃動，進一步提高限位件31在伸出位置對籽晶夾10的穩定效果。這裡，控制限位組件30升降的方式不限於此，還可以在硬軸40上設置滑軌，限位組件30通過滑塊配合在滑軌上。

在一些具體實施例中，硬軸40為圓管體，硬軸40套在籽晶夾10、軟軸20的外側，軟軸20位於硬軸40的中心軸線L2上。將硬軸40設置為圓管體，在工藝上較為簡單，且具有較好的結構強度。在這樣的結構下，限位組件30圍繞硬軸40的中心軸線L2旋轉，而硬軸40的中心軸線L2與軟軸20的旋轉軸線L1重合，使限位組件30和軟軸20可同步旋轉，實現限位件31在伸出位置對籽晶夾10的穩定作用。

當然，在本方案中，硬軸40結構不限於圓管體，例如，硬軸40也可設置為方管體，此時，軟軸20也可位於硬軸40的中心軸線L2上，多個限位組件30相對中心軸線L2呈中心對稱設置在硬軸40內側，也可實現限位組件30與軟軸20的同軸同步旋轉。

在一些實施例中，如圖1至圖5所示，限位件31為限位柱，限位組件30還包括：推動件33，推動件33的輸出軸337與限位柱的一端相連，限位柱的另一端朝向籽晶夾10設置。推動件33可沿輸出軸337方向控制限位柱朝向籽晶夾10伸縮，改變限位柱和籽晶夾10之間的距離，實現限位柱在伸出位置和回縮位置之間切換。

其中，對推動件33的設置不做限制，例如，推動件33可設置為液壓缸，又例如，推動件33可設置為電機。

推動件33的設置，可使限位件31沿輸出軸337的伸縮方向移動，控制方式較簡單、準確。

在一些實施例中，如圖3至圖5所示，限位件31還具有與籽晶夾10連接的固定位置，限位組件30構造成在判定條件下，將限位件31驅動至固定位置以與籽晶夾10同步運動。由此，在判定條件下，限位件31能夠與籽晶夾10在固定位置對應，兩者保持相對靜止，使限位件31與籽晶夾10能夠在固定位置實現連接。

當軟軸20不適合再提拉籽晶夾10時，達到判定條件，可以將限位件31切換至與籽晶夾10硬接觸，讓限位件31帶動籽晶夾10升降和旋轉，代替軟軸20的作用。當限位組件30連接在硬軸40上時，籽晶夾10及籽晶200、晶棒的負荷，可以由軟軸20切換至硬軸40，籽晶夾10的運動由軟驅動切換至硬驅動。

本申請中，判定條件的設置可以根據實際需要確定。例如，當軟軸20超過設定使用壽命時，可以將籽晶夾10由軟軸20切換至硬軸40。又例如，當軟軸20的負荷過大導致容易斷裂或者使用壽命減短，可以將籽晶夾10由軟軸20切換至硬軸40。

這樣在軟軸20不適合提拉時切換由限位件31提拉，從而提高了晶棒生長的安全性，降低晶棒掉落砸進熔湯的風險。

本申請中，判定條件可以由人工確定，也可以通過設備自動確定。例如當工人發現軟軸20有斷裂風險時由工人輸出指令，將籽晶夾10由軟軸20提拉切換成由硬軸40提拉。又例如，當測得晶棒達到設定長度，設備自動將籽晶夾10由軟軸20提拉切換成由硬軸40提拉。

在本申請中，當籽晶夾10由軟軸20提拉，切換成由限位件31提拉後，軟軸20可以繼續保持連接在籽晶夾10上，也可以離開籽晶夾10。

在一些實施例中，如圖3至圖5所示，籽晶夾10包括下夾體11、上夾體12和離合結構13。下夾體11用於固定籽晶200。上夾體12可分離地連接在下夾體11上，上夾體12與軟軸20相連。離合結構13設置在上夾體12和下夾體11之間，離合結構13在分離狀態和結合狀態之間可切換。

在一些具體實施例中，提拉機構100還包括連接在軟軸20或者籽晶夾10上的重力檢測件（圖未示出），重力檢測件用於檢測籽晶夾10的重量，當檢測重量大於等於判定值時，滿足判定條件。當滿足判定條件時，限位組件30帶動限位件31移動到固定位置，限位件31帶動離合結構13切換至分離狀態，使下夾體11從與上夾體12連接轉換為與限位件31連接，通過限位件31承受籽晶夾10的重量，防止軟軸20承受的重量超出負載能力而斷裂，降低了晶棒等砸進熔湯風險。採用重力檢測件檢測，相對於其他方式，對於判定條件的判斷更加準確，而且可以實現切換自動化。

這裡，重力檢測件設在軟軸20上或者設在籽晶夾10上，都可以測量帶籽晶200的籽晶夾10的重量。而籽晶200上會生成晶棒，隨著晶棒的生長重量增加，因此重力檢測件的測量結果會有變化。當超過判定值時，表明軟軸20懸掛的重量過重，對軟軸20造成斷裂風險，此時切換可以降低風險。

在結合狀態時離合結構13將下夾體11和上夾體12結合為一體，此時軟軸20連接上夾體12控制籽晶夾10的旋轉與升降。限位件31在固定位置時，帶動離合結構13由結合狀態切換至分離狀態。在分離狀態時下夾體11和上夾體12之間可分離，此時上夾體12與軟軸20連接，下夾體11與限位件31連接，通過限位組件30控制下夾體11的旋轉和升降。

由此，下夾體11在提拉機構100中具有兩種連接方式，當離合結構13處於結合狀態時，下夾體11與上夾體12連接，同時軟軸20連接在上夾體12上用於控制籽晶夾10的旋轉與升降，此時軟軸20直接連接控制籽晶夾10的方式較為方便，但軟軸20能夠承受的重量有限。當離合結構13處於分離狀態時，下夾體11與限位件31連接，由於限位組件30連接在硬軸40上，硬軸40的結構強度高於軟軸20，限位組件30在硬軸40上能夠帶動更大重量的下夾體11和籽晶200旋轉與升降。

本申請方案的提拉機構100，在實際使用中，可根據軟軸20的提拉重量控制籽晶夾10的連接方式，當籽晶200上所提的晶棒重量較小時，下夾體11與上夾體12連接，通過軟軸20連接籽晶夾10，當晶棒重量的重量較大，達到軟軸20承受重量的限制值時，限位組件30將限位件31驅動到固定位置，下夾體11通過限位件31與硬軸連接，離合結構13切換到分離狀態，通過限位件31和硬軸40承受更大的重量，防止籽晶夾10的重量超過軟軸20的承載能力。

需要說明的是，離合結構13和限位組件30的數量可對應設置為一個或多個，例如，在圖3至圖5的示例中，離合結構13和限位組件30均對應設置為四個，四個離合結構13在籽晶夾10的同高度上等間距設置，四個限位組件30也圍繞籽晶夾10在同一高度等間距設置。在這樣的設置下，離合結構13處於結合狀態時，四個離合結構13受力均勻，能夠使上夾體12和下夾體11的連接更為穩固，防止下夾體11與上夾體12脫離。離合結構13處於分離狀態時，限位件31能夠在固定位置與下夾體11連接，四個限位件31受力均勻，能夠使下夾體11與限位件31的連接更為穩固。由此，在離合結構13處於兩種狀態時，下夾體11可分別與上夾體12和限位件31穩固連接，下夾體11不易脫落，保證提拉機構100使用的可靠性。

在本申請的方案中，離合結構13可以採用現有技術已知的離合結構方案，離合結構13可以通過電控自動切換，離合結構13也可以通過外部觸發切換，例如通過限位件31的動作來自動切換。

在一些具體實施例中，如圖3至圖5所示，離合結構13包括結合件131和結合槽132。結合件131可活動地設在上夾體12上。結合槽132形成在下夾體11上。離合結構13處於結合狀態時，結合件131插入配合在結合槽132的一端；離合結構13處於分離狀態時，結合件131完全退出結合槽132。限位件31在固定位置時，限位件31從結合槽132的另一端伸至結合槽132內以與下夾體11結合，且將結合件131推出結合槽132。

也就是說，離合結構13處於結合狀態時，通過結合件131和結合槽132的配合，上夾體12能夠卡接在下夾體11上，軟軸20可控制籽晶夾10的旋轉與升降。離合結構13處於分離狀態時，限位件31在固定位置與結合槽132配合，限位件31將結合件131推出結合槽132，使上夾體12和下夾體11脫離，此時，軟軸20與上夾體12連接並控制上夾體12的旋轉和升降，限位件31與下夾體11連接並控制下夾體11的旋轉與升降，兩者互不影響，保證下夾體11旋轉和升降的穩定性。

這裡，離合結構13的切換通過限位件31動作來實現，減少了離合結構13的結構複雜性。這樣離合結構13零件數量少、重量輕，而且離合結構13由於位於籽晶夾10上，降低了軟軸20的提拉負擔，降低了工作損耗。

在本申請的方案中，限位件31如何正對結合槽132並伸進結合槽132，可以採用檢測件獲取，例如設置霍爾感測器等方式來檢測。

具體地，如圖3和圖6所示，下夾體11包括：豎向設置的夾體管段111，結合槽132沿徑向形成在夾體管段111上。上夾體12包括：豎向設置的夾體柱段121，夾體柱段121配合在夾體管段111內。其中，離合結構13還包括彈性件133以及形成在夾體柱段121內的安裝槽134，安裝槽134在夾體柱段121的外周面上具有安裝口1341，安裝口1341正對結合槽132的一端設置，結合件131可活動地設置在安裝槽134內，彈性件133位於安裝槽134內且連接結合件131，彈性件133用於驅動結合件131沿徑向外移以插入結合槽132內。

可以理解的是，彈性件133在常態下驅動結合件131沿徑向通過安裝口1341伸出安裝槽134，彈性件133在壓縮狀態下結合件131可完全位於安裝槽134內。

在上夾體12和下夾體11連接時，夾體管段111和夾體柱段121配合，能夠使上夾體12和下夾體11在水平方向上的位置固定，通過結合件131與結合槽132的配合，可實現上夾體12和下夾體11在豎直方向上的連接位置固定，此外，彈性件133驅動結合件131伸出安裝口1341並插入結合槽132內，防止結合件131從結合槽132脫出，使上夾體12和下夾體11的連接更為穩固，從而上夾體12和下夾體11能夠實現穩固的連接。

需要說明的是，在圖1的示例中，下夾體11還包括夾體內環112，夾體內環112用於將籽晶200固定在下夾體11上。夾體內環112在向下的方向上內徑逐漸減小，從而籽晶200可通過自身的重量穩固地掛在夾體內環112上，實現籽晶200在下夾體11上的連接。

在本申請方案中，對彈性件133的結構不做限制，例如，彈性件133可設置為彈簧。

具體地，結合件131的徑向外端表面為半球面1315。半球面1315具有較好的結構強度，當限位件31推動結合件131時，結合件131受到的壓力能夠在半球面1315上分散，使結合件131不易變形，具有更好的耐用性。此外，將結合件131的徑向外端設置為半球面1315，在夾體柱段121與夾體管段111配合時，結合件131可通過半球曲面直接被夾體柱段121上沿壓入安裝槽134內，方便上夾體12與下夾體11的連接。

在又一些實施例中，如圖6至圖10所示，上夾體12還包括上遮蓋122，上遮蓋122遮擋在下夾體11的上方，上遮蓋122的水平投影面積大於下夾體11的水平投影面積。

需要說明的是，在晶棒生長的過程中，需要向硬軸40中充入惰性氣體，以使晶棒生成環境充滿惰性氣體，降低環境中空氣含量，減少雜質混入，提高晶棒的純淨度。本文中以氬氣為例，氬氣吹向籽晶200，可能會使籽晶200和下方晶棒降溫。本申請中通過設置上遮蓋122，上遮蓋122能夠對下夾體11和籽晶200形成一定遮擋，減少直吹籽晶200、晶棒的氬氣量，減少籽晶200、晶棒的溫度波動，從而有利於提高結晶形成的速度穩定性。

在一些具體實施例中，當提拉機構100還包括圓管形的硬軸40，硬軸40套在籽晶夾10、軟軸20的外側，軟軸20位於硬軸40的中心軸線L2上時，上遮蓋122可以為圓形，通過軟軸20的提拉，上遮蓋122與硬軸40同軸設置，這樣，上遮蓋122對籽晶200的遮蓋作用，在周向上較均勻。

具體地，上遮蓋122的直徑至少為硬軸40的內徑的0.8倍。這樣設置，可以保證上遮蓋122的覆蓋遮擋區域面積大，進一步減少惰性氣體直吹晶棒的幾率，從而保證晶棒生長的穩定性。

可選地，上遮蓋122的直徑小於硬軸40的內徑，從而減少在軟軸20提拉籽晶夾10時，上遮蓋122與硬軸40之間的摩擦損失。當然，本申請方案不限於此，有的方案中上遮蓋122的邊緣為光滑面，甚至上遮蓋為軟性蓋，此時上遮蓋122的直徑可以接近硬軸40的內徑。

綜上，本申請的這種籽晶的提拉機構100，當籽晶200出現晃動時，可以通過限位組件30的動作實現籽晶200的快速穩定，即快速停止晃動。當提拉重量較大時，可以將籽晶200從軟軸20連接切換至到硬軸40連接，以保證提拉的可靠性。

下面參考圖1至圖10描述根據本發明實施例的籽晶的提拉機構100的使用方法。這裡提拉機構100為上述實施例所述的籽晶的提拉機構100，這裡對於提拉機構100的結構不作贅述。

如圖1和圖2所示，提拉機構100具有第一模式，在第一模式下：軟軸20牽引籽晶夾10旋轉和升降，限位組件30與籽晶夾10同步升降和同步旋轉，限位組件30旋轉時繞軟軸20的旋轉軸線L1旋轉。當籽晶夾10的晃動幅度在設定範圍內時，限位組件30將限位件31保持在回縮位置。當籽晶夾10的晃動幅度超出設定範圍時，限位組件30驅動限位件31活動至伸出位置。

在這種模式下，當籽晶夾10的晃動幅度超出設定範圍時，限位組件30可活動至伸出位置，實現對籽晶夾10的快速穩定。限位組件30與籽晶夾10同步升降和同步旋轉，可保證限位組件30對籽晶夾10的穩定效果，籽晶夾10觸碰到限位組件30時不會產生摩擦力，從而避免使籽晶夾10的搖晃增大的問題。

具體地，如圖4和圖5所示，提拉機構100具有第二模式，在第二模式下：限位件31位於與籽晶夾10連接的固定位置，限位組件30帶動籽晶夾10同步升降和同步旋轉。在這種模式下，限位組件30與籽晶夾10固定連接，籽晶夾10不會產生相對限位組件30的晃動，同時，限位組件30相對於軟軸20能夠承受更大的籽晶夾10重量。

這樣，可以在軟軸20不適合提拉時，將籽晶夾10由軟軸20驅動，切換成由限位組件30帶動提拉、旋轉，降低了軟軸20斷裂風險，提高了晶棒生長的穩定性及可靠性。

具體地，如圖9和圖10所示，當籽晶夾10包括：下夾體11、上夾體12和離合結構13。下夾體11用於固定籽晶200。上夾體12可分離地連接在下夾體11上，上夾體12與軟軸20相連。離合結構13，離合結構13設置在上夾體12和下夾體11之間，離合結構13在分離狀態和結合狀態之間可切換，離合結構13包括結合件131和結合槽132，結合件131可活動地設在上夾體12上，結合槽132形成在下夾體11上；離合結構13處於結合狀態時，結合件131插入配合在結合槽132的一端；離合結構13處於分離狀態時，結合件131完全退出結合槽132。

提拉機構100從第一模式向第二模式切換的步驟包括：

步驟S1：控制限位組件30繞軟軸20的旋轉軸線L1旋轉，使限位件31與結合槽132在周向上相對，並保持限位組件30與籽晶夾10的轉速相同；且控制限位組件30沿軟軸20的旋轉軸線L1移動，使限位件31與結合槽132在軸向上相對。

在步驟S1裡，驅動限位組件30與籽晶夾10的轉速相同，驅動限位件31與結合槽132高度相等，可以先後進行，也可以同時進行，這裡不作限制。

步驟S2：驅動限位件31朝向固定位置活動，使限位件31從結合槽132的另一端伸至結合槽132內以與下夾體11結合，且將結合件131推出結合槽132。

步驟S3：向上收捲軟軸20，將上夾體12從下夾體11上分離下來，並將上夾體12移動至下夾體11上方，實現軟軸20和籽晶200的完全分離。

在提拉機構100從第一模式向第二模式切換的步驟中，首先控制限位組件30繞軟軸20的旋轉軸線L1旋轉，使限位件31與結合槽132在周向上相對，並保持限位組件30與籽晶夾10的轉速相同，且控制限位組件30沿軟軸20的旋轉軸線L1移動，使限位件31與結合槽132在軸向上相對，保證限位件31能夠與結合槽132配合。然後驅動限位件31朝向固定位置活動，使限位件31從結合槽132的另一端伸至結合槽132內以與下夾體11結合，且將結合件131推出結合槽132，實現下夾體11與限位件31的連接，同時使上夾體12可與下夾體11分離。最後向上收捲軟軸20，將上夾體12從下夾體11上分離下來，並將上夾體12移動至下夾體11上方，實現軟軸20和籽晶夾10的完全分離，此時軟軸20和籽晶夾10完全分離，軟軸20對籽晶夾10的旋轉與升降不產生影響，通過硬軸40控制籽晶夾10的旋轉與升降，能夠承受更大的重量。

當提拉機構100還包括硬軸40，硬軸40套在籽晶夾10、軟軸20的外側，上夾體12還具有上遮蓋122時，在步驟S3中，在上夾體12從下夾體11上分離下來後，可以將上遮蓋122移動至硬軸40的頂部，實現對氣體遮擋，降低對晶棒生長的影響。此時，僅利用硬軸40，可以實現籽晶夾10的旋轉和升降

根據本發明實施例的籽晶200的提拉機構100的其他構成以及操作對於本領域普通技術人員而言都是已知的，這裡不再詳細描述。

在本說明書的描述中，參考術語“實施例”、“示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由請求項及其等同物限定。

100：提拉機構 10：籽晶夾 11：下夾體 111：夾體管段 112：夾體內環 12：上夾體 121：夾體柱段 122：上遮蓋 13：離合結構 131：結合件 1315：半球面 132：結合槽 133：彈性件 134：安裝槽 1341：安裝口 20：軟軸 L1：旋轉軸線 30：限位組件 31：限位件 32：滑座 33：推動件 337：輸出軸 a1：第一距離 a2：第二距離 40：硬軸 L2：中心軸線 44：升降槽 200：籽晶

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中： 圖1是本發明一個實施例的提拉機構與籽晶的截面示意圖； 圖2是圖1所示提拉機構在限位件由回縮位置向伸出位置切換的過程圖； 圖3是本發明另一個實施例的提拉機構與籽晶的截面示意圖； 圖4是圖3所示提拉機構的使用過程圖； 圖5是圖3所示提拉機構在限位件正對結合槽時的局部放大圖； 圖6是本發明又一個實施例的提拉機構與籽晶的截面示意圖； 圖7是圖6所示實施例的提拉機構在軟軸隱藏時的俯視圖； 圖8是圖7實施例的提拉機構在上夾體隱藏時的俯視圖； 圖9是圖8實施例的提拉機構在限位件位於固定位置時的俯視圖； 圖10是圖6所示實施例的提拉機構在軟軸收捲後的截面示意圖。

100:提拉機構

10:籽晶夾

11:下夾體

111:夾體管段

112:夾體內環

12:上夾體

121:夾體柱段

20:軟軸

30:限位組件

31:限位件

32:滑座

33:推動件

40:硬軸

44:升降槽

L1:旋轉軸線

L2:中心軸線

200:籽晶

Claims (14)

1. 一種籽晶的提拉機構，其中，包括： 一籽晶夾，所述籽晶夾用於固定一籽晶； 一軟軸，所述軟軸下端連接所述籽晶夾，所述軟軸構造成能夠牽引所述籽晶夾旋轉和升降； 一限位組件，所述限位組件為一個或環繞所述籽晶夾分佈的多個，每個所述限位組件位於所述籽晶夾的水平一側，所述限位組件構造成能夠升降和繞所述軟軸的旋轉軸線旋轉；其中， 所述限位組件包括一限位件，所述限位件具有可切換的一伸出位置和一回縮位置，在所述伸出位置的所述限位件與所述籽晶夾之間的距離為一第一距離，在所述回縮位置的所述限位件與所述籽晶夾之間的距離為一第二距離，所述第二距離大於所述第一距離，所述限位組件能夠在所述籽晶夾晃動時將所述限位件伸至所述伸出位置。
2. 根據請求項1所述的籽晶的提拉機構，其中，所述提拉機構還包括：一硬軸，所述硬軸設置在所述籽晶夾的水平一側或者套在所述籽晶夾的外側，所述限位組件安裝在所述硬軸上； 所述硬軸構造成能夠繞所述軟軸的旋轉軸線旋轉，所述限位組件可升降地安裝在所述硬軸上。
3. 根據請求項2所述的籽晶的提拉機構，其中，所述硬軸套在所述籽晶夾的外側，所述硬軸的內壁上設有豎向設置的一升降槽，所述限位組件包括一滑座，所述滑座可上下滑動地配合在所述升降槽內。
4. 根據請求項1所述的籽晶的提拉機構，其中，所述限位件為一限位柱，所述限位組件還包括一推動件，所述推動件的一輸出軸與所述限位柱的一端相連，所述限位柱的另一端朝向所述籽晶夾設置。
5. 根據請求項1至4中任一項所述的籽晶的提拉機構，其中，所述限位件還具有與所述籽晶夾連接的一固定位置，所述限位組件構造成在判定條件下，將所述限位件驅動至所述固定位置以與所述籽晶夾同步運動。
6. 根據請求項5所述的籽晶的提拉機構，其中，所述籽晶夾包括： 一下夾體，所述下夾體用於固定所述籽晶； 一上夾體，所述上夾體可分離地連接在所述下夾體上，所述上夾體與所述軟軸相連； 一離合結構，所述離合結構設置在所述上夾體和所述下夾體之間，所述離合結構在一分離狀態和一結合狀態之間可切換，在所述分離狀態時，所述下夾體和所述上夾體之間可分離，在所述結合狀態時，所述離合結構將所述下夾體和所述上夾體結合為一體； 所述限位件在所述固定位置時，帶動所述離合結構由所述結合狀態切換至所述分離狀態。
7. 根據請求項6所述的籽晶的提拉機構，其中，所述離合結構包括： 一結合件，所述結合件可活動地設在所述上夾體上； 一結合槽，所述結合槽形成在所述下夾體上； 所述離合結構處於所述結合狀態時，所述結合件插入配合在所述結合槽的一端；所述離合結構處於所述分離狀態時，所述結合件完全退出所述結合槽； 所述限位件在所述固定位置時，所述限位件從所述結合槽的另一端伸至所述結合槽內以與所述下夾體結合，且將所述結合件推出所述結合槽。
8. 根據請求項7所述的籽晶的提拉機構，其中， 所述下夾體包括：豎向設置的一夾體管段，所述結合槽沿徑向形成在所述夾體管段上； 所述上夾體包括：豎向設置的一夾體柱段，所述夾體柱段配合在所述夾體管段內； 其中，所述離合結構還包括一彈性件、形成在所述夾體柱段內的一安裝槽，所述安裝槽在所述夾體柱段的外周面上具有一安裝口，所述安裝口正對所述結合槽的一端設置，所述結合件可活動地設置在所述安裝槽內，所述彈性件位於所述安裝槽內且連接所述結合件，所述彈性件用於驅動所述結合件沿徑向外移以插入所述結合槽內。
9. 根據請求項8所述的籽晶的提拉機構，其中，所述結合件的徑向外端表面為半球面。
10. 根據請求項6所述的籽晶的提拉機構，其中，所述上夾體還包括一上遮蓋，所述上遮蓋遮擋在所述下夾體的上方，所述上遮蓋的水平投影面積大於所述下夾體的水平投影面積； 當所述提拉機構還包括圓管形的一硬軸，所述硬軸套在所述籽晶夾和所述軟軸的外側，所述軟軸位於所述硬軸的中心軸線上，所述上遮蓋為圓形，且所述上遮蓋的直徑至少為所述硬軸的內徑的0.8倍。
11. 根據請求項5所述的籽晶的提拉機構，其中，所述提拉機構還包括連接在所述軟軸或者所述籽晶夾上的一重力檢測件，所述重力檢測件用於檢測所述籽晶夾的重量，當檢測重量大於等於判定值時滿足所述判定條件。
12. 一種籽晶的提拉機構的使用方法，其中，採用請求項1至11中任一項所述的籽晶的提拉機構，所述提拉機構具有一第一模式，在所述第一模式下： 一軟軸牽引一籽晶夾旋轉和升降，一限位組件與所述籽晶夾同步升降和同步旋轉，所述限位組件旋轉時繞所述軟軸的旋轉軸線旋轉； 當所述籽晶夾的晃動幅度在一設定範圍內時，所述限位組件將一限位件保持在一回縮位置； 當所述籽晶夾的晃動幅度超出所述設定範圍時，所述限位組件驅動所述限位件活動至一伸出位置。
13. 根據請求項12所述的籽晶的提拉機構的使用方法，其中，所述提拉機構具有一第二模式，在所述第二模式下： 所述限位件位於與所述籽晶夾連接的一固定位置，所述限位組件帶動所述籽晶夾同步升降和同步旋轉。
14. 根據請求項13所述的籽晶的提拉機構的使用方法，其中，所述籽晶夾包括： 一下夾體，所述下夾體用於固定所述籽晶； 一上夾體，所述上夾體可分離地連接在所述下夾體上，所述上夾體與所述軟軸相連，所述上夾體具有一上遮蓋； 一離合結構，所述離合結構設置在所述上夾體和所述下夾體之間，所述離合結構在一分離狀態和一結合狀態之間可切換，所述離合結構包括一結合件和一結合槽，所述結合件可活動地設在所述上夾體上，所述結合槽形成在所述下夾體上；所述離合結構處於所述結合狀態時，所述結合件插入配合在所述結合槽的一端；所述離合結構處於所述分離狀態時，所述結合件完全退出所述結合槽； 且所述提拉機構還包括一硬軸，所述硬軸套在所述籽晶夾和所述軟軸的外側， 所述提拉機構從所述第一模式向所述第二模式切換的步驟包括： 步驟S1：控制所述限位組件繞所述軟軸的旋轉軸線旋轉，使所述限位件與所述結合槽在周向上相對，並保持所述限位組件與所述籽晶夾的轉速相同；且， 控制所述限位組件沿所述軟軸的旋轉軸線移動，使所述限位件與所述結合槽在軸向上相對； 步驟S2：驅動所述限位件朝向所述固定位置活動，使所述限位件從所述結合槽的另一端伸至所述結合槽內以與所述下夾體結合，且將所述結合件推出所述結合槽； 步驟S3：向上收捲所述軟軸，將所述上夾體從所述下夾體上分離下來，並將所述上遮蓋移動至所述硬軸的頂部。