一种硅料二次加料装置及单晶炉的制作方法

1.本实用新型涉及晶硅制备技术领域，尤其涉及一种硅料二次加料装置及单晶炉。


背景技术：

2.直拉法是单晶硅圆生产所采用的主要方法。该方法，需将高纯度多晶硅料投放入单晶炉内的石英坩埚中，经熔料、稳定、引晶、放肩、转肩、等径、收尾、冷却、取棒等工艺，拉制成单晶硅棒，再经一系列步骤加工成单晶硅圆。其中，多晶硅料被融为液体后，硅溶液面与石英坩埚上沿存在较大空间，可加入硅料提升产能。因此多晶硅料需要二次加料，增大石英坩埚的存料量，降低生产成本。相关技术中，二次加料装置主要采用石英管、设置于石英管底部的石英锥以及设置于石英管内的中间连杆组成。在二次加料时，石英管内放置多晶硅料，中间连杆下降，推动底部的石英锥下降卸料。
3.这种装置，由于金属支撑的中间连杆会在卸料过程中与多晶硅料摩擦，导致金属粉末落入石英坩埚内，影响单晶硅品质。即使将金属的中间连杆换成石英材质，虽然可解决金属粉末掉落的问题，但是石英管内部空间小，会降低加料量，且二次加料装置的牢固性会降低。


技术实现要素：

4.本公开实施例提供了一种硅料二次加料装置及单晶炉，能够避免硅溶液污染等问题。
5.本公开实施例所提供的技术方案如下：
6.一种硅料二次加料装置，包括：
7.加料筒，所述加料筒在其轴向上具有相对的加料口和卸料口；
8.挡板组件，所述挡板组件可移动地连接至所述卸料口处；及
9.牵拉轴，所述牵拉轴在所述轴向上位于所述加料口的一侧，并能够在所述轴向上往复运动；及
10.牵拉绳，所述牵拉绳设置于所述加料筒外，所述牵拉绳连接至所述挡板组件和所述牵拉轴上，以在所述牵拉轴牵拉下带动所述挡板组件移动，以开启或关闭所述卸料口。
11.示例性的，所述挡板组件包括两块挡板，每块所述挡板包括枢接端和自由端，所述枢接端通过枢接轴连接至所述加料筒上，以使所述自由端可绕所述枢接轴旋转，所述枢接轴垂直于所述轴向；所述牵拉绳连接至所述挡板上且沿所述轴向延伸至所述牵拉轴，以使所述牵拉绳沿所述轴向移动时带动所述挡板旋转。
12.示例性的，两块所述挡板位于所述加料筒的相对两侧，所述牵拉绳的两端分别连接至两块所述挡板上，且所述牵拉绳的中部连接至所述牵拉绳；或者
13.每块所述挡板上分别连接一个所述牵拉绳，其中所述牵拉绳的一端连接至两块所述挡板上，另一端连接至所述牵拉绳。
14.示例性的，每块所述挡板的自由端设有密封台阶，且在关闭所述卸料口时两块所
述挡板的密封台阶相互搭接。
15.示例性的，所述加料筒的外侧壁上沿所述轴向间隔分布有多个拉绳稳定环，所述牵拉绳沿轴向延伸的部分依次穿过所述拉绳稳定环。
16.示例性的，在所述加料筒的外侧壁上设有用于支撑固定所述加料筒的支撑件。
17.示例性的，所述加料筒包括第一筒体和第二筒体，所述第一筒体与所述第二筒体在所述轴向上对接且两者之间可拆卸地连接。
18.示例性的，所述加料筒还包括第一连接环和第二连接环，所述第一连接环设置于所述第一筒体的外周侧，所述第二连接环设置于所述第二筒体的外周侧，所述第一连接环和所述第二连接环之间通过螺柱连接。
19.示例性的，所述加料筒的材质为石英材质。
20.一种单晶炉，包括如上所述的硅料二次加料装置。
21.本公开实施例所带来的有益效果如下：
22.本公开实施例所提供的硅料二次加料装置及单晶炉，在加料筒外设置牵拉绳，可通过牵拉绳来牵动加料筒的卸料口处的挡板组件移动，以开启或关闭卸料口，牵拉绳既能够牵动挡板组件移动，又不会与加料筒内的物料接触，这样，从根本上解决了相关技术中加料筒内的物料与连杆接触导致的硅料污染问题，且不会占用加料筒内部空间，可以提升加料量。
附图说明
23.图1表示本公开实施例提供的硅料二次加料装置的结构示意图；
24.图2表示本公开实施例提供的硅料二次加料装置中的挡板组件在打开和关闭卸料口时的示意图；
25.图3表示本公开实施例提供的硅料二次加料装置中加料筒的拆分结构示意图；
26.图4表示本公开实施例提供的硅料二次加料装置中连接第一连接环和第二连接环的螺柱结构示意图。
27.图中，各部件标记如下：
28.加料筒100；第一筒体110；第二筒体120；挡板组件200；挡板210；密封台阶211；枢接轴220；牵拉轴300；牵拉绳400；拉绳稳定环500；支撑件600；第一连接环710；第二连接环720；螺柱730。
具体实施方式
29.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
30.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似
的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
31.在对本公开实施例提供的硅料二次加料装置及单晶炉进行详细说明之前，有必要对于相关技术进行以下说明：
32.在相关技术中，二次加料装置主要采用石英管、设置于石英管底部的石英锥以及设置于石英管内的中间连杆组成。在二次加料时，石英管内放置多晶硅料，中间连杆下降，推动底部的石英锥下降卸料。这种二次加料装置主要存在以下问题：通常中间连杆采用金属杆，在卸料过程中，多晶硅料与中间连杆之间存在摩擦，金属粉末掉入石英坩埚中，影响整炉单晶硅棒品质。因此，亟需一种新的二次加料装置解决金属粉末掉入石英坩埚污染单晶硅棒品质，石英加料筒破碎污染硅料和增加二次加料装置更换成本，硅溶液飞溅引入杂质和破环热场部件等问题。
33.为了解决上述问题，本公开实施例提供的一种硅料二次加料装置及单晶炉，能够避免硅溶液污染等问题。
34.如图1和图2所示，本公开实施例所提供的硅料二次加料装置包括加料筒100、挡板组件200、牵拉轴300和牵拉绳400。所述加料筒100主要用于盛放物料，其可以选用石英材质制成，以避免对内部的硅料造成污染。且所述加料筒100可以呈管状，以满足炉内空间需求。所述加料筒100在其轴向方向上可具有相对的加料口和卸料口。所述挡板组件200可移动地连接至所述卸料口处，可在开启状态和关闭状态之间切换。所述牵拉轴300在所述轴向上位于所述加料口的一侧，并能够在所述轴向上往复运动。所述牵拉绳400设置于所述加料筒100外，且所述牵拉绳400连接至所述挡板组件200和所述牵拉轴300上，以在所述牵拉轴300牵拉下带动所述挡板组件200移动，以开启或关闭所述卸料口。
35.上述方案，由于牵拉绳400设置于加料筒100外，可通过牵拉绳400的牵动，来带动挡板组件200移动，以使得挡板组件200在开启状态和关闭状态之间切换，即控制卸料口开启或关闭。这样，牵拉绳400既能够牵动挡板组件200移动，又不会与加料筒100内的物料接触，从而，从根本上解决了相关技术中加料筒100内的物料与连杆接触导致的硅料污染问题；且不会占用加料筒100内部空间，可以提升加料量。其中所述牵拉绳400可选用耐高温的金属材料。
36.在一些示例性的实施例中，如图1和图2所示，所述挡板组件200包括两块挡板210，每块所述挡板210包括枢接端和自由端，所述枢接端通过枢接轴220连接至所述加料筒100上，以使所述自由端可绕所述枢接轴220旋转，所述枢接轴220垂直于所述轴向；所述牵拉绳400连接至所述挡板210上且沿所述轴向延伸至所述牵拉轴300，以使所述牵拉绳400沿所述轴向移动时带动所述挡板210旋转。
37.需要说明的是，上述方案中，牵拉绳400的轴向运动可转化为挡板210的旋转运动，以实现卸料口的开启或关闭。在其他实施例中，所述牵拉绳400也可以是带动挡板210平移，以实现卸料口的开启或关闭。
38.此外，还需要说明的是，传统的二次加料装置的底部距离热场较近，石英管上下温
差较大，容易导致石英管产生裂纹和破碎的风险。底部石英锥呈三角型，多晶硅料落入石英坩埚边缘，易使硅溶液飞溅至石英坩埚、石墨坩埚、加热器、导流筒等热场部件上，由于硅材料和热场部件的热膨胀系数不同，会使石墨等杂质掉入硅料，导致单晶硅生长产生位错、杂质超标等问题，还会降低热场部件的使用寿命。
39.而采用上述方案，所述挡板210组件200可选用两块挡板210，下放牵拉绳400后，多晶硅料在重力作用会促使两块挡板210于中间闭合处自动打开，多晶硅料可落入单晶炉内的石英坩埚中心位置，调节牵拉绳400的下放速度，可控制卸料速度，可解决硅液飞溅问题。
40.在一些示例性的实施例中，两块所述挡板210位于所述加料筒100的相对两侧，所述牵拉绳400的两端分别连接至两块所述挡板210上，且所述牵拉绳400的中部连接至所述牵拉绳400。这样，两块挡板210上可连接至同一牵拉绳400上。
41.在另一些示例性的实施例中，每块所述挡板210上分别连接一个所述牵拉绳400，其中所述牵拉绳400的一端连接至两块所述挡板210上，另一端连接至所述牵拉绳400。
42.需要说明的是，所述牵拉轴300可以是单晶炉内的籽晶拉轴。
43.此外，在一些示例性的实施例中，如图1所示，每块所述挡板210的自由端设有密封台阶211，且在关闭所述卸料口时两块所述挡板210的密封台阶211相互搭接。这样的设置，可以使得在关闭卸料口时，在两块挡板210的对接处密封性较好，不会泄露多晶硅料。
44.此外，示例性的，如图1所示，所述加料筒100的外侧壁上沿所述轴向间隔分布有多个拉绳稳定环500，所述牵拉绳400沿轴向延伸的部分依次穿过所述拉绳稳定环。这样的设置，可以对牵拉绳400起到一定的引导作用，保证牵拉绳400的作用力沿加料筒100轴向方向，提升稳定性。所述拉绳稳定环500可选用耐高温金属材料制成。
45.此外，示例性的，如图1所示，在所述加料筒100的外侧壁上设有用于支撑固定所述加料筒100的支撑件600。通过设置支撑件600，可将加料筒100支撑固定于单晶炉内部。所述支撑件600可选用耐高温金属材料制成。
46.此外，发明人经过研究发现，加料筒100碎裂一般发生在其底部。在本公开一些示例性的实施例中，如图1和图3所示，所述加料筒100包括第一筒体110和第二筒体120，所述第一筒体110与所述第二筒体120在所述轴向上对接且两者之间可拆卸地连接。采用上述方案，所述加料筒100包括第一筒体110和第二筒体120，这样，当位于底部的第二筒体120因承重较大或离热场较近出现裂纹或破碎时，只对第二筒体120进行维修或更换，降低成本。
47.在一些示例性的实施例中，如图1和图3所示，所述加料筒100还包括第一连接环710和第二连接环720，所述第一连接环710设置于所述第一筒体110的外周侧，所述第二连接环720设置于所述第二筒体120的外周侧，所述第一连接环710和所述第二连接环720之间通过螺柱730连接。如图3和图4所示，所述第一连接环710和第二连接环720上可分别设置螺孔，螺柱730的两端可分别设置螺纹，螺柱730的两端分别螺纹连接第一连接环710和第二连接环720，以将第一筒体110和第二筒体120连接。需要说明的是，对于所述第一筒体110和第二筒体120的连接方式可以包括螺纹连接、卡接等各种任意合适的方式。
48.本公开实施例所提供的硅料二次加料装置的加料过程可以如下：
49.加料筒100内装满硅料，牵拉轴300向上提拉牵拉绳400，牵拉绳400向上提拉挡板210，使得两块挡板210受牵拉绳400的向上拉力处于关闭状态。牵拉绳400连接至籽晶拉轴，将加料筒100转移到拉晶炉的副炉室内，并通过加料筒100外部的支撑件600支撑固定于副
炉室内。加料筒100在支撑件600的作用下处于稳定状态，下降籽晶拉轴，牵拉绳400下放，底部的挡板210组件200受多晶硅料的重力作用打开(图2中虚线所示)，连接底部挡板210和加料筒100的枢接轴220便会转动，卸料口打开，多晶硅料落下，完成卸料。其中，可通过控制籽晶拉轴下落的高度和速度控制卸料的落力。
50.本公开实施例提供的硅料二次加料装置可在不改变现有拉晶炉的情况下，不仅解决了相关技术中由于中间连杆接触硅料导致的污染问题、加料装置更换成本问题和硅液飞溅问题，而且装置简单、易操作，具有较大的工业应用前景。
51.此外，本公开实施例还提供了一种单晶炉，包括本公开实施例所提供的硅料二次加料装置。显然，本公开实施例提供的单晶炉也具有本公开实施例所提供的硅料二次加料装置所带来的有益效果，在此不再赘述。
52.有以下几点需要说明：
53.(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
54.(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
55.(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
56.以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。