單晶爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種能夠很方便的將石英坩堝的中心與籽晶棒的中軸線對準(zhǔn)的單晶爐。該單晶爐，包括上爐膛、下爐膛，所述上爐膛頂部設(shè)置有籽晶旋轉(zhuǎn)提升機(jī)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，所述石墨坩堝內(nèi)設(shè)有石英坩堝，石墨坩堝外側(cè)設(shè)置有加熱器，所述石墨坩堝底部設(shè)置有坩堝旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)，所述石墨坩堝與坩堝旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)設(shè)置有圓形的石墨托板，通過在石墨托板的上表面設(shè)置與石墨坩堝底部相適配的凹槽，所述石墨托板的外側(cè)套設(shè)有限位擋圈，限位擋圈與凹槽共同限制了石墨坩堝的放置位置，因而，放置好的石墨坩堝的中心自然就與籽晶棒的中心軸對準(zhǔn)了，無需反復(fù)調(diào)整，放置起來也非常方便。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

【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。

【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)，世界能源危機(jī)促進(jìn)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(jìn)一步重視，特別是發(fā)達(dá)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(kuò)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(hù)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(jìn)入錐體部分的生長，當(dāng)錐體的直徑接近目標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)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(jī)構(gòu)相連，所述石墨坩禍底部設(shè)置有坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)，所述石墨坩禍與坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)設(shè)置有圓形的石墨托板，這種單晶爐在實際使用過程中存在以下問題:首先，由于在單晶爐生產(chǎn)單晶過程中，必須保證石英坩禍的中心與籽晶棒的中軸線重合，這樣才能保證最后形成的晶棒直徑均勻一致，且坩禍在旋轉(zhuǎn)的過程中不會對晶棒造成影響，因而在放置坩禍需要將坩禍的中心與籽晶棒的中軸線對準(zhǔn)，現(xiàn)有的單晶爐在單晶爐在放置坩禍時都是靠人工對準(zhǔn)且沒有相應(yīng)的對準(zhǔn)基準(zhǔn)，需要反復(fù)調(diào)整，調(diào)整起來費事費力，且很難將坩禍的中心與籽晶棒的中軸線對準(zhǔn)，給操作人員帶來很大的不便；其次；氬氣的主要是作用一是保護(hù)硅棒不被氧化，二是帶走下爐膛內(nèi)產(chǎn)生的一氧化碳等廢氣，一氧化碳具有很強(qiáng)的腐蝕性，如果不及時排出會對下爐膛以及爐膛內(nèi)的各種設(shè)備造成腐蝕，減少其使用壽命，現(xiàn)有的單晶爐都是直接將氬氣通入下爐膛內(nèi)上部，由于下爐膛內(nèi)沒有設(shè)置布?xì)庋b置，因此，氬氣不能均勻的分散在下爐膛的上部，氬氣在向下運動的過程中，很難將下爐膛內(nèi)所有地方的廢氣帶出，長期滯留的一氧化碳廢氣會對爐子的部件造成腐蝕，影響其使用壽命；再者，由于一般的下爐膛只設(shè)置有一個真空抽口，位于真空抽口附近的氬氣以及廢氣可以很容易被抽出，但是位于真空抽口較遠(yuǎn)的地方的廢氣就很難被及時抽出，長期滯留的一氧化碳廢氣會對爐子的部件造成腐蝕，影響其使用壽命；另外，現(xiàn)有的單晶爐在進(jìn)行拉晶工藝之前需要先利用下爐膛內(nèi)抽至一定的真空度，然后再進(jìn)行拉晶工藝，在拉晶工藝過程中，真空泵一直工作其目的一是為了保證下爐膛內(nèi)保持一定的真空度，同時也將拉晶產(chǎn)生的廢氣在氬氣的裹帶下排出，由于現(xiàn)有的單晶爐的真空泵與真空抽口之間只有一根內(nèi)徑較粗的排放管，該排放管內(nèi)徑較粗，在拉晶工藝之前將下爐膛內(nèi)抽真空時效果較好，但是，在拉晶工藝過程中，由于排放管內(nèi)徑較粗，會將單晶爐內(nèi)的氣體快速的抽走，為了避免硅棒氧化，下爐膛內(nèi)需要保持一定濃度的氬氣，這樣便需要通入大量的氬氣體才能保證下爐膛內(nèi)保持一定濃度的氬氣，氬氣的需求量較大，而氬氣價格昂貴，致使生產(chǎn)成本較高；再者，在單晶爐工作的過程中，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(jìn)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；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很方便的將石英坩禍的中心與籽晶棒的中軸線對準(zhǔn)的單晶爐。
[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，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(jī)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(jìn)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(jī)構(gòu)相連，所述石墨坩禍底部設(shè)置有坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)，所述石墨坩禍與坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)設(shè)置有圓形的石墨托板，所述石墨托板的上表面設(shè)置有與石墨坩禍底部相適配的凹槽，所述石墨托板的外側(cè)套設(shè)有限位擋圈，所述限位擋圈的內(nèi)側(cè)表面設(shè)置有楔形槽，所述石墨托板的側(cè)面設(shè)置有與楔形槽相匹配的楔形塊，所述限位擋圈的內(nèi)徑與石墨坩禍底部的外徑相匹配。
[0008]進(jìn)一步的是，所述下爐膛內(nèi)設(shè)置有環(huán)形布?xì)獍澹霏h(huán)形布?xì)獍逅皆O(shè)置在石墨坩禍的上方，所述環(huán)形布?xì)獍鍨閵A層結(jié)構(gòu)，包括第一上層板與第一下層板，所述第一上層板與第一下層板之間密封形成第一夾層空間，所述氬氣管與第一夾層空間連通，所述第一下層板上設(shè)置有多個第一透氣孔，所述多個第一透氣孔在第一下層板上均布設(shè)置。
[0009]進(jìn)一步的是，所述下爐膛底部設(shè)置有吸氣板，所述吸氣板水平設(shè)置，所述吸氣板為夾層結(jié)構(gòu)，包括第二上層板與第二下層板，所述第二上層板與第二下層板之間密封形成第二夾層空間，所述真空抽口與第二夾層空間連通，所述第二上層板上設(shè)置有多個第二透氣孔，所述多個第二透氣孔在第二上層板上均布設(shè)置。
[0010]進(jìn)一步的是，所述真空泵的進(jìn)口與真空抽口之間設(shè)置有旁路管，所述旁路管上設(shè)置有用于使旁路管導(dǎo)通或關(guān)閉的旁通閥，所述排放管上設(shè)置有用于使排放管導(dǎo)通或關(guān)閉的工藝閥，所述旁路管的內(nèi)徑為排放管內(nèi)徑的1/3-1/2。
[0011]進(jìn)一步的是，所述工藝閥、旁通閥均為電磁閥，所述工藝閥上連接有第一觸發(fā)式開關(guān)，所述旁通閥上連接有第二觸發(fā)式開關(guān)，所述下爐膛內(nèi)設(shè)置有真空計，還包括控制器，所述第一觸發(fā)式開關(guān)、第二觸發(fā)式開關(guān)、真空計分別與控制器電連接。
[0012]進(jìn)一步的是，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(jìn)氣口與出氣口，所述進(jìn)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。
[0013]進(jìn)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。
[0014]進(jìn)一步的是，所述坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)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(jī)，所述驅(qū)動電機(jī)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。
[0015]進(jìn)一步的是，所述升降裝置為液壓氣缸。
[0016]進(jìn)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。
[0017]本實用新型的有益效果是:通過在石墨托板的上表面設(shè)置與石墨坩禍底部相適配的凹槽，所述石墨托板的外側(cè)套設(shè)有限位擋圈，所述限位擋圈的內(nèi)側(cè)表面設(shè)置有楔形槽，所述石墨托板的側(cè)面設(shè)置有與楔形槽相匹配的楔形塊，所述限位擋圈的內(nèi)徑與石墨坩禍底部的外徑相匹配，由于石墨托板是固定不動的，只需在首次調(diào)整好石墨托板的位置使凹槽的中心與籽晶棒的中心軸線對準(zhǔn)，后面在放置坩禍的時候，將限位擋圈向上拉至一定位置，限位擋圈與凹槽共同限制了石墨坩禍的放置位置，因而，放置好的石墨坩禍的中心自然就與籽晶棒的中心軸對準(zhǔn)了，石英坩禍與石墨坩禍的中心是重合的，因而，石英坩禍的中心也自然與籽晶棒中心軸對準(zhǔn)，無需反復(fù)調(diào)整，由于限位擋圈與凹槽共同限制了石墨坩禍的放置位置，放置起來也非常方便，給操作人員帶來很大的便利。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型單晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖中標(biāo)記為:上爐膛1、下爐膛2、隔離閥3、籽晶旋轉(zhuǎn)提升機(jī)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(jī)構(gòu)16、旋轉(zhuǎn)軸161、旋轉(zhuǎn)齒輪162、底座163、驅(qū)動電機(jī)164、驅(qū)動齒輪165、升降裝置166、石墨托板17、凹槽18、限位擋圈19、環(huán)形布?xì)獍?0、第一上層板201、第一下層板202、第一夾層空間203、第一透氣孔204、吸氣板21、第二上層板211、第二下層板212、第二夾層空間213、第二透氣孔214、旁路管22、旁通閥23、工藝閥24、第一觸發(fā)式開關(guān)25、第二觸發(fā)式開關(guān)26、真空計27、控制器28、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】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)一步說明。
[0021]如圖1所示，該單晶爐，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(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)構(gòu)16，所述石墨坩禍6與坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)16設(shè)置有圓形的石墨托板17，所述石墨托板17的上表面設(shè)置有與石墨坩禍6底部相適配的凹槽18，所述石墨托板17的外側(cè)套設(shè)有限位擋圈19，所述限位擋圈19的內(nèi)側(cè)表面設(shè)置有楔形槽，所述石墨托板17的側(cè)面設(shè)置有與楔形槽相匹配的楔形塊，所述限位擋圈19的內(nèi)徑與石墨坩禍6底部的外徑相匹配。通過在石墨托板17的上表面設(shè)置與石墨坩禍6底部相適配的凹槽18，所述石墨托板17的外側(cè)套設(shè)有限位擋圈19，所述限位擋圈19的內(nèi)側(cè)表面設(shè)置有楔形槽，所述石墨托板17的側(cè)面設(shè)置有與楔形槽相匹配的楔形塊，所述限位擋圈19的內(nèi)徑與石墨坩禍6底部的外徑相匹配，由于石墨托板17是固定不動的，只需在首次調(diào)整好石墨托板17的位置使凹槽18的中心與籽晶棒的中心軸線對準(zhǔn)，后面在放置坩禍的時候，將限位擋圈19向上拉至一定位置，限位擋圈19與凹槽18共同限制了石墨坩禍6的放置位置，因而，放置好的石墨坩禍6的中心自然就與籽晶棒的中心軸對準(zhǔn)了，石英坩禍7與石墨坩禍6的中心是重合的，因而，石英坩禍7的中心也自然與籽晶棒中心軸對準(zhǔn)，無需反復(fù)調(diào)整，由于限位擋圈19與凹槽18共同限制了石墨坩禍6的放置位置，放置起來也非常方便，給操作人員帶來很大的便利。
[0022]氬氣的主要是作用一是保護(hù)硅棒不被氧化，二是帶走下爐膛2內(nèi)產(chǎn)生的一氧化碳等廢氣，一氧化碳具有很強(qiáng)的腐蝕性，為了能夠及時排出下爐膛2內(nèi)的一氧化碳等廢氣，所述下爐膛2內(nèi)設(shè)置有環(huán)形布?xì)獍?0，所述環(huán)形布?xì)獍?0水平設(shè)置在石墨坩禍6的上方，所述環(huán)形布?xì)獍?0為夾層結(jié)構(gòu)，包括第一上層板201與第一下層板202，所述第一上層板201與第一下層板202之間密封形成第一夾層空間203，所述氬氣管10與第一夾層空間203連通，所述第一下層板202上設(shè)置有多個第一透氣孔204，所述多個第一透氣孔204在第一下層板202上均布設(shè)置。通過在下爐膛2內(nèi)設(shè)置有環(huán)形布?xì)獍?0，氬氣先融入環(huán)形布?xì)獍?0的夾層空間內(nèi)，然后再從第一下層板202上設(shè)置的多個第一透氣孔204噴出，由于環(huán)形布?xì)獍?0水平設(shè)置在石墨坩禍6的上方，氬氣經(jīng)過環(huán)形布?xì)獍?0的均布后，整個下爐膛2的的上部都有向下噴出的氬氣，這樣氬氣在向下流動的過程中就會將下爐膛2內(nèi)產(chǎn)生的廢氣及時裹帶走，避免一氧化碳廢氣長期滯留對設(shè)備造成腐蝕，可以延長設(shè)備的使用壽命。
[0023]進(jìn)一步的是，所述下爐膛2底部設(shè)置有吸氣板21，所述吸氣板21水平設(shè)置，所述吸氣板21為夾層結(jié)構(gòu)，包括第二上層板211與第二下層板212，所述第二上層板211與第二下層板212之間密封形成第二夾層空間213，所述真空抽口 11與第二夾層空間213連通，所述第二上層板211上設(shè)置有多個第二透氣孔214，所述多個第二透氣孔214在第二上層板211上均布設(shè)置。通過在下爐膛2底部設(shè)置吸氣板21，由于真空抽口 11與吸氣板21的第二夾層空間213連通，因此，在第二夾層空間213內(nèi)會形成吸力，將位于下爐膛2內(nèi)的氬氣以及廢氣從第二上層板211的第二透氣孔214內(nèi)吸入第二夾層空間213內(nèi)，進(jìn)而再將其從真空抽口 11內(nèi)抽出，吸氣板21可以很容易的將整個下爐膛2底部所有的氬氣和廢氣全部吸收，避免一氧化碳廢氣長期滯留對設(shè)備造成腐蝕，可以延長設(shè)備的使用壽命。
[0024]另外，所述真空泵13的進(jìn)口與真空抽口 11之間設(shè)置有旁路管22，所述旁路管22上設(shè)置有用于使旁路管22導(dǎo)通或關(guān)閉的旁通閥23，所述排放管12上設(shè)置有用于使排放管12導(dǎo)通或關(guān)閉的工藝閥24，所述旁路管22的內(nèi)徑為排放管12內(nèi)徑的1/3-1/2。通過設(shè)置旁路管22，使得真空泵13的進(jìn)口與真空抽口 11之間形成兩條通道，在進(jìn)行拉晶工藝之前需要先利用下爐膛2內(nèi)抽至一定的真空度時，將旁通閥23關(guān)閉，將工藝閥24打開，這樣可以將下爐膛2內(nèi)快速的抽至一定的真空度，當(dāng)抽真空完畢后進(jìn)入拉晶工藝階段時，將工藝閥24關(guān)閉并將旁通閥23打開，在拉晶工藝過程中，真空泵13—直工作其目的是為了保證下爐膛2內(nèi)保持一定的真空度，由于旁路管22的內(nèi)徑較小只有排放管12內(nèi)徑的三分之一至二分之一左右，這樣真空泵13在工作時，抽取的氣體量就大大減小，這樣只需通入少量的氬氣即可使下爐膛2內(nèi)保持一定濃度的氬氣，減少了氬氣的需求量較大，降低了生產(chǎn)成本。
[0025]再者，為了使工藝閥24、旁通閥23能夠自動控制，實現(xiàn)無人操作，所述工藝閥24、旁通閥23均為電磁閥，所述工藝閥24上連接有第一觸發(fā)式開關(guān)25，所述旁通閥23上連接有第二觸發(fā)式開關(guān)26，所述下爐膛2內(nèi)設(shè)置有真空計27，還包括控制器28，所述第一觸發(fā)式開關(guān)25、第二觸發(fā)式開關(guān)26、真空計27分別與控制器28電連接。當(dāng)真空泵13開始工作時，控制器28控制第一觸發(fā)式開關(guān)25使旁通閥23關(guān)閉旁路管22閉合，控制第二觸發(fā)式開關(guān)26使工藝閥24打開排放管12導(dǎo)通，真空泵13持續(xù)工作，真空計27用來測量爐體內(nèi)的真空度并將測得的真空值傳遞給控制器28，當(dāng)控制器28檢測到真空計27的數(shù)值達(dá)到規(guī)定要求時，控制器28控制第一觸發(fā)式開關(guān)25使旁通閥23打開旁路管22導(dǎo)通，控制第二觸發(fā)式開關(guān)26使工藝閥24關(guān)閉排放管12閉合，此時進(jìn)入拉晶工藝階段，整個過程無需人工對工藝閥24和旁通閥23進(jìn)行控制，實現(xiàn)了無人操作。
[0026]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(jìn)氣口與出氣口，所述進(jìn)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(jìn)入下爐膛2內(nèi)的氬氣進(jìn)行加熱，避免溫度較低的氬氣進(jìn)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(dá)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(jìn)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。
[0027]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(jī)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(jī)164，所述驅(qū)動電機(jī)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(jī)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(jī)164來控制，具體的，驅(qū)動電機(jī)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(jìn)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(jī)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。
[0028]進(jìn)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。
[0029]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，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(1)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(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)構(gòu)(16)，所述石墨坩禍(6)與坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)構(gòu)(16)設(shè)置有圓形的石墨托板(17)，其特征在于:所述石墨托板(17)的上表面設(shè)置有與石墨坩禍(6)底部相適配的凹槽(18)，所述石墨托板(17)的外側(cè)套設(shè)有限位擋圈(19)，所述限位擋圈(19)的內(nèi)側(cè)表面設(shè)置有楔形槽，所述石墨托板(17)的側(cè)面設(shè)置有與楔形槽相匹配的楔形塊，所述限位擋圈(19)的內(nèi)徑與石墨坩禍(6)底部的外徑相匹配。
2.如權(quán)利要求1所述的單晶爐，其特征在于:所述下爐膛(2)內(nèi)設(shè)置有環(huán)形布?xì)獍?20)，所述環(huán)形布?xì)獍?20)水平設(shè)置在石墨坩禍￠)的上方，所述環(huán)形布?xì)獍?20)為夾層結(jié)構(gòu)，包括第一上層板(201)與第一下層板(202)，所述第一上層板(201)與第一下層板(202)之間密封形成第一夾層空間(203)，所述氬氣管(10)與第一夾層空間(203)連通，所述第一下層板(202)上設(shè)置有多個第一透氣孔(204)，所述多個第一透氣孔(204)在第一下層板(202)上均布設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的單晶爐，其特征在于:所述下爐膛(2)底部設(shè)置有吸氣板(21)，所述吸氣板(21)水平設(shè)置，所述吸氣板(21)為夾層結(jié)構(gòu)，包括第二上層板(211)與第二下層板(212)，所述第二上層板(211)與第二下層板(212)之間密封形成第二夾層空間(213)，所述真空抽口(11)與第二夾層空間(213)連通，所述第二上層板(211)上設(shè)置有多個第二透氣孔(214)，所述多個第二透氣孔(214)在第二上層板(211)上均布設(shè)置。
4.如權(quán)利要求3所述的單晶爐，其特征在于:所述真空泵(13)的進(jìn)口與真空抽口(11)之間設(shè)置有旁路管(22)，所述旁路管(22)上設(shè)置有用于使旁路管(22)導(dǎo)通或關(guān)閉的旁通閥(23)，所述排放管(12)上設(shè)置有用于使排放管(12)導(dǎo)通或關(guān)閉的工藝閥(24)，所述旁路管(22)的內(nèi)徑為排放管(12)內(nèi)徑的1/3-1/2。
5.如權(quán)利要求4所述的單晶爐，其特征在于:所述工藝閥(24)、旁通閥(23)均為電磁閥，所述工藝閥(24)上連接有第一觸發(fā)式開關(guān)(25)，所述旁通閥(23)上連接有第二觸發(fā)式開關(guān)(26)，所述下爐膛(2)內(nèi)設(shè)置有真空計(27)，還包括控制器(28)，所述第一觸發(fā)式開關(guān)(25)、第二觸發(fā)式開關(guān)(26)、真空計(27)分別與控制器(28)電連接。
6.如權(quán)利要求5所述的單晶爐，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(jìn)氣口與出氣口，所述進(jìn)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。
7.如權(quán)利要求6所述的單晶爐，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。
8.如權(quán)利要求7所述的單晶爐，其特征在于:所述坩禍旋轉(zhuǎn)頂升機(jī)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(jī)(164)，所述驅(qū)動電機(jī)(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)。
9.如權(quán)利要求8所述的單晶爐，其特征在于:所述升降裝置(166)為液壓氣缸。
10.如權(quán)利要求9所述的單晶爐，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】C30B15/00GK204251759SQ201420734946
【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, 樊茂德 申請人:樂山新天源太陽能科技有限公司