直拉法生产单晶硅用连续加料装置的制作方法

1.本实用新型涉及单晶制备技术领域，特别涉及一种直拉法生产单晶硅用连续加料装置。


背景技术：

2.硅单晶炉目前是采用减压拉晶工艺而进行工作的，在硅单晶拉制过程中，连续等速地向单晶炉膛内通入高纯氩气，同时机械泵不断地从炉膛向外抽气，保持炉膛内压强稳定在1333pa左右，这种工艺既有真空工艺的特点（炉膛内保持负压），又有流动气氛工艺的特点（不断充气、不断排气）。由于单晶炉内的温度高达1420℃，又必须在氩气保护下拉晶，因此，每融化一坩埚的多晶硅料只能拉一根单晶棒。每拉一根单晶棒就要降一次温，就得停一次炉，拆一次炉，清理一次热场以及过滤系统等等，这样的生产装备不仅浪费人力、浪费能源，而且严重影响生产效率，导致制造成本高昂，不利于单晶硅生产的发展。
3.目前国内市场上常见的硅单晶炉连续投料装置是用不锈钢做成的，其料筒的下底是由三瓣不锈钢叶片组成，叶片与料筒壁的边缘以合页连接，三瓣叶片的中心点用一立杆连接以保持底面处于关闭状态。当松开立杆时，三瓣叶片向下打开，硅料从中落下。其存在以下安全隐患：第一、在高温下固定三瓣叶片的合页容易出现变形，造成三瓣叶片打开不全，使硅料不能完全落下；第二、硅料在料筒中由于堆积的因素，经常出现硅料卡住而不能落下，而用插板阀去敲打料筒，有时造成立杆落入坩埚中，造成严重的缺失；第三、为了做到三瓣叶片的最低点离开熔硅液面有一定的安全距离，必须抬高料筒的高度，致使硅料离开熔硅液面过高，经常导致在连续投料时熔硅溅出液面，而造成硅料的流失和石墨件的损坏；第四、有时合页变形会导致三瓣叶片脱开与料筒壁的连接，落入熔硅中致使一坩埚的硅料报废。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种直拉法生产单晶硅用连续加料装置，以解决现有技术在二次加入硅料的过程中出现硅料下落不顺畅、以及卡料不能加料的现象、甚至出现金属合页掉落至坩埚导致硅料报废的问题。
5.一种直拉法生产单晶硅用连续加料装置包括加料组件和升降组件，加料组件安装在升降组件上，加料组件和单晶炉的炉盖密封连接使加料组件和单晶炉形成密闭空间，升降组件工作带动加料组件下降使加料组件的下端穿过单晶炉的炉盖并伸入石英坩埚内以准备加料，升降组件工作带动加料组件上升使加料组件的下端远离石英坩埚以准备拉晶；加料组件包括波纹管和石英管，波纹管为焊接波纹管，波纹管的下端设置密封圈以供和单晶炉炉盖的进料口密封连接，石英管插入波纹管内并用第一法兰将波纹管的上端和石英管的上端处密封连接，波纹管的上端设置封闭仓，封闭仓的一侧设置硅料进入口，硅料进入口处设置闸阀，石英管的上端开口靠近硅料进入口且位于硅料进入口的正下方，石英管的下端穿过波纹管和单晶炉内部连通，封闭仓和石英管组成一个硅料加入通道，升降组件和第
一法兰相固定连接，升降组件工作能使第一法兰上下移动，第一法兰在朝下移动的过程中使波纹管逐渐收缩，第一法兰推动石英管逐渐朝单晶炉内插入使得石英管的下端逐渐靠近石英坩埚内的熔融硅液面完成准备加入硅料状态，加料完成后升降组件驱动第一法兰朝上移动过程中使波纹管逐渐伸长，第一法兰拉动石英管逐渐远离石英坩埚使石英管的下端从单晶炉内退出以便于单晶炉准备再次拉晶工序。
6.优选的，升降组件包括支撑架、电动机和螺杆，支撑架的下端安装在单晶炉的加料口处，支撑架的上端安装电动机，电动机的输出端和螺杆的上端固定连接，螺杆的下端转动辊连接在支撑架上，支撑架上设置滑动件，滑动件上设置螺纹孔，滑动件的螺纹孔和螺杆的外螺纹相互配合，第一法兰的两侧各设置一个连接件，每个连接件的均和滑动件相互固定，螺杆在电动机的驱动下转动过程中驱使滑动件相对支撑架朝上或朝下移动，滑动件相对支撑架朝上或朝下移动的过程中带动第一法兰一起跟随滑动件移动，第一法兰在移动过程中带动封闭仓和石英管沿着支撑架上下移动。
7.优选的，支撑架包括底板、顶板、四个支撑柱和一个引导件，每个支撑柱的下端均和底板连接，每个支撑柱的上端和顶板连接，引导件的上下两端分别和底板和顶板连接，引导件位于四个支撑柱之间，滑动件的两侧各设置一个引导夹持块，每个引导夹持块安装在引导件的左右两侧边沿上且能够沿着引导件上下滑动，引导件的一侧设置波纹管和封闭仓，引导件的另一侧设置螺杆和滑动件。
8.优选的，石英管包括接料部和引导部，接料部为敞口结构，接料部的下端和引导部的上端一体成型，接料部和引导部的连接处设置凸缘，引导部穿过第一法兰后将凸缘安装在第一法兰上，接料部放置在封闭仓内，接料部的上端开口靠近封闭仓的硅料进入口并位于硅料进入口的下方，引导部的下端排料口设置成倾斜状。
9.优选的，接料部具体为中空的锥形结构。
10.优选的，波纹管的下端设置第二法兰，波纹管的下端面和第二法兰的上端面密封连接，第二法兰的下端面和支撑架的底板上端面密封连接，支撑架的底板下端面和单晶炉炉盖上的法兰密封连接。
11.上述直拉法生产单晶硅用连续加料装置中，升降组件安装在单晶炉上，加料组件安装在升降组件上，波纹管的下端和单晶炉炉盖的进料口密封连接，石英管插入波纹管内并用第一法兰将波纹管的上端和石英管的上端处密封连接，石英管的下端穿过波纹管和单晶炉内部连通，封闭仓、波纹管和石英管组成一个封闭的硅料加入通道，升降组件驱动第一法兰上下移动过程中使波纹管伸长或收缩，第一法兰推动石英管逐渐朝单晶炉内插入使得石英管的下端逐渐靠近石英坩埚内的熔融硅液面完成准备加入硅料状态，由于硅料自闸阀连续加入至封闭仓内，连续进入封闭仓内的硅料落入石英管内并沿着倾斜的石英管逐渐下落进入石英坩埚内，解决了现有技术中因提前存储硅料堆积导致的加料过程的卡料及无法下料的情况，并且石英管的前端无任何金属，彻底解决了石英管底端受热后使金属部件掉落导致硅料报废的问题，第一法兰拉动石英管逐渐远离石英坩埚使石英管的下端从单晶炉内退出以便于单晶炉再次准备拉晶工序。
附图说明
12.图1是直拉法生产单晶硅用连续加料装置的立体结构图。
13.图2是直拉法生产单晶硅用连续加料装置的俯视图。
14.图3是图2中a-a处的剖视图。
15.图4是图1的左视图。
16.图5是直拉法生产单晶硅用连续加料装置处于加料的状态图。
17.图6是直拉法生产单晶硅用连续加料装置处于未加料的状态图。
18.图中：加料组件10、升降组件20、波纹管11、石英管12、第一法兰13、封闭仓14、硅料进入口141、闸阀142、支撑架21、电动机22、螺杆23、滑动件24、螺纹孔241、连接件131、底板211、顶板212、支撑柱213、引导件214、接料部121、引导部122、第二法兰15、单晶炉200。
具体实施方式
19.以下结合本实用新型的附图，对实用新型实施例的技术方案及技术效果做进一步的详细阐述。
20.请参阅图1至图4，直拉法生产单晶硅用连续加料装置包括加料组件10和升降组件20，升降组件20用于安装在单晶炉的炉盖上，加料组件10安装在升降组件20上，加料组件10和单晶炉的炉盖密封连接使加料组件10和单晶炉形成密闭空间，升降组件20工作带动加料组件10下降使加料组件10的下端穿过单晶炉的炉盖并伸入石英坩埚内以准备加料，完成硅料加入后，升降组件20工作带动加料组件10上升使加料组件10的下端远离石英坩埚以准备拉晶；加料组件10包括波纹管11和石英管12，波纹管11为焊接波纹管，波纹管11的下端设置密封圈以供和单晶炉炉盖的进料口密封连接，石英管12插入波纹管11内并用第一法兰13将波纹管11的上端和石英管12的上端处密封连接，波纹管11和石英管12设置在单晶炉上后呈倾斜状态，波纹管11的上端设置封闭仓14，封闭仓14的一侧设置硅料进入口141，硅料进入口141处设置闸阀142，石英管12的上端开口靠近硅料进入口141且位于硅料进入口141的正下方，石英管12的下端穿过波纹管11和单晶炉内部连通，闸阀142关闭后使封闭仓14、波纹管11和石英管12组成一个半封闭的硅料加入通道，将波纹管11的下端安装在单晶炉的炉盖上使上述的半封闭的硅料加入通道和单晶炉内部连通，升降组件20和第一法兰13相固定连接，升降组件20工作能使第一法兰13上下移动，第一法兰13在朝下移动的过程中使波纹管11逐渐收缩，同时第一法兰13推动石英管12逐渐朝单晶炉内插入使得石英管12的下端逐渐靠近石英坩埚内的熔融硅液面完成准备加入硅料状态，用闸阀142可和外界的输料装置密封连接后保证单晶炉内符合硅料熔化的条件下再次加入硅料，开启闸阀142后，可将硅料自闸阀142连续加入至封闭仓14内，连续进入封闭仓14内的硅料落入石英管12内并沿着倾斜的石英管12逐渐下落进入石英坩埚内，解决了现有技术中因提前存储硅料堆积导致的加料过程的卡料及无法下料的情况，并且石英管的前端无任何金属，彻底解决了石英管底端受热后使金属部件掉落导致硅料报废的问题。硅料加入完成后升降组件20驱动第一法兰13朝上移动过程中使波纹管11逐渐伸长，同时第一法兰13拉动石英管12逐渐远离石英坩埚使石英管12的下端从单晶炉内退出以便于单晶炉准备再次拉晶工序。
21.进一步的，升降组件20包括支撑架21、电动机22和螺杆23，支撑架21的下端安装在单晶炉的加料口处，支撑架21的上端安装电动机22，电动机22的输出端和螺杆23的上端固定连接，螺杆23的下端转动辊连接在支撑架21上，支撑架21上设置滑动件24，滑动件24上设置螺纹孔241，滑动件24的螺纹孔241和螺杆23的外螺纹相互配合，第一法兰13的两侧各设
置一个连接件131，每个连接件131的均和滑动件24相互固定，螺杆23在电动机22的驱动下转动过程中驱使滑动件24相对支撑架21朝上或朝下移动，滑动件24相对支撑架21朝上或朝下移动的过程中带动第一法兰13一起跟随滑动件24移动，第一法兰13在移动过程中带动封闭仓14和石英管12沿着支撑架21上下移动。
22.进一步的，支撑架21包括底板211、顶板212、四个支撑柱213和一个引导件214，底板211用于固定在单晶炉的炉盖的进料口处的法兰上，该进料口的结构和炉盖上设置的观察窗口结构类似，该进料口的设置的位置和炉盖上设置的观察窗口结构类似，也可以将炉盖上有两个观察窗口的其中一个用于安装底板211，每个支撑柱213的下端均和底板211连接，每个支撑柱213的上端和顶板212连接，引导件214的上下两端分别和底板211和顶板212连接，引导件214位于四个支撑柱213之间，滑动件24的两侧各设置一个引导夹持块241，每个引导夹持块241安装在引导件214的左右两侧边沿上且能够沿着引导件214上下滑动，引导件214的一侧设置波纹管11和封闭仓14，引导件214的另一侧设置螺杆23和滑动件24。滑动件24两侧的引导夹持块241夹持在引导件214的两侧，滑动件24在螺杆23的驱动下和滑动件24在引导件214的引导作用下使得滑动件24沿着支撑架21上下滑动。
23.进一步的，引导件214为一板体状，在其他实施例中，引导件214可以为圆柱状。
24.进一步的，石英管12包括接料部121和引导部122，接料部121为敞口结构，接料部121的下端和引导部122的上端一体成型，接料部121和引导部122的连接处设置凸缘123，引导部122穿过第一法兰13后将凸缘123安装在第一法兰13上，接料部121放置在封闭仓14内，接料部121的上端开口靠近封闭仓14的硅料进入口141并位于硅料进入口141的下方，引导部122的下端排料口设置成倾斜状。直拉法生产单晶硅用连续加料装置安装在单晶炉上后，直拉法生产单晶硅用连续加料装置整体处于倾斜状态，这种倾斜状的引导部122的下端排料口所处的平面和石英坩埚内的熔融硅液面相互平行或接近平行，石英管12按照预设的倾斜角度下降过程中能使上述倾斜式的排料口贴近熔融硅液面，再通过升降组件20的工作将石英管12的下端排料口靠近熔融硅液面，硅料沿着倾斜的引导部122滑落至石英坩埚内。
25.进一步的，接料部121具体为中空的锥形结构，接料部121的上端开口直径大于接料部的下端开口直径，接料部121的上端开口靠近闸阀142以便硅料全部掉落至接料部121内。自闸阀142处进入的硅料可直接掉落至接料部121内，防止硅料和封闭仓14直接接触造成硅料的污染。
26.进一步的，波纹管11的下端设置第二法兰15，波纹管11的下端面和第二法兰15的上端面密封连接，第二法兰15的下端面和支撑架的底板211上端面密封连接，支撑架的底板211下端面和单晶炉炉盖上的法兰密封连接。
27.进一步的，上述直拉法生产单晶硅用连续加料装置安装在95单晶炉上、或安装在1050单晶炉上、或安装在1600单晶炉上、或安装在其他型号的单晶炉上。
28.使用时，请参阅图5和图6，升降组件20用于安装在单晶炉200的炉盖上，加料组件10安装在升降组件20上，加料组件10和单晶炉200的炉盖密封连接使加料组件10和单晶炉形成密闭空间，升降组件20工作带动加料组件10下降使加料组件10的下端穿过单晶炉的炉盖并伸入石英坩埚内以准备加料，完成硅料加入后，升降组件20工作带动加料组件10上升使加料组件10的下端远离石英坩埚以准备拉晶；波纹管11的下端设置密封圈以供和单晶炉炉盖的进料口密封连接，石英管12插入波纹管11内并用第一法兰13将波纹管11的上端和石
英管12的上端处密封连接，升降组件20工作能使第一法兰13朝下移动，第一法兰13在朝下移动的过程中使波纹管11逐渐收缩，同时第一法兰13推动石英管12逐渐朝单晶炉内插入使得石英管12的下端逐渐靠近石英坩埚内的熔融硅液面完成准备加入硅料状态，用闸阀142可和外界的输料装置密封连接后保证单晶炉内符合硅料熔化的条件下再次加入硅料，开启闸阀142后，可将硅料自闸阀142连续加入至封闭仓14内，连续进入封闭仓14内的硅料落入石英管12内并沿着倾斜的石英管12逐渐下落进入石英坩埚内，解决了现有技术中因提前存储硅料堆积导致的加料过程的卡料及无法下料的情况，并且石英管的前端无任何金属，彻底解决了石英管底端受热后使金属部件掉落导致硅料报废的问题。硅料加入完成后升降组件20驱动第一法兰13朝上移动过程中使波纹管11逐渐伸长，同时第一法兰13拉动石英管12逐渐远离石英坩埚使石英管12的下端从单晶炉内退出以便于单晶炉准备再次拉晶工序。

技术特征：
1.一种直拉法生产单晶硅用连续加料装置，其特征在于：包括加料组件和升降组件，加料组件安装在升降组件上，加料组件和单晶炉的炉盖密封连接使加料组件和单晶炉形成密闭空间，升降组件工作带动加料组件下降使加料组件的下端穿过单晶炉的炉盖并伸入石英坩埚内以准备加料，升降组件工作带动加料组件上升使加料组件的下端远离石英坩埚以准备拉晶；加料组件包括波纹管和石英管，波纹管为焊接波纹管，波纹管的下端设置密封圈以供和单晶炉炉盖的进料口密封连接，石英管插入波纹管内并用第一法兰将波纹管的上端和石英管的上端处密封连接，波纹管的上端设置封闭仓，封闭仓的一侧设置硅料进入口，硅料进入口处设置闸阀，石英管的上端开口靠近硅料进入口且位于硅料进入口的正下方，石英管的下端穿过波纹管和单晶炉内部连通，封闭仓和石英管组成一个硅料加入通道，升降组件和第一法兰相固定连接，升降组件工作能使第一法兰上下移动，第一法兰在朝下移动的过程中使波纹管逐渐收缩，第一法兰推动石英管逐渐朝单晶炉内插入使得石英管的下端逐渐靠近石英坩埚内的熔融硅液面完成准备加入硅料状态，加料完成后升降组件驱动第一法兰朝上移动过程中使波纹管逐渐伸长，第一法兰拉动石英管逐渐远离石英坩埚使石英管的下端从单晶炉内退出以便于单晶炉再次准备拉晶工序。2.如权利要求1所述的直拉法生产单晶硅用连续加料装置，其特征在于：升降组件包括支撑架、电动机和螺杆，支撑架的下端安装在单晶炉的加料口处，支撑架的上端安装电动机，电动机的输出端和螺杆的上端固定连接，螺杆的下端转动辊连接在支撑架上，支撑架上设置滑动件，滑动件上设置螺纹孔，滑动件的螺纹孔和螺杆的外螺纹相互配合，第一法兰的两侧各设置一个连接件，每个连接件的均和滑动件相互固定，螺杆在电动机的驱动下转动过程中驱使滑动件相对支撑架朝上或朝下移动，滑动件相对支撑架朝上或朝下移动的过程中带动第一法兰一起跟随滑动件移动，第一法兰在移动过程中带动封闭仓和石英管沿着支撑架上下移动。3.如权利要求2所述的直拉法生产单晶硅用连续加料装置，其特征在于：支撑架包括底板、顶板、四个支撑柱和一个引导件，每个支撑柱的下端均和底板连接，每个支撑柱的上端和顶板连接，引导件的上下两端分别和底板和顶板连接，引导件位于四个支撑柱之间，滑动件的两侧各设置一个引导夹持块，每个引导夹持块安装在引导件的左右两侧边沿上且能够沿着引导件上下滑动，引导件的一侧设置波纹管和封闭仓，引导件的另一侧设置螺杆和滑动件。4.如权利要求1所述的直拉法生产单晶硅用连续加料装置，其特征在于：石英管包括接料部和引导部，接料部为敞口结构，接料部的下端和引导部的上端一体成型，接料部和引导部的连接处设置凸缘，引导部穿过第一法兰后将凸缘安装在第一法兰上，接料部放置在封闭仓内，接料部的上端开口靠近封闭仓的硅料进入口并位于硅料进入口的下方，引导部的下端排料口设置成倾斜状。5.如权利要求4所述的直拉法生产单晶硅用连续加料装置，其特征在于：接料部具体为中空的锥形结构。6.如权利要求3所述的直拉法生产单晶硅用连续加料装置，其特征在于：波纹管的下端设置第二法兰，波纹管的下端面和第二法兰的上端面密封连接，第二法兰的下端面和支撑架的底板上端面密封连接，支撑架的底板下端面和单晶炉炉盖上的法兰密封连接。

技术总结
本实用新型公开一种直拉法生产单晶硅用连续加料装置，包括加料组件和升降组件，升降组件安装在单晶炉上，加料组件安装在升降组件上，波纹管的下端和单晶炉炉盖的进料口密封连接，石英管插入波纹管内并用第一法兰将波纹管的上端和石英管的上端处密封连接，石英管的下端穿过波纹管和单晶炉内部连通，封闭仓、波纹管和石英管组成一个封闭的硅料加入通道，升降组件驱动第一法兰上下移动过程中使波纹管伸长或收缩，第一法兰推动石英管逐渐朝单晶炉内插入使得石英管的下端逐渐靠近石英坩埚内的熔融硅液面完成准备加入硅料状态，第一法兰拉动石英管逐渐远离石英坩埚使石英管的下端从单晶炉内退出以便于单晶炉再次准备拉晶工序。单晶炉内退出以便于单晶炉再次准备拉晶工序。单晶炉内退出以便于单晶炉再次准备拉晶工序。


技术研发人员：王中弟
受保护的技术使用者：宁夏旭樱新能源科技有限公司
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/8/5