一种硅芯搭接结构及其搭接方法与流程

一种硅芯搭接结构及其搭接方法
1.技术领域
2.本发明涉及人工晶体制备领域，具体涉及一种硅芯搭接结构及其搭接方法。


背景技术：

3.已知的，随着信息技术和光伏产业的飞速发展及相关政策的不断利好，全球对多/单晶硅的需求增长迅猛，市场供不应求。受此影响，作为太阳能电池主要原料的多/单晶硅价格快速上涨，国内很多企业均在扩产。
4.以多晶硅生产为例，在采用改良西门子法生产多晶硅时，主要使用钟罩型还原炉，并采用硅芯作为载体，以三氯氢硅和氢气为原料，通过对硅芯载体不断的加载电流来达到沉积所需的温度，使三氯氢硅中的硅原子被氢气还原出来，沉积在硅芯表面，使硅芯逐步生长为所需直径的硅棒。在硅棒的生长过程中硅芯搭接技术是其中最为关键的一步，硅芯搭接时，在还原炉炉底的多组电极上分别插接竖硅芯，每两根竖硅芯为一组，在每组竖硅芯的顶端通过直线形硅芯横梁连接形成n型结构（具体参见本发明人在先申报的中国发明专利，专利号为201110153461.9，申请日为2011年6月2日，专利名称为可提高接触面积和减小电阻的插接式硅芯搭接结构及方法），每组n型结构的硅芯组为一个闭合回路，启动还原炉对每组硅芯进行加热，加热中一组搭接好的硅芯相当于一个大电阻，然后经还原炉的炉底往还原炉的炉室内通入氢气和三氯氢硅进行还原反应，这样所需的多晶硅就会在硅芯的表面生成。
5.由于现有硅芯搭接时所需的硅芯横梁均为直线型（即一字型结构），硅芯横梁与竖硅芯的搭接形式为十字交叉搭接，竖硅芯与硅芯横梁的搭接点（连接点）均为n型结构硅芯组的位置最高点，竖硅芯与硅芯横梁的搭接点也是n型结构硅芯组通电加热时的温度最高点（发热量最大），由于还原炉炉室内上部的温度高于炉室下部的温度，此时，搭接点及搭接点所处炉室位置的温度最高，三氯氢硅中被氢气还原出来的硅原子沉积在其表面的速度也最快，但是由于三氯氢硅与氢气是在炉室的底部进入炉室，而到达炉室顶部的气体相较于炉室的下部是逐渐减少的（越往上气体越稀薄），即炉室下部气体的浓度要大于炉室的上部，此时，在竖硅芯与硅芯横梁搭接点就会逐渐形成行话所说的菜花料，菜花料深层次有孔隙夹杂气体的现象，菜花料在拉单晶前需要进行酸洗等多重处理，严重时可能被当做次等料甚至废料处理，这严重影响了多晶硅企业的市场竞争力，而且菜花料的价格较低，因此，如何减少或避免硅棒表面产生菜花是多晶硅企业急需解决的技术难题，也是实现多晶硅高质量生产的保证。
6.为了克服硅芯搭接时搭接点接触面积小、发热量大的问题，如何增大搭接点的接触面积，降低搭接点发热量是其中的关键技术，本发明人在先申请的中国专利、专利号为200910066297.0，申请日为2009年10月19日，专利名称为一种硅芯弯曲设备及其硅芯弯曲方法，其提供了一种将整根硅芯弯曲后形成n型结构硅芯，避免了硅芯的搭接，但是该方法
所述的方案实施难度大，首先是提供足够长度的硅芯难度大（硅芯搭接时，一根竖硅芯的长度基本上为2.5米左右，如果使用一整根硅芯进行折弯获得n型结构硅芯组，那么所需的硅芯长度就基本上达到了5米以上），无法大规模的应用于实际生产当中等。


技术实现要素：

7.为了克服背景技术中的不足，本发明提供了一种硅芯搭接结构及其搭接方法，本发明将u型横硅芯开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯的上端头搭接，将原有直线形横硅芯与竖硅芯十字交叉的搭接方式替换为直线形搭接方式，较传统的搭接方式降低了搭接点的高度，同时减少了形成菜花料的机率，有效的提高了沉积硅棒的质量等。
8.为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种硅芯搭接结构，包括一根u型横硅芯和两根竖硅芯，所述两根竖硅芯的下端头分别连接还原炉的电极，两根竖硅芯的上端头分别连接u型横硅芯开口端两直线段的下端头形成所述的硅芯搭接结构。
9.所述的硅芯搭接结构，所述u型横硅芯为一个圆弧两个直线段结构或两个圆弧三个直线段结构或三个圆弧四个直线段结构或四个圆弧五个直线段结构，且直线和圆弧为一体结构。
10.所述的硅芯搭接结构，所述u型横硅芯开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯上端头连接的第一结构为在u型横硅芯开口端两直线段的下端头分别设置锥形孔，在两根竖硅芯的上端头分别设置锥形柱，u型横硅芯开口端两直线段下端头的锥形孔分别套接在两根竖硅芯上端头的锥形柱上。
11.所述的硅芯搭接结构，所述u型横硅芯开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯上端头连接的第二结构为在u型横硅芯开口端两直线段的下端头分别设置锥形柱，在两根竖硅芯的上端头分别设置锥形孔，u型横硅芯开口端两直线段下端头的锥形柱分别插接在两根竖硅芯上端头的锥形孔内。
12.所述的硅芯搭接结构，所述u型横硅芯开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯上端头连接的第三结构为在u型横硅芯开口端两直线段的下端头分别设置柱形孔，在两根竖硅芯的上端头分别设置圆柱，u型横硅芯开口端两直线段下端头的柱形孔分别套接在两根竖硅芯上端头的圆柱上。
13.所述的硅芯搭接结构，所述u型横硅芯开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯上端头连接的第四结构为在u型横硅芯开口端两直线段的下端头分别设置圆柱，在两根竖硅芯的上端头分别设置柱形孔，u型横硅芯开口端两直线段下端头的圆柱分别插接在两根竖硅芯上端头的柱形孔内。
14.所述的硅芯搭接结构，所述u型横硅芯开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯上端头连接的第五结构为在u型横硅芯开口端两直线段的下端头分别设置插槽，在两根竖硅芯上端头的外缘面上分别对称设置搭接面，u型横硅芯开口端两直线段的下端头分别设置的插槽分别套接在两根竖硅芯上端头外缘面上分别对称设置的搭接面上。
15.所述的硅芯搭接结构，所述u型横硅芯开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯上端头连接的第六结构为在u型横硅芯开口端两直线段下端头的外缘面上对称设置搭接面，在两根竖硅芯的上端头分别设置插槽，u型横硅芯开口端两直线段下端头的外缘面上对称
设置的搭接面分别插接在两根竖硅芯上端头分别设置的插槽内。
16.所述的硅芯搭接结构，所述插槽的口内两侧面为平行设置或外端扩口设置，所述对称设置的搭接面为平行设置或呈上端薄下端厚的夹角设置。
17.一种硅芯搭接方法，所述硅芯搭接方法具体包括如下步骤：第一步、首先在u型横硅芯开口端两直线段的下端头分别设置锥形孔或锥形柱或柱形孔或圆柱或插槽或搭接面待用，在两竖硅芯的上端头分别设置锥形柱或锥形孔或圆柱或柱形孔或搭接面或插槽待用；第二步、将两根竖硅芯的下端头固定在还原炉炉底的电极上，然后将u型横硅芯搭接在两根竖硅芯的上端头形成一个闭合回路，检查搭接面是否紧密连接，确保无间隙，两电极分别连接直流电源的正极和负极，所有硅芯搭接完成后关闭炉罩，给电极通电后对每组硅芯进行加热，加热中一组搭接好的硅芯相当于一个大电阻，然后经还原炉的炉底往还原炉的炉室内通入氢气和三氯氢硅进行还原反应，这样所需的多晶硅就会在硅芯的表面沉积形成所需的多晶硅棒；第三步、当所需的多晶硅棒生长完成后，关闭电源，冷却后开炉取出所需的多晶硅棒即完成了多晶硅棒的生长。
18.由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明将u型横硅芯开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯的上端头搭接，将原有直线形横硅芯与竖硅芯十字交叉的搭接方式更改为直线形搭接方式，较传统的搭接方式降低了搭接点的高度，使搭接点尽可能的离开炉室内温度的最高部位，并使搭接点所处的位置更加靠近炉底的进气口，进而实现减少搭接点部位菜花料的形成，有效的提高了沉积硅棒的质量及多晶硅生产企业的市场竞争力等，适合大范围的推广和应用。
附图说明
19.图1是本发明实施例中第一结构的立体结构示意图；图2是本发明实施例中第三结构的立体结构示意图；图3是本发明实施例中第五结构的立体结构示意图；图4是图3中u型横硅芯的结构示意图；图5是本发明实施例中第六结构的立体结构示意图；图6是本发明实施例中u型横硅芯的第二结构示意图；图7是本发明实施例中u型横硅芯的第三结构示意图；图8是本发明实施例中本发明实施例中u型横硅芯的第四结构示意图；在图中：1、u型横硅芯；2、锥形孔；3、锥形柱；4、竖硅芯；5、柱形孔；6、圆柱；7、插槽；8、搭接面。
具体实施方式
20.通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的发明目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例；在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“侧向”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的
方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
21.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.结合附图1～8所述的一种硅芯搭接结构，包括一根用作横梁的u型横硅芯1和两根竖硅芯4，所述两根竖硅芯4的下端头分别连接还原炉的电极，实施时，两根竖硅芯4的下端头通过石墨夹头连接电极，两根竖硅芯4的上端头分别连接u型横硅芯1开口端两直线段的下端头形成所述的硅芯搭接结构。
23.具体实施时，所述u型横硅芯1与竖硅芯4截面积为圆形或椭圆形或方形或长方形或多角形，实施时，u型横硅芯1与竖硅芯4截面积优选为圆形或椭圆形，进一步，如图1～8所示，所述u型横硅芯1为一个圆弧两个直线段结构或两个圆弧三个直线段结构或三个圆弧四个直线段结构或四个圆弧五个直线段结构，且直线和圆弧为一体结构。
24.进一步，如图1所示，所述u型横硅芯1开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯4上端头连接的第一结构为在u型横硅芯1开口端两直线段的下端头分别设置锥形孔2，在两根竖硅芯4的上端头分别设置锥形柱3，u型横硅芯1开口端两直线段下端头的锥形孔2分别套接在两根竖硅芯4上端头的锥形柱3上，此时完成了u型横硅芯1与两根竖硅芯4的搭接。
25.进一步，所述u型横硅芯1开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯4上端头连接的第二结构为在u型横硅芯1开口端两直线段的下端头分别设置锥形柱3，在两根竖硅芯4的上端头分别设置锥形孔2，u型横硅芯1开口端两直线段下端头的锥形柱3分别插接在两根竖硅芯4上端头的锥形孔2内，此时完成了u型横硅芯1与两根竖硅芯4的搭接。
26.进一步，如图2所示，所述u型横硅芯1开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯4上端头连接的第三结构为在u型横硅芯1开口端两直线段的下端头分别设置柱形孔5，在两根竖硅芯4的上端头分别设置圆柱6，u型横硅芯1开口端两直线段下端头的柱形孔5分别套接在两根竖硅芯4上端头的圆柱6上，此时完成了u型横硅芯1与两根竖硅芯4的搭接。
27.进一步，所述u型横硅芯1开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯4上端头连接的第四结构为在u型横硅芯1开口端两直线段的下端头分别设置圆柱6，在两根竖硅芯4的上端头分别设置柱形孔5，u型横硅芯1开口端两直线段下端头的圆柱6分别插接在两根竖硅芯4上端头的柱形孔5内，此时完成了u型横硅芯1与两根竖硅芯4的搭接。
28.进一步，如图3、4所示，所述u型横硅芯1开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯4上端头连接的第五结构为在u型横硅芯1开口端两直线段的下端头分别设置插槽7，在两根竖硅芯4上端头的外缘面上分别对称设置搭接面8，u型横硅芯1开口端两直线段的下端头分别设置的插槽7分别套接在两根竖硅芯4上端头外缘面上分别对称设置的搭接面8上，所述插槽7的口内两侧面为平行设置或外端扩口设置，所述对称设置的搭接面8为平行设置或呈上端薄下端厚的夹角设置。
29.进一步，如图5所示，所述u型横硅芯1开口端两直线段的下端头与两根竖硅芯4上
端头连接的第六结构为在u型横硅芯1开口端两直线段下端头的外缘面上对称设置搭接面8，在两根竖硅芯4的上端头分别设置插槽7，u型横硅芯1开口端两直线段下端头的外缘面上对称设置的搭接面8分别插接在两根竖硅芯4上端头分别设置的插槽7内，所述插槽7的口内两侧面为平行设置或外端扩口设置，所述对称设置的搭接面8为平行设置或呈上端薄下端厚的夹角设置。
30.一种硅芯搭接方法，所述硅芯搭接方法具体包括如下步骤：第一步、首先在u型横硅芯1开口端两直线段的下端头分别设置锥形孔2或锥形柱3或柱形孔5或圆柱6或插槽7或搭接面8待用，在两竖硅芯4的上端头分别设置锥形柱3或锥形孔2或圆柱6或柱形孔5或搭接面8或插槽7待用；第二步、将两根竖硅芯4的下端头固定在还原炉炉底的电极上，然后将u型横硅芯1搭接在两根竖硅芯4的上端头形成一个闭合回路，检查搭接面是否紧密连接，确保无间隙，两电极分别连接直流电源的正极和负极，所有硅芯搭接完成后关闭炉罩，给电极通电后对每组硅芯进行加热，加热中一组搭接好的硅芯相当于一个大电阻，然后经还原炉的炉底往还原炉的炉室内通入氢气和三氯氢硅进行还原反应，这样所需的多晶硅就会在硅芯的表面沉积形成所需的多晶硅棒；第三步、当所需的多晶硅棒生长完成后，关闭电源，冷却后开炉取出所需的多晶硅棒即完成了多晶硅棒的生长。
31.本发明通过将原来的直线形硅芯横梁替换为u型横硅芯1，使搭接部位由原来的十字形变为一字型，相较于传统搭接方式的搭接点，本发明的搭接点位置下移，使搭接点尽可能的离开炉室内温度的最高部位，并使搭接点所处的位置更加靠近炉底的进气口，避免搭接点处于炉室内气体最稀薄的部位，进而实现减少搭接点部位菜花料的形成，有效的提高了沉积硅棒的质量及多晶硅生产企业的市场竞争力等。
32.以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。
33.为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。