單晶爐熱場結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種能夠保證下爐膛內(nèi)的溫度保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)的單晶爐熱場結(jié)構(gòu)。該單晶爐熱場結(jié)構(gòu)包括上爐膛、下爐膛，上爐膛頂部設(shè)置有籽晶旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)，下爐膛內(nèi)設(shè)置有保溫筒，保溫筒內(nèi)設(shè)置有石墨坩堝，石墨坩堝內(nèi)設(shè)有石英坩堝，石墨坩堝外側(cè)設(shè)置有加熱器，石墨坩堝底部設(shè)置有坩堝旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)，石墨坩堝與坩堝旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)設(shè)置有圓形的石墨托板，所述氬氣管上設(shè)置有氣體加熱裝置，氣體加熱裝置可以對進入下爐膛內(nèi)的氬氣進行加熱，避免溫度較低的氬氣進入下爐膛內(nèi)對下爐膛內(nèi)的溫度造成較大的影響，在單晶爐熱場結(jié)構(gòu)工作的過程中，可以保證下爐膛內(nèi)的溫度保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)。適合在單晶生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
【專利說明】單晶爐熱場結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及單晶生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種單晶爐熱場結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]21世紀，世界能源危機促進了光伏市場的發(fā)展，晶體硅太陽能電池是光伏行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。隨著世界各國對太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的進一步重視，特別是發(fā)達國家制定了一系列的扶持政策，鼓勵開發(fā)利用太陽能，另外，隨著硅太陽能電池應(yīng)用面的不斷擴大，太陽能電池的需求量越來越大，硅單晶材料的需求量也就越來越大。
[0003]單晶硅為一種半導(dǎo)體材料，一般用于制造集成電路和其他電子元件，單晶硅生長技術(shù)有兩種:一種是區(qū)熔法，另一種是直拉法，其中直拉法使目前普遍采用的方法。
[0004]直拉法生長單晶硅的方法如下:將高純度的多晶硅原料放入單晶爐的石英坩禍內(nèi)，然后在低真空有流動惰性氣體的保護下加熱熔化，把一支有著特定生長方向的單晶硅(也叫做籽晶)裝入籽晶夾持裝置中，并使籽晶與硅溶液接觸，調(diào)整熔融硅溶液的溫度，使其接近熔點溫度，然后驅(qū)動籽晶自上而下伸入熔融的硅溶液中并旋轉(zhuǎn)，然后緩緩上提籽晶，此時，單晶硅進入錐體部分的生長，當錐體的直徑接近目標直徑時，提高籽晶的提升速度，使單晶硅體直徑不再增大而進入晶體的中部生長階段，在單晶硅體生長接近結(jié)束時，再提高籽晶的提升速度，單晶硅體逐漸脫離熔融硅，形成下錐體而結(jié)束生長。用這種方法生長出來的單晶硅，其形狀為兩段呈錐形的圓柱體，將該圓柱體切片，即得到單晶硅半導(dǎo)體原料，這種圓形單晶硅片就可以作為集成電路或太陽能的材料。
[0005]單晶硅拉制一般在單晶爐中進行，目前，所使用的單晶爐包括上爐膛、下爐膛，上爐膛設(shè)置在下爐膛上方且上爐膛通過隔離閥固定在下爐膛頂部，所述上爐膛頂部設(shè)置有籽晶旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)，所述下爐膛內(nèi)設(shè)置有保溫筒，所述保溫筒內(nèi)設(shè)置有石墨坩禍，所述石墨坩禍內(nèi)設(shè)有石英坩禍，石墨坩禍外側(cè)設(shè)置有加熱器，加熱器位于保溫筒內(nèi)，所述加熱器通過加熱電極固定在下爐膛底部，下爐膛的頂部連接有氬氣管，所述氬氣管穿過下爐膛伸入到下爐膛內(nèi)，所述下爐膛的下部設(shè)置有真空抽口，所述真空抽口上連接有排放管，排放管末端連接有真空泵，真空泵的進口與排放管的出口相連，所述石英坩禍上方設(shè)置有籽晶夾持裝置，所述籽晶夾持裝置通過傳動桿與籽晶旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)相連，所述石墨坩禍底部設(shè)置有坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)，所述石墨坩禍與坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)設(shè)置有圓形的石墨托板，這種單晶爐熱場結(jié)構(gòu)在實際使用過程中存在以下問題:首先，在單晶爐熱場結(jié)構(gòu)工作的過程中，下爐膛內(nèi)的溫度需保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)，由于現(xiàn)有的單晶爐熱場結(jié)構(gòu)都是直接將室溫的氬氣通入下爐膛內(nèi)，由于下爐膛內(nèi)的溫度較高，通常都是幾百度的高度，常溫的氬氣進入下爐膛內(nèi)勢必會對下爐膛內(nèi)的溫度造成較大的影響，如果下爐膛內(nèi)溫度波動變化較大會對晶棒的生長造成較大的影響，最后長成的晶棒質(zhì)量也會層次不齊；其次，在拉晶過程中，坩禍需旋轉(zhuǎn)并保持一定的速度上升，現(xiàn)有的單晶爐熱場結(jié)構(gòu)的坩禍旋轉(zhuǎn)頂升裝置都是靠一根坩禍軸實現(xiàn)，坩禍軸在轉(zhuǎn)動的過程中可以同時使坩禍上升和旋轉(zhuǎn)，但是這種坩禍旋轉(zhuǎn)頂升裝置存在一個問題，即坩禍的旋轉(zhuǎn)速度受限于坩禍的上升速度，如果坩禍的旋轉(zhuǎn)速度加快必然要導(dǎo)致坩禍的上升速度加快，二者不能分開單獨控制，有時，需要加快坩禍的旋轉(zhuǎn)速度但是不增加坩禍的上升速度，現(xiàn)有的單晶爐熱場結(jié)構(gòu)就無法實現(xiàn)上述功能，這對于拉晶工藝的參數(shù)控制極為不便。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠保證下爐膛內(nèi)的溫度保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)的單晶爐熱場結(jié)構(gòu)。
[0007]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該單晶爐熱場結(jié)構(gòu)，包括上爐膛、下爐膛，上爐膛設(shè)置在下爐膛上方且上爐膛通過隔離閥固定在下爐膛頂部，所述上爐膛頂部設(shè)置有籽晶旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)，所述下爐膛內(nèi)設(shè)置有保溫筒，所述保溫筒內(nèi)設(shè)置有石墨坩禍，所述石墨坩禍內(nèi)設(shè)有石英坩禍，石墨坩禍外側(cè)設(shè)置有加熱器，加熱器位于保溫筒內(nèi)，所述加熱器通過加熱電極固定在下爐膛底部，下爐膛的頂部連接有氬氣管，所述氬氣管穿過下爐膛伸入到下爐膛內(nèi)，所述下爐膛的下部設(shè)置有真空抽口，所述真空抽口上連接有排放管，排放管末端連接有真空泵，真空泵的進口與排放管的出口相連，所述石英坩禍上方設(shè)置有籽晶夾持裝置，所述籽晶夾持裝置通過傳動桿與籽晶旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)相連，所述石墨坩禍底部設(shè)置有坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)，所述石墨坩禍與坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)設(shè)置有圓形的石墨托板，所述氬氣管上設(shè)置有氣體加熱裝置，所述氣體加熱裝置包括柱狀基體，所述柱狀基體內(nèi)設(shè)置有圓柱形的氣體加熱空腔，所述柱狀基體上設(shè)置有與氣體加熱空腔連通的進氣口與出氣口，所述進氣口通過氣管與氬氣源連通，所述出氣口與氬氣管連通，所述柱狀基體的表面纏繞有加熱絲，所述加熱絲連接在電源上。
[0008]進一步的是，所述加熱絲與電源之間設(shè)置有溫控表，所述氣體加熱空腔內(nèi)設(shè)置有溫度探頭，所述溫度探頭與溫控表相連接。
[0009]進一步的是，所述坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)包括固定在石墨托板底部的旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸上固定有旋轉(zhuǎn)齒輪，所述旋轉(zhuǎn)軸底部設(shè)置有底座，所述旋轉(zhuǎn)軸通過軸承固定在底座上，所述底座上設(shè)置有驅(qū)動電機，所述驅(qū)動電機的輸出軸上設(shè)置有驅(qū)動齒輪，所述驅(qū)動齒輪與旋轉(zhuǎn)齒輪互相嚙合，所述底座下方設(shè)置有用于使底座上下移動的升降裝置。
[0010]進一步的是，所述升降裝置為液壓氣缸。
[0011]進一步的是，所述保溫筒與下爐膛的內(nèi)壁之間設(shè)置有保溫氈，所述保溫筒的內(nèi)壁上涂有熱輻射反射層。
[0012]本實用新型的有益效果是:通過在氬氣管上設(shè)置氣體加熱裝置，氣體加熱裝置可以對進入下爐膛內(nèi)的氬氣進行加熱，避免溫度較低的氬氣進入下爐膛內(nèi)對下爐膛內(nèi)的溫度造成較大的影響，在單晶爐熱場結(jié)構(gòu)工作的過程中，可以保證下爐膛內(nèi)的溫度保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)，避免對晶棒的生長造成較大的影響，保證最后長成的晶棒質(zhì)量達到較高的質(zhì)量水平，另外，利用加熱絲可以快速加熱，而且氣體加熱空腔為圓柱形，因而，可以保證氬氣有足夠的加熱時間，可以使得所有的氬氣被加熱到同樣的溫度，加熱效果較好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型單晶爐熱場結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖中標記為:上爐膛1、下爐膛2、隔離閥3、籽晶旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)4、保溫筒5、石墨坩禍6、石英坩禍7、加熱器8、加熱電極9、氬氣管10、真空抽口 11、排放管12、真空泵13、籽晶夾持裝置14、傳動桿15、坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)16、旋轉(zhuǎn)軸161、旋轉(zhuǎn)齒輪162、底座163、驅(qū)動電機164、驅(qū)動齒輪165、升降裝置166、石墨托板17、氣體加熱裝置29、柱狀基體291、氣體加熱空腔292、氬氣源293、加熱絲294、電源295、溫控表296、溫度探頭297、保溫氈30、熱輻射反射層31。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。
[0016]如圖1所示，該單晶爐熱場結(jié)構(gòu)，包括上爐膛1、下爐膛2，上爐膛I設(shè)置在下爐膛2上方且上爐膛I通過隔離閥3固定在下爐膛2頂部，所述上爐膛I頂部設(shè)置有籽晶旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)4，所述下爐膛2內(nèi)設(shè)置有保溫筒5，所述保溫筒5內(nèi)設(shè)置有石墨坩禍6，所述石墨坩禍6內(nèi)設(shè)有石英坩禍7，石墨坩禍6外側(cè)設(shè)置有加熱器8，加熱器8位于保溫筒5內(nèi)，所述加熱器8通過加熱電極9固定在下爐膛2底部，下爐膛2的頂部連接有氬氣管10，所述氬氣管10穿過下爐膛2伸入到下爐膛2內(nèi)，所述下爐膛2的下部設(shè)置有真空抽口 11，所述真空抽口 11上連接有排放管12，排放管12末端連接有真空泵13，真空泵13的進口與排放管12的出口相連，所述石英坩禍7上方設(shè)置有籽晶夾持裝置14，所述籽晶夾持裝置14通過傳動桿15與籽晶旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)4相連，所述石墨坩禍6底部設(shè)置有坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)16，所述石墨坩禍6與坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)16設(shè)置有圓形的石墨托板17，所述氬氣管10上設(shè)置有氣體加熱裝置29，所述氣體加熱裝置29包括柱狀基體291，所述柱狀基體291內(nèi)設(shè)置有圓柱形的氣體加熱空腔292，所述柱狀基體291上設(shè)置有與氣體加熱空腔292連通的進氣口與出氣口，所述進氣口通過氣管與氬氣源293連通，所述出氣口與氬氣管10連通，所述柱狀基體291的表面纏繞有加熱絲294，所述加熱絲294連接在電源295上。通過在氬氣管10上設(shè)置氣體加熱裝置29，氣體加熱裝置29可以對進入下爐膛2內(nèi)的氬氣進行加熱，避免溫度較低的氬氣進入下爐膛2內(nèi)對下爐膛2內(nèi)的溫度造成較大的影響，在單晶爐熱場結(jié)構(gòu)工作的過程中，可以保證下爐膛2內(nèi)的溫度保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)，避免對晶棒的生長造成較大的影響，保證最后長成的晶棒質(zhì)量達到較高的質(zhì)量水平，另外，利用加熱絲294可以快速加熱，而且氣體加熱空腔292為圓柱形，因而，可以保證氬氣有足夠的加熱時間，可以使得所有的氬氣被加熱到同樣的溫度，加熱效果較好。進一步的是，所述加熱絲294與電源295之間設(shè)置有溫控表296，所述氣體加熱空腔292內(nèi)設(shè)置有溫度探頭297，所述溫度探頭297與溫控表296相連接，通過溫控表296可以調(diào)整氣體加熱空腔292內(nèi)的溫度，使得惰性氣體的溫度能夠根據(jù)不同情況自由調(diào)整，使用非常方便。
[0017]為了能夠?qū)崿F(xiàn)坩禍的旋轉(zhuǎn)速度和上升速度單獨控制，所述坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)16包括固定在石墨托板17底部的旋轉(zhuǎn)軸161，所述旋轉(zhuǎn)軸161上固定有旋轉(zhuǎn)齒輪162，所述旋轉(zhuǎn)軸161底部設(shè)置有底座163，所述旋轉(zhuǎn)軸161通過軸承固定在底座163上，所述底座163上設(shè)置有驅(qū)動電機164，所述驅(qū)動電機164的輸出軸上設(shè)置有驅(qū)動齒輪165，所述驅(qū)動齒輪165與旋轉(zhuǎn)齒輪162互相嚙合，所述底座163下方設(shè)置有用于使底座163上下移動的升降裝置166。該坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)16的工作過程如下:石墨坩禍6的旋轉(zhuǎn)是靠驅(qū)動電機164來控制，具體的，驅(qū)動電機164使設(shè)置在輸出軸上的驅(qū)動齒輪165旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動齒輪165會帶動旋轉(zhuǎn)齒輪162旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)齒輪162固定在旋轉(zhuǎn)軸161上，因而會帶動旋轉(zhuǎn)軸161旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸161固定在石墨托板17底部，因而會帶動石墨托板17旋轉(zhuǎn)，石墨i甘禍6放置在石墨托板17上，石墨托板17轉(zhuǎn)動會帶動石墨坩禍6轉(zhuǎn)動，由于旋轉(zhuǎn)軸161是通過軸承固定在底座163上，因而旋轉(zhuǎn)軸161轉(zhuǎn)動時，底座163是不動的，底座163的上下移動通過升降裝置166實現(xiàn)，底座163向上移動時會帶動旋轉(zhuǎn)軸161向上移動，進而會帶動石墨托板17上升，從而實現(xiàn)石墨坩禍6的上升，因此，石墨坩禍6的上升與旋轉(zhuǎn)式單獨控制的，其上升速度和旋轉(zhuǎn)速度分別通過驅(qū)動電機164和升降裝置166控制，二者單獨控制給拉晶工藝的參數(shù)控制帶來了極大的便利。
[0018]進一步的是，所述升降裝置166為可以為電動推桿、氣缸等，作為優(yōu)選的方式是:所述升降裝置166為液壓氣缸，液壓氣缸具有較大的頂升力且控制方便。
[0019]為了減少熱量損失，節(jié)約能源，降低能耗，所述保溫筒5與下爐膛2的內(nèi)壁之間設(shè)置有保溫氈30，所述保溫筒5的內(nèi)壁上涂有熱輻射反射層31。
【權(quán)利要求】
1.單晶爐熱場結(jié)構(gòu)，包括上爐膛(1)、下爐膛(2)，上爐膛(I)設(shè)置在下爐膛(2)上方且上爐膛(I)通過隔離閥(3)固定在下爐膛(2)頂部，所述上爐膛(I)頂部設(shè)置有籽晶旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)(4)，所述下爐膛(2)內(nèi)設(shè)置有保溫筒(5)，所述保溫筒(5)內(nèi)設(shè)置有石墨坩禍(6)，所述石墨坩禍(6)內(nèi)設(shè)有石英坩禍(7)，石墨坩禍(6)外側(cè)設(shè)置有加熱器(8)，加熱器(8)位于保溫筒(5)內(nèi)，所述加熱器(8)通過加熱電極(9)固定在下爐膛(2)底部，下爐膛(2)的頂部連接有氬氣管(10)，所述氬氣管(10)穿過下爐膛(2)伸入到下爐膛(2)內(nèi)，所述下爐膛⑵的下部設(shè)置有真空抽口(11)，所述真空抽口(11)上連接有排放管(12)，排放管(12)末端連接有真空泵(13)，真空泵(13)的進口與排放管(12)的出口相連，所述石英坩禍(7)上方設(shè)置有籽晶夾持裝置(14)，所述籽晶夾持裝置(14)通過傳動桿(15)與籽晶旋轉(zhuǎn)提升機構(gòu)(4)相連，所述石墨坩禍(6)底部設(shè)置有坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)(16)，所述石墨坩禍(6)與坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)(16)設(shè)置有圓形的石墨托板(17)，其特征在于:所述氬氣管(10)上設(shè)置有氣體加熱裝置(29)，所述氣體加熱裝置(29)包括柱狀基體(291)，所述柱狀基體(291)內(nèi)設(shè)置有圓柱形的氣體加熱空腔(292)，所述柱狀基體(291)上設(shè)置有與氣體加熱空腔(292)連通的進氣口與出氣口，所述進氣口通過氣管與氬氣源(293)連通，所述出氣口與氬氣管(10)連通，所述柱狀基體(291)的表面纏繞有加熱絲(294)，所述加熱絲(294)連接在電源(295)上。
2.如權(quán)利要求1所述的單晶爐熱場結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述加熱絲(294)與電源(295)之間設(shè)置有溫控表(296)，所述氣體加熱空腔(292)內(nèi)設(shè)置有溫度探頭(297)，所述溫度探頭(297)與溫控表(296)相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的單晶爐熱場結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機構(gòu)(16)包括固定在石墨托板(17)底部的旋轉(zhuǎn)軸(161)，所述旋轉(zhuǎn)軸(161)上固定有旋轉(zhuǎn)齒輪(162)(162)，所述旋轉(zhuǎn)軸(161)底部設(shè)置有底座(163)，所述旋轉(zhuǎn)軸(161)通過軸承固定在底座(163)上，所述底座(163)上設(shè)置有驅(qū)動電機(164)，所述驅(qū)動電機(164)的輸出軸上設(shè)置有驅(qū)動齒輪(165)，所述驅(qū)動齒輪(165)與旋轉(zhuǎn)齒輪(162)互相嚙合，所述底座(163)下方設(shè)置有用于使底座(163)上下移動的升降裝置(166)。
4.如權(quán)利要求3所述的單晶爐熱場結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述升降裝置(166)為液壓氣缸。
5.如權(quán)利要求4所述的單晶爐熱場結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述保溫筒(5)與下爐膛(2)的內(nèi)壁之間設(shè)置有保溫氈(30)，所述保溫筒(5)的內(nèi)壁上涂有熱輻射反射層(31)。
【文檔編號】C30B15/14GK204251761SQ201420732690
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】陳五奎, 李軍, 馮加保, 徐文州, 耿榮軍 申請人:樂山新天源太陽能科技有限公司