專(zhuān)利名稱(chēng)：新型多晶爐加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
新型多晶爐加熱裝置技術(shù)領(lǐng)域:本實(shí)用新型涉及多晶硅錠的制造裝置，特別涉及一種新型多晶爐加熱裝置。
背景技術(shù)：
:多晶硅鑄錠爐是多晶硅料轉(zhuǎn)化為多晶硅錠工藝過(guò)程中的必備設(shè)備，而多晶硅錠經(jīng)工藝處理后又是光伏發(fā)電和半導(dǎo)體行業(yè)中的基礎(chǔ)原料。多晶硅錠作為現(xiàn)代信息社會(huì)的關(guān)鍵支撐材料，是目前世界上最重要的多晶材料之一，它不僅是發(fā)展計(jì)算機(jī)與集成電路的主要功能材料，也是光伏發(fā)電利用太陽(yáng)能的主要功能材料。多晶硅鑄錠過(guò)程中，溶化，長(zhǎng)晶、退火工序都要求在溫度梯度均勻分布的狀態(tài)下進(jìn)行，因此需根據(jù)加熱工藝要求控制腔體內(nèi)溫度分布，新型多晶爐加熱裝置可精確控制腔體內(nèi)溫度梯度均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)工藝要求。發(fā)明內(nèi)容:鑒于此，有必要設(shè)計(jì)一種新型多晶爐加熱裝置。一種新型多晶爐加熱裝置，包括:外殼、熱場(chǎng)裝置、加熱裝置、抽真空裝置、懸掛支撐裝置；其中，外殼包括上腔體和下腔體；懸掛支撐裝置包括提升桿、吊耳和支撐桿；支撐桿垂直固定于外殼底部，提升桿垂直連接于外殼內(nèi)部，提升桿頂端與外殼頂部的提升裝置相連，提升桿底端與設(shè)置在熱場(chǎng)裝置頂面的吊耳相連；熱場(chǎng)裝置為可從下底面打開(kāi)的長(zhǎng)方體腔體，熱場(chǎng)裝置通過(guò)在其頂部與提升桿連接及底部與支撐桿連接來(lái)固定懸吊在外殼內(nèi)，加熱裝置位于熱場(chǎng)裝置內(nèi)且罩在石英坩堝上，抽真空裝置位于外殼外并通過(guò)管道與外殼上對(duì)應(yīng)的孔相連。優(yōu)選的，熱場(chǎng)裝置包括:隔熱籠、外保溫層、內(nèi)保溫層、坩堝底板、熱交換臺(tái)側(cè)部保溫條、熱交換臺(tái)、底部保溫層、熱交換臺(tái)底部保溫層、頂部保溫層；其中，隔熱籠為長(zhǎng)方體腔體，其上下面開(kāi)口 ；在隔熱籠內(nèi)壁設(shè)有一層緊靠隔熱籠的外保溫層，在緊靠外保溫層的內(nèi)部又設(shè)有內(nèi)保溫層；在隔熱籠頂部開(kāi)口處設(shè)有頂部保溫層，在隔熱籠底端開(kāi)口處設(shè)有一圈矩型帶狀的底部保溫層；在支撐桿中部水平固定有熱交換臺(tái)底部保溫層，其大小要與底部保溫層內(nèi)圈相適應(yīng)；在支撐桿頂端從上到下依次設(shè)有坩堝底板、熱交換臺(tái)側(cè)部保溫條、熱交換臺(tái)，其中坩堝底板用于盛放石英坩堝。優(yōu)選的，加熱裝置包括頂部加熱體、側(cè)面加熱體、銅電極、石墨電極、固定夾、隔熱板；其中，三個(gè)固定夾呈三角形坐落在隔熱板下表面的邊線處，固定夾底端固定著四段側(cè)面加熱體，每段側(cè)面加熱體呈“W”型，四段側(cè)面加熱體首尾相連形成中空的與石英坩堝相配合的矩形；頂部加熱體也呈“W”型彎折且位于隔熱板下與隔熱板平行，頂部加熱體與穿過(guò)隔熱板的石墨電極直接相連；銅電極底端穿過(guò)頂部保溫層與隔熱板上的石墨電極和固定夾相連，銅電極頂端通過(guò)外殼頂部的孔與電源線相連。 優(yōu)選的，抽真空裝置與外殼采用法蘭連接。本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置底端可封閉/打開(kāi)的熱場(chǎng)裝置，當(dāng)需要定向結(jié)晶時(shí)，緩慢提起隔熱籠，底部保溫層與熱交換臺(tái)底部保溫層脫離產(chǎn)生縫隙，大量的輻射熱能會(huì)經(jīng)熱交換臺(tái)從此縫隙散發(fā)，此時(shí)，熱交換臺(tái)與石英坩堝必然發(fā)生熱交換，從而使石英坩堝的底部的硅液發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象，同時(shí)熱交換臺(tái)側(cè)部保溫條將熱場(chǎng)腔體分成上下兩部分，上部與內(nèi)保溫層仍然是一個(gè)封閉的環(huán)境，從而形成一個(gè)高溫區(qū)，可維持工藝需要的溫度，而下部由于散熱作用，形成一個(gè)低溫區(qū)，這樣在整個(gè)熱場(chǎng)腔體中，在硅液的結(jié)晶面形成一個(gè)垂直均勻分布的溫度梯度，通過(guò)控制散熱，加熱使硅液的結(jié)晶凝固得到有效控制，從而生產(chǎn)出符合使用要求的多晶娃鑄淀。


:附圖1是一較佳實(shí)施方式的新型多晶爐加熱裝置的剖視圖。附圖2是一較佳實(shí)施方式的新型多晶爐加熱裝置長(zhǎng)晶階段的剖視圖。附圖3是一較佳實(shí)施方式的加熱裝置倒置后的立體圖。圖中:上腔體11、下腔體12、法蘭13、提升桿21、吊耳22、支撐桿23、隔熱籠31、外保溫層38、內(nèi)保溫層32、坩堝底板33、熱交換臺(tái)側(cè)部保溫條34、熱交換臺(tái)35、底部保溫層36、熱交換臺(tái)底部保溫層37、頂部保溫層39、頂部加熱體41、側(cè)面加熱體42、銅電極46、石墨電極45、固定夾43、隔熱板44。
具體實(shí)施方式
:如圖1、圖2所示，一種新型多晶爐加熱裝置，包括:外殼、熱場(chǎng)裝置、加熱裝置、抽真空裝置、懸掛支撐裝置；其中，外殼包括上腔體11和下腔體12 ;懸掛支撐裝置包括提升桿21、吊耳22和支撐桿23 ;支撐桿23垂直固定于外殼底部，提升桿21垂直連接于外殼內(nèi)部，提升桿21頂端與外殼頂部的提升裝置相連，提升桿21底端與設(shè)置在熱場(chǎng)裝置頂面的吊耳22相連；熱場(chǎng)裝置為可從下底面打開(kāi)的長(zhǎng)方體腔體，熱場(chǎng)裝置通過(guò)在其頂部與提升桿21連接及底部與支撐桿23連接來(lái)固定懸吊在外殼內(nèi)，加熱裝置位于熱場(chǎng)裝置內(nèi)且罩在石英坩堝上，抽真空裝置位于外殼外并通過(guò)管道與外殼上對(duì)應(yīng)的孔相連。在本實(shí)施方式中，熱場(chǎng)裝置包括:隔熱籠31、外保溫層38、內(nèi)保溫層32、坩堝底板33、熱交換臺(tái)側(cè)部保溫條34、熱交換臺(tái)35、底部保溫層36、熱交換臺(tái)底部保溫層37、頂部保溫層39 ;其中，隔熱籠31為長(zhǎng)方體腔體，這個(gè)腔體為熱場(chǎng)腔體，其上下面開(kāi)口 ；在隔熱籠31內(nèi)壁設(shè)有一層緊靠隔熱籠31的外保溫層38，在緊靠外保溫層38的內(nèi)部又設(shè)有內(nèi)保溫層32 ;在隔熱籠31頂部開(kāi)口處設(shè)有頂部保溫層39，在隔熱籠31底端開(kāi)口處設(shè)有一圈矩型帶狀的底部保溫層36 ;在支撐桿23中部水平固定有熱交換臺(tái)底部保溫層37，其大小要與底部保溫層36內(nèi)圈相適應(yīng)；在支撐桿23頂端從上到下依次設(shè)有坩堝底板33、熱交換臺(tái)側(cè)部保溫條34、熱交換臺(tái)35，其中坩堝底板33用于盛放石英坩堝。結(jié)合圖3所示，在本實(shí)施方式中，加熱裝置包括頂部加熱體41、側(cè)面加熱體42、銅電極46、石墨電極45、固定夾43、隔熱板44 ;其中，三個(gè)固定夾43呈三角形坐落在隔熱板44下表面的邊線處，固定夾43底端固定著四段側(cè)面加熱體42，每段側(cè)面加熱42體呈“W”型，四段側(cè)面加熱體42首尾相連形成中空的與石英坩堝相配合的矩形；頂部加熱體41也呈“W”型彎折且位于隔熱板44下與隔熱板44平行，頂部加熱體41與穿過(guò)隔熱板44的石墨電極45直接相連；銅電極46底端穿過(guò)頂部保溫層39與隔熱板44上的石墨電極45和固定夾43相連，銅電極46頂端通過(guò)外殼頂部的孔與電源線相連。抽真空裝置與外殼采用法蘭連13接。要想獲得具有單向凝固組織的多晶硅錠，就必須保證能夠通過(guò)控制電路對(duì)頂部加熱體41和側(cè)面加熱體42的加熱器進(jìn)行控制，獲得工藝要求的溫度梯度，使石英坩堝底部的多晶硅開(kāi)始凝固時(shí)，石英坩堝中部及頂部的多晶硅仍處于熔融狀態(tài)，以便實(shí)施有效的單向凝固。布置在石英坩堝周?chē)捻敳考訜狍w41和側(cè)面加熱體42提供硅原料熔融的輻射熱能，為阻隔輻射熱能的釋放，在石英坩堝周?chē)?，隔熱籠31內(nèi)側(cè)布置了外保溫層38和內(nèi)保溫層32，在隔熱籠31底部、上部布置了底部保溫層36和頂部保溫層39，從而確保硅原料在一個(gè)封閉且沒(méi)有輻射熱能散失的環(huán)境中熔融，頂部加熱體41和側(cè)面加熱體42提供的熱量全部用于熔融硅原料；按此要求組裝的熱場(chǎng)裝置安裝在外殼內(nèi)后，清除熱場(chǎng)裝置內(nèi)的空氣以達(dá)到制造工藝要求的高真空環(huán)境,通電啟動(dòng)頂部加熱體41和側(cè)面加熱體42，按工藝要求先溫度控制，再功率控制，將硅原料加熱至一千四百多攝氏度，使之完全融化，由于在封閉的保溫環(huán)境下進(jìn)行，約10多個(gè)小時(shí)便可將數(shù)百公斤的硅原料熔化，根據(jù)工藝要求繼續(xù)保溫一段時(shí)間，讓硅原料中的等雜質(zhì)充分熔化，揮發(fā)或汽化；然后改變控制模式，逐步緩慢提起隔熱籠31，由于隔熱籠31的保溫作用，隔熱籠31內(nèi)部與隔熱籠31外部會(huì)有一個(gè)溫差，底部保溫層36與熱交換臺(tái)底部保溫層37脫離產(chǎn)生縫隙，大量的輻射熱能會(huì)經(jīng)熱交換臺(tái)35從此縫隙散發(fā)，此時(shí)，熱交換臺(tái)35與石英坩堝必然發(fā)生熱交換，從而使石英坩堝的底部的硅液發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象，同時(shí)熱交換臺(tái)側(cè)部保溫條34將熱場(chǎng)腔體分成上下兩部分，上部與內(nèi)保溫層32仍然是一個(gè)封閉的環(huán)境，從而形成一個(gè)高溫區(qū)，可維持工藝需要的溫度，而下部由于散熱作用，形成一個(gè)低溫區(qū)，這樣在整個(gè)熱場(chǎng)腔體中，在硅液的結(jié)晶面形成一個(gè)垂直均勻分布的溫度梯度，通過(guò)控制散熱，加熱使硅液的結(jié)晶凝固得到有效控制，從而生產(chǎn)出符合使用要求的多晶娃鑄淀。
權(quán)利要求1.一種新型多晶爐加熱裝置，其特征在于，包括:外殼、熱場(chǎng)裝置、加熱裝置、抽真空裝置、懸掛支撐裝置；其中，外殼包括上腔體和下腔體；懸掛支撐裝置包括提升桿、吊耳和支撐桿；支撐桿垂直固定于外殼底部，提升桿垂直連接于外殼內(nèi)部，提升桿頂端與外殼頂部的提升裝置相連，提升桿底端與設(shè)置在熱場(chǎng)裝置頂面的吊耳相連；熱場(chǎng)裝置為可從下底面打開(kāi)的長(zhǎng)方體腔體，熱場(chǎng)裝置通過(guò)在其頂部與提升桿連接及底部與支撐桿連接來(lái)固定懸吊在外殼內(nèi)，加熱裝置位于熱場(chǎng)裝置內(nèi)且罩在石英坩堝上，抽真空裝置位于外殼外并通過(guò)管道與外殼上對(duì)應(yīng)的孔相連。
2.如權(quán)利要求1所述的新型多晶爐加熱裝置，其特征在于:熱場(chǎng)裝置包括:隔熱籠、夕卜保溫層、內(nèi)保溫層、坩堝底板、熱交換臺(tái)側(cè)部保溫條、熱交換臺(tái)、底部保溫層、熱交換臺(tái)底部保溫層、頂部保溫層；其中，隔熱籠為長(zhǎng)方體腔體，其上下面開(kāi)口 ；在隔熱籠內(nèi)壁設(shè)有一層緊靠隔熱籠的外保溫層，在緊靠外保溫層的內(nèi)部又設(shè)有內(nèi)保溫層；在隔熱籠頂部開(kāi)口處設(shè)有頂部保溫層，在隔熱籠底端開(kāi)口處設(shè)有一圈矩型帶狀的底部保溫層；在支撐桿中部水平固定有熱交換臺(tái)底部保溫層，其大小要與底部保溫層內(nèi)圈相適應(yīng)；在支撐桿頂端從上到下依次設(shè)有坩堝底板、熱交換臺(tái)側(cè)部保溫條、熱交換臺(tái)。
3.如權(quán)利要求2所述的新型多晶爐加熱裝置，其特征在于:加熱裝置包括頂部加熱體、側(cè)面加熱體、銅電極、石墨電極、固定夾、隔熱板；其中，三個(gè)固定夾呈三角形坐落在隔熱板下表面的邊線處，固定夾底端固定著四段側(cè)面加熱體，每段側(cè)面加熱體呈“W”型，四段側(cè)面加熱體首尾相連形成中空的與石英坩堝相配合的矩形；頂部加熱體也呈“W”型彎折且位于隔熱板下與隔熱板平行，頂部加熱體與穿過(guò)隔熱板的石墨電極直接相連；銅電極底端穿過(guò)頂部保溫層與隔熱板上的石墨電極和固定夾相連，銅電極頂端通過(guò)外殼頂部的孔與電源線相連。
4.如權(quán)利要求1所述的新型多晶爐加熱裝置，其特征在于:抽真空裝置與外殼采用法蘭連接。
專(zhuān)利摘要一種新型多晶爐加熱裝置，包括外殼、熱場(chǎng)裝置、加熱裝置、抽真空裝置、懸掛支撐裝置；熱場(chǎng)裝置包括隔熱籠、外保溫層、內(nèi)保溫層、坩堝底板、熱交換臺(tái)側(cè)部保溫條、熱交換臺(tái)、底部保溫層、熱交換臺(tái)底部保溫層、頂部保溫層；當(dāng)需要定向結(jié)晶時(shí)，緩慢提起隔熱籠，底部保溫層與熱交換臺(tái)底部保溫層脫離產(chǎn)生縫隙，大量的輻射熱能會(huì)經(jīng)熱交換臺(tái)從此縫隙散發(fā)，在硅液的結(jié)晶面形成一個(gè)垂直均勻分布的溫度梯度，通過(guò)控制散熱，加熱使硅液的結(jié)晶凝固得到有效控制，從而生產(chǎn)出符合使用要求的多晶硅鑄錠。
文檔編號(hào)C30B28/06GK202989330SQ20122054852
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者吳學(xué)軍, 周凱平 申請(qǐng)人:寧夏日晶新能源裝備股份有限公司