一种多晶硅处理用全自动直拉单晶生长炉

技术领域

本发明涉及单晶生长炉技术领域，具体为一种多晶硅处理用全自动直拉单晶生长炉。

背景技术

硅单晶生长炉是将多晶硅转变为单晶硅的专用设备，硅单晶的生长是在真空工作室内将多晶原材料放入坩埚中，通过加热器将原材料熔化，然后，通过籽晶引导、向上提拉方法生长出理想的硅单晶。在连续向上提拉的硅单晶生长工艺过程中，为了保证硅单晶的稳定快速生长和挥发物的及时排除，整个生长工艺过程中，将工艺气体(常用高纯氩气)从单晶炉顶部充入，通过真空泵从单晶炉的一侧排出。现有的直拉式硅单晶生长炉，由于自身高度的原因以及籽晶轴的妨碍，在往坩埚中投放硅原料时很不方便；对生长炉清理时很麻烦，浪费了大量的工作时间，降低了工作效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多晶硅处理用全自动直拉单晶生长炉，具备可方便投放硅原料，且清理生长炉时更加方便快捷的优点，解决了现有的直拉式硅单晶生长炉，由于自身高度的原因以及籽晶轴的妨碍，在往坩埚中投放硅原料时很不方便；对生长炉清理时很麻烦，浪费了大量的工作时间，降低了工作效率的问题。

本发明提供如下技术方案：一种多晶硅处理用全自动直拉单晶生长炉，包括上炉体、下炉体、籽晶轴驱动装置和支撑板，所述上炉体固定安装在下炉体的顶部，所述籽晶轴驱动装置固定安装在上炉体的顶部，所述上炉体和下炉体相连通，所述下炉体的底部设有贯穿的通孔，所述通孔的内部固定安装有密封圈，所述支撑板位于下炉体的底部，所述支撑板的顶部固定安装有隔热板，所述隔热板穿过下炉体底部的通孔，所述支撑板的顶面可完全封盖下炉体底部的通孔，所述密封圈的内壁与隔热板的外表面压紧连接，所述支撑板的底部固定安装有液压缸和第三支撑腿，所述液压缸的一端固定连接有油缸，所述液压缸的输出端活动连接有液压杆，所述液压杆的底部固定连接有第二支撑腿，所述第三支撑腿的底部固定安装有伸缩杆，所述伸缩杆的底部固定连接有万向轮，所述伸缩杆的外表面活动套接有弹簧，所述支撑板的底部还固定安装有电机，所述电机的输出端固定连接有旋转轴，所述旋转轴的顶部贯穿支撑板和隔热板并延伸至隔热板顶部的上方，所述旋转轴的顶部固定连接有连接板，所述连接板的顶部固定连接有坩埚，所述下炉体底部的左侧和后侧均固定安装有固定限位板，两个所述固定限位板靠近下炉体底部中心的面固定安装有滚轮，所述下炉体的左侧面和右侧面均固定安装有固定板，所述固定板的底部固定安装有第一支撑座，位于所述下炉体右侧的固定板的顶部固定安装有立杆，所述立杆的顶部固定安装有控制器，所述隔热板的顶部固定安装有隔热箱和加热棒，所述隔热箱的底面镂空，所述隔热箱内腔的侧面固定安装有保温层，所述加热棒位于保温层和坩埚之间，所述隔热箱的顶部设有开口，所述隔热箱的内腔和该开口相连通，所述下炉体内腔的左侧面和隔热板的顶部均固定安装有温度传感器，位于所述隔热板顶部的温度传感器在隔热箱的内部，所述下炉体内腔的右侧面固定安装有压力传感器，所述下炉体的顶部固定安装有氮气管和抽气管，所述氮气管和抽气管分别位于上炉体的左右两侧，所述氮气管和抽气管的底部均贯穿下炉体的顶部并延伸至下炉体的内腔，所述氮气管的输入端连接有氮气罐，位于所述下炉体内腔的氮气管上设有若干个通气孔，位于所述下炉体外部的氮气管上设有电磁阀，所述抽气管上设有气泵，所述上炉体的左侧固定安装有输气管，所述输气管的出气端贯穿上炉体的左侧面并延伸至其内腔，所述籽晶轴驱动装置内部贯穿设有籽晶轴，所述籽晶轴的底部延伸至上炉体和下炉体的内腔，所述籽晶轴的底部固定安装有籽晶，所述籽晶位于坩埚的正上方，所述下炉体的正面设有可视窗。

优选的，所述隔热板的顶部由石棉制成。

优选的，所述隔热板和下炉体底部的通孔均呈圆柱体，所述隔热板的顶面直径小于其底面直径。

优选的，所述第二支撑腿的底部固定连接有第二固定座，所述第一支撑座的底部固定连接有第一固定座。

优选的，所述氮气管呈L形，位于所述下炉体内腔的氮气管呈水平横向设置。

优选的，所述加热棒的一端连接有加热电极，所述加热棒的数量不少于两个，所述加热棒的截面直径为5-10cm，且长度不少于30cm。

优选的，所述连接板由隔热材料岩棉板制成。

优选的，位于所述隔热板顶部和下炉体内腔左侧面的温度传感器的数量均不少于两个，位于所述隔热板顶部的温度传感器到坩埚底部的垂直距离为5-13cm。

优选的，所述保温层由珍珠岩材料制成。

优选的，所述可视窗呈矩形。

优选的，所述滚轮的底部高度等于万向轮接触地面时支撑板的底部高度。

优选的，所述控制器上设有显示屏，所述电机、温度传感器、压力传感器、电磁阀、气泵、籽晶轴驱动装置以及液压缸的驱动系统均与控制器电性连接。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

1、该多晶硅处理用全自动直拉单晶生长炉，通过液压缸将液压杆缩短至最短长度，此时第二固定座脱离地面，万向轮与地面接触，利用万向轮可轻松移动支撑板和隔热板，当需要往坩埚中加入硅原料时，将隔热板移动至下炉体的外部，从而没有下炉体的阻挡，可非常方便地往坩埚中添加硅原料。

2、该多晶硅处理用全自动直拉单晶生长炉，当需要进行单晶生长工作时，通过下炉体底部设置的两个滚轮，首先将支撑板的左侧面与其中一个滚轮贴合，然后推动支撑板，使支撑板的左侧面沿着滚轮的外表面向后移动，直至支撑板的背面与另外一个滚轮贴合，或者将支撑板的背面与其中一个滚轮贴合，然后推动支撑板，使支撑板背面沿着滚轮的外表面向左移动，直至支撑板的左侧面与另外一个滚轮贴合，此时隔热板与下炉体底部的通孔位置正好对应，然后只需启动液压缸使万向轮脱离地面，直至第二固定座与地面接触，此时隔热板将穿过下炉体底部的通孔，并于密封圈相互挤压，从而可非常方便地将坩埚移动至下炉体的内腔，并将其底部的通孔密封。

3、该多晶硅处理用全自动直拉单晶生长炉，当将隔热板移出下炉体的内腔时，坩埚、加热棒、隔热箱都将一起被移出，工作人员可从下炉体底部的通孔处进入，对该生长炉进行清理，此时的内腔没有其他设备的阻碍，清理更加方便快捷，大大节省了工作时间。

4、该多晶硅处理用全自动直拉单晶生长炉，通过弹簧和伸缩杆的设置，因为当移动支撑板时，会有震动，在弹簧自身的弹力和伸缩杆的配合作用下，可将震动现象大大消减，从而提高坩埚的稳定性，减少硅在坩埚中的晃动。

5、该多晶硅处理用全自动直拉单晶生长炉，通过氮气管的L形设计，横向设置的氮气管在下炉体的内腔中，通过多个通气孔，可将氮气从不同的位置同时进入到下炉体的内腔中，可达到快速冷却的效果。

附图说明

图1为本发明截面结构示意图；

图2为本发明结构示意图。

图中：1、上炉体；2、氮气管；3、电磁阀；4、温度传感器；5、坩埚；6、加热棒；7、保温层；8、隔热箱；9、连接板；10、旋转轴；11、密封圈；12、固定限位板；13、滚轮；14、电机；15、弹簧；16、伸缩杆；17、万向轮；18、第一支撑座；19、第一固定座；20、输气管；21、籽晶轴驱动装置；22、籽晶轴；23、抽气管；24、气泵；25、通气孔；26、压力传感器；27、籽晶；28、控制器；29、下炉体；30、立杆；31、固定板；32、隔热板；33、支撑板；34、第三支撑腿；35、液压缸；36、液压杆；37、第二支撑腿；38、第二固定座；39、可视窗。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，一种多晶硅处理用全自动直拉单晶生长炉，包括上炉体1、下炉体29、籽晶轴驱动装置21和支撑板33，上炉体1固定安装在下炉体29的顶部，籽晶轴驱动装置21固定安装在上炉体1的顶部，上炉体1和下炉体29相连通，下炉体29的底部设有贯穿的通孔，通孔的内部固定安装有密封圈11，支撑板33位于下炉体29的底部，支撑板33的顶部固定安装有隔热板32，隔热板32的顶部为石棉制成，当加热棒6通电产生热量时，利用石棉的绝缘性和隔热性，可使该生长炉在使用过程中更加安全可靠，隔热板32穿过下炉体29底部的通孔，隔热板32和下炉体29底部的通孔均呈圆柱体，隔热板32的顶面直径小于其底面直径，从而可以更加方便地将隔热板32插入到下炉体29底部的通孔中，支撑板33的顶面可完全封盖下炉体29底部的通孔，密封圈11的内壁与隔热板32的外表面压紧连接，达到将生长炉密封的效果，防止热量流失，支撑板33的底部固定安装有液压缸35和第三支撑腿34，液压缸35的一端固定连接有油缸，液压缸35的输出端活动连接有液压杆36，通过液压缸35将液压杆36缩短至最短长度，此时第二固定座38脱离地面，万向轮17与地面接触，利用万向轮17可轻松移动支撑板33和隔热板32，当需要往坩埚5中加入硅原料时，将隔热板32移动至下炉体29的外部，从而没有下炉体29的阻挡，可非常方便地往坩埚5中添加硅原料，液压杆36的底部固定连接有第二支撑腿37，第二支撑腿37的底部固定连接有第二固定座38，第二固定座38的截面呈梯形，且第二固定座38的底面面积更大，可增加隔热板32、支撑板33的稳定性，第三支撑腿34的底部固定安装有伸缩杆16，伸缩杆16的底部固定连接有万向轮17，伸缩杆16的外表面活动套接有弹簧15，通过弹簧15和伸缩杆16的设置，因为当移动支撑板33时，会有震动，在弹簧15自身的弹力和伸缩杆16的配合作用下，可将震动现象大大消减，从而提高坩埚5的稳定性，减少硅在坩埚5中的晃动，支撑板33的底部还固定安装有电机14，电机14的输出端固定连接有旋转轴10，旋转轴10的顶部贯穿支撑板33和隔热板32并延伸至隔热板32顶部的上方，旋转轴10的顶部固定连接有连接板9，连接板9由隔热材料岩棉板制成，利用岩棉板的隔热性能，防止坩埚5上的热量通过旋转轴10传递给电机14，而造成电机14的损坏，连接板9的顶部固定连接有坩埚5，下炉体29底部的左侧和后侧均固定安装有固定限位板12，两个，固定限位板12靠近下炉体29底部中心的面固定安装有滚轮13，滚轮13的底部高度等于万向轮17接触地面时支撑板33的底部高度，保证在移动支撑板33时，支撑板33的侧面和滚轮13的外表面接触，当需要进行单晶生长工作时，通过下炉体29底部设置的两个滚轮13，首先将支撑板33的左侧面与其中一个滚轮13贴合，然后推动支撑板33，使支撑板33的左侧面沿着滚轮13的外表面向后移动，直至支撑板33的背面与另外一个滚轮13贴合，或者将支撑板33的背面与其中一个滚轮13贴合，然后推动支撑板33，使支撑板33背面沿着滚轮13的外表面向左移动，直至支撑板33的左侧面与另外一个滚轮13贴合，此时隔热板32与下炉体29底部的通孔位置正好对应，然后只需启动液压缸35使万向轮17脱离地面，直至第二固定座38与地面接触，此时隔热板32将穿过下炉体29底部的通孔，并于密封圈11相互挤压，从而可非常方便地将坩埚5移动至下炉体29的内腔，并将其底部的通孔密封，下炉体29的左侧面和右侧面均固定安装有固定板31，固定板31的底部固定安装有第一支撑座18，第一支撑座18的底部固定连接有第一固定座19，第一固定座19的截面也呈梯形，且第一固定座19的底面面积更大，可增加生长炉整体的稳定性，且第一支撑座18、第二支撑腿37和第三支撑腿34的数量都为四个，位于，下炉体29右侧的固定板31的顶部固定安装有立杆30，立杆30的顶部固定安装有控制器28，控制器28上设有显示屏，电机14、温度传感器4、压力传感器26、电磁阀3、气泵24、籽晶轴驱动装置21以及液压缸35的驱动系统均与控制器28电性连接，显示屏可显示温度值和压力值，且实现对生长炉的自动化控制，隔热板32的顶部固定安装有隔热箱8和加热棒6，加热棒6的一端连接有加热电极，加热棒6的数量不少于两个，加热棒6的截面直径为5-10cm，且长度不少于30cm，需要保证当加热棒6通电后产生热量的范围足够大，提高对坩埚5进行加热的效率，从而使硅原料融化，隔热箱8的底面镂空，隔热箱8内腔的侧面固定安装有保温层7，保温层7由珍珠岩材料制成，珍珠岩有保温且耐高温的特性，可承受1300多度的温度，该温度大于硅单晶生长时的温度，可在减少坩埚5上热量流失的同时，增加设备的安全性，加热棒6位于保温层7和坩埚5之间，隔热箱8的顶部设有开口，隔热箱8的内腔和该开口相连通，下炉体29内腔的左侧面和隔热板32的顶部均固定安装有温度传感器4，位于，隔热板32顶部的温度传感器4在隔热箱8的内部，位于，隔热板32顶部和下炉体29内腔左侧面的温度传感器4的数量均不少于两个，位于，隔热板32顶部的温度传感器4到坩埚5底部的垂直距离为5-13cm，可更加准确地实时检测硅单晶生长的温度，提高其生长效率，下炉体29内腔的右侧面固定安装有压力传感器26，下炉体29的顶部固定安装有氮气管2和抽气管23，氮气管2和抽气管23分别位于上炉体1的左右两侧，氮气管2和抽气管23的底部均贯穿下炉体29的顶部并延伸至下炉体29的内腔，氮气管2的输入端连接有氮气罐，位于，下炉体29内腔的氮气管2上设有若干个通气孔25，氮气管2呈L形，位于，下炉体29内腔的氮气管2呈水平横向设置，横向设置的氮气管2在下炉体29的内腔中，通过多个通气孔25，可将氮气从不同的位置同时进入到下炉体29的内腔中，可达到快速冷却的效果，位于，下炉体29外部的氮气管2上设有电磁阀3，将氩气通过氮气管2进入到该生长炉的内腔，并启动气泵24，通过两者配合工作，将生长炉内气压不断降低，完成硅单晶生长前的准备工作，抽气管23上设有气泵24，上炉体1的左侧固定安装有输气管20，输气管20的出气端贯穿上炉体1的左侧面并延伸至其内腔，将氩气通过氮气管2进入到该生长炉的内腔，并启动气泵24，通过两者配合工作，将生长炉内的氧气去除，并使气压不断降低，满足硅单晶生长的准备工作，籽晶轴驱动装置21内部贯穿设有籽晶轴22，籽晶轴22的底部延伸至上炉体1和下炉体29的内腔，籽晶轴22的底部固定安装有籽晶27，籽晶27位于坩埚5的正上方，籽晶轴驱动装置21将籽晶27伸入硅溶液中，并启动电机14使坩埚5旋转，同时籽晶轴驱动装置21使籽晶27往相反方向旋转，并慢慢地将籽晶27向上移动，单晶硅将贴附在籽晶27的底部进行生长，且通入的氮气对生长出的单晶硅进行降温，完成单晶生长工作，当将隔热板32移出下炉体29的内腔时，坩埚5、加热棒6、隔热箱8都将一起被移出，工作人员可从下炉体29底部的通孔处进入，对该生长炉进行清理，此时的内腔没有其他设备的阻碍，清理更加方便快捷，大大节省了工作时间，下炉体29的正面设有可视窗39，可视窗39呈矩形，且长度足够长，可以大范围地观察硅单晶生长的过程。

工作原理：首先通过液压缸35将液压杆36缩短至最短长度，此时第二固定座38脱离地面，万向轮17与地面接触，将支撑板33和隔热板32移动至合适位置，往坩埚5中加入硅原料时，然后将隔热板32移动至下炉体29的底部，使支撑板33的左侧面与其中一个滚轮13贴合，然后推动支撑板33，使支撑板33的左侧面沿着滚轮13的外表面向后移动，直至支撑板33的背面与另外一个滚轮13贴合，此时隔热板32与下炉体29底部的通孔位置正好对应，通过控制器28启动液压缸35使万向轮17脱离地面，直至第二固定座38与地面接触，此时隔热板32将穿过下炉体29底部的通孔，并于密封圈11相互挤压，从而将坩埚5移动至下炉体29的内腔，此时隔热板32将下炉体29底部的通孔密封，然后将氩气通过氮气管2进入到该生长炉的内腔，并启动气泵24，通过两者配合工作，将生长炉内气压不断降低，完成硅单晶生长前的准备工作，通过压力传感器26对压强进行实时检测，并将数据传输至控制器28的显示屏上，然后给加热棒6通电，使其产生热量，对坩埚5进行加热，使硅原料融化，通过温度传感器4分别对生长炉内的温度以及坩埚5底部的温度进行检测，并通过显示屏对温度值进行观察，然后通过籽晶轴驱动装置21将籽晶27伸入硅溶液中，并启动电机14使坩埚5旋转，同时籽晶轴驱动装置21使籽晶27往相反方向旋转，并慢慢地将籽晶27向上移动，单晶硅将贴附在籽晶27的底部进行生长，且氮气通过氮气管2上设置的多个通气孔25，将从不同的位置同时进入到下炉体29的内腔中，可达到快速冷却的效果，对生长出的单晶硅进行降温，从而完成单晶生长工作，通过可视窗39也可实时观察单晶硅的生长过程，完成生长工作后，将隔热板32移出下炉体29的内腔，此时坩埚5、加热棒6、隔热箱8都将一起被移出，工作人员可从下炉体29底部的通孔处进入，对该生长炉进行清理，此时的内腔没有其他设备的阻碍，清理更加方便快捷，大大节省了工作时间。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。