单晶硅的加工设备及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种单晶硅的加工设备，涉及单晶硅制造技术，用于解决一方面，由于熔区内存在热对流，会产生集肤效应，另一方面，杂质对硅熔体表面张力的影响很显著，微量的杂质就能引起较大的变化，由于单晶棒拉晶过程中，杂质分布不均匀，会导致熔区发生流垮，限制了区熔单晶的直径的问题。它包括底座、设置于底座上的反应炉、立柱，所述反应炉包括主炉室和副炉室，所述立柱设置于底座左侧，所述立柱上设有用于控制副炉室升降的副室提升油缸，所述反应炉内设置有晶体旋转及升降机构。减少熔区内因热对流，而会产生集肤效应，提高单晶硅导电率，且提高区熔单晶的直径。本发明专利技术还提供了单晶硅的加工设备使用方法。

【技术实现步骤摘要】
单晶硅的加工设备及其使用方法
本专利技术涉及单晶硅制造技术，具体来说，是单晶硅的加工设备及其使用方法。
技术介绍
单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。制造单晶硅有两种方法：直拉法和区熔法，都需要单晶炉设备。(1)直拉法把装在坩埚内的多晶硅熔融后用一块硅单晶（常称仔晶或晶种）引导，慢慢提起，出坩埚部分凝固后就成硅单晶体（它的硅原子排列方向与仔晶相同）。当把坩埚内的多晶硅熔体全部提出后，一根硅单晶棒就拉成了。(2)区熔法又分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法（简称FZ法）。前者主要用于锗、砷化镓等材料。后者主要用于硅，硅密度低(2.33g/cm3、表面张力大(0.0072N/cm)，能用无坩埚悬浮区熔法。该法是在气氛或真空的炉室中，利用高频线圈在单晶籽晶和其上方悬挂的多晶硅棒的接触处产生熔区，然后使熔区向上移动进行单晶生长。由于硅熔体完全依靠其表面张力和高频电磁力的支托，悬浮于多晶棒与单晶之间，故称为悬浮区熔法。区熔法包括以下步骤：装料→化料→稳定温度→引晶(Neck)→放肩(Crown)→转肩(Shouloer)→等径(Body)→收尾→冷却→清炉。现有技术存在以下不足，一方面，由于熔区内存在热对流，会产生集肤效应，导致单晶棒的表面温度高，制造出来的单晶硅导电率差，另一方面，区熔法中熔体之所以可以被支撑在单晶与棒料之间，主要是由于硅熔体表面张力的作用，杂质对硅熔体表面张力的影响很显著，微量的杂质就能引起较大的变化，由于单晶棒拉晶过程中，杂质分布不均匀，会导致熔区就会发生流垮，限制了区熔单晶的直径。
技术实现思路
本专利技术目的是旨在提供了一种提高单晶硅导电率，且提高区熔单晶的直径的单晶硅的加工设备。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：单晶硅的加工设备，包括底座、设置于底座上的反应炉、立柱，所述反应炉包括主炉室和副炉室，所述立柱设置于底座左侧，所述立柱上设有用于控制副炉室升降的副室提升油缸，所述反应炉内设置有晶体旋转及升降机构。进一步限定，所述晶体旋转及升降机构包括驱动盘、转动圆盘、转动轴、喷枪、提升杆、单晶棒、单晶棒提升电机，所述提升杆贯穿驱动盘，所述提升杆上端连接单晶棒提升电机，所述提升杆下端连接单晶棒；所述驱动盘外套有转动圆盘，所述转动圆盘通过转动轴连接喷枪。进一步限定，所述喷枪包括设置于转动轴下端的第一齿轮、第一夹持片、设置于第一夹持片上端的第二齿轮，枪体、枪头，所述枪体朝向单晶棒侧安装枪头，所述枪体侧壁后段通过第一夹持片连接转动轴。进一步限定，所述单晶棒包括棒体、至少2个棒头，所述棒头上下端分别可拆卸的连接棒体。进一步限定，所述棒体径向分布有溢流通道。进一步限定，所述棒体径向分布有加热管道。进一步限定，所述主炉室包括主炉体和主炉盖，所述主炉体内侧壁设有隔热层。采用上述技术方案，拉晶阶段中，利用第一齿轮和第二齿轮相互配合，调节朝向单晶棒侧的枪头的上下位置，同时，利用驱动盘和转动圆盘相互配合，让枪头围绕单晶棒均匀的做圆周运动，利用枪头减少拉晶阶段产生的集肤效应。同时，通过设置溢流通道，依靠分凝效应使杂质在单晶棒的轴向分布趋于均匀。本专利技术还提供了单晶硅的加工设备使用方法，包括以下步骤，步骤一，设备组装，包括底座、设置于底座上的反应炉、立柱，所述反应炉包括主炉室和副炉室，所述立柱设置于底座左侧，所述立柱上设有用于控制副炉室升降的副室提升油缸，其特征在于：所述反应炉内设置有晶体旋转及升降机构；所述晶体旋转及升降机构包括驱动盘、转动圆盘、转动轴、喷枪、提升杆、单晶棒、单晶棒提升电机，所述提升杆贯穿驱动盘，其上端连接单晶棒提升电机，其下端连接单晶棒；所述驱动盘外套有转动圆盘，所述转动圆盘通过转动轴连接喷枪；步骤二，准备原料，将高质量的多晶棒头的表面打磨光滑，然后棒头上下端分别可拆卸的连接棒体，再将单晶棒进行腐蚀清洗，除去加工时的表面污染；步骤三，形成真空，关上炉门，用真空泵排除空气后，向反应炉内充入情性气体氮气，使炉内压力略高于大气压力；步骤四，拉晶阶段，通过射频圈给反应炉送上高频电力加热，使单晶棒底端开始熔化，将棒料下降与籽晶熔接，当溶液与籽晶充分熔接后，使单晶棒快速上升，以拉出一细长的晶颈，消除位错。步骤五，放肩阶段，晶颈拉完后，慢慢地让单晶直径增大到目标大小，放肩完成后，便转入等径生长，直到结束。优选的，步骤四，拉晶阶段中，所述喷枪包括设置于转动轴下端的第一齿轮、第一夹持片、设置于第一夹持片上端的第二齿轮，枪体、枪头，所述枪体朝向单晶棒侧安装枪头，所述枪体侧壁后段通过第一夹持片连接转动轴；利用第一齿轮和第二齿轮相互配合，调节朝向单晶棒侧的枪头的上下位置，同时，利用驱动盘和转动圆盘相互配合，让枪头围绕单晶棒均匀的做圆周运动，利用枪头减少拉晶阶段产生的集肤效应。优选的，步骤四，拉晶阶段中，所述棒体径向分布有溢流通道；通过设置溢流通道，依靠分凝效应使杂质在单晶棒的轴向分布趋于均匀。本专利技术相比现有技术，依靠分凝效应使杂质在单晶棒的轴向分布趋于均匀，避免熔区发生流垮，能够制备60mm~240mm直径的单晶。附图说明本专利技术可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；图1为本专利技术单晶硅的加工设备示意图；图2为图1中局部A放大图；主要元件符号说明如下：底座1，反应炉2，立柱3，主炉室4，主炉体4a，主炉盖4b，隔热层4c，副炉室5，副室提升油缸6，晶体旋转及升降机构7，驱动盘8，转动圆盘9，转动轴10，喷枪11，提升杆12，单晶棒13，单晶棒提升电机14，第一齿轮15，第一夹持片16，枪体17，枪头18，棒体19，溢流通道20，加热管道21。具体实施方式为了使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进一步说明。实施例一，如图1，图2所示，单晶硅的加工设备，包括底座1、设置于底座1上的反应炉2、立柱3，反应炉2包括主炉室4和副炉室5，立柱3设置于底座1左侧，立柱3上设有用于控制副炉室5升降的副室提升油缸6，反应炉2内设置有晶体旋转及升降机构7。晶体旋转及升降机构7包括驱动盘8、转动圆盘9、转动轴10、喷枪11、提升杆12、单晶棒13、单晶棒提升电机14，提升杆12贯穿驱动盘8，提升杆12上端连接单晶棒提升电机14，提升杆12下端连接单晶棒13；驱动盘8外套有转动圆盘9，转动圆盘9通过转动轴10连接喷枪11。喷枪11包括设置于转动轴10下端的第一齿轮15、第一夹持片16、设置于第一夹持片16上端的第二齿轮（图示未画出），枪体17、枪头18，枪体17朝向单晶棒13侧安装枪头18，枪体17侧壁后段通过第一夹持片16连接转动轴10。单晶棒13包括棒体19、2个棒头（图示未画出），棒头上下端分别可拆卸的连接棒体19。实施例二，如图1，图2所示，单晶硅的加工设备，包括底座1、设置于底座1上的反应炉2、立柱3，反应炉2包括主炉室4和副炉室5，立柱3设置于底座1左侧，立柱3上设有用于控制副炉室5升降的副室提升油缸6，反应炉2内设置有晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
单晶硅的加工设备，包括底座、设置于底座上的反应炉、立柱，所述反应炉包括主炉室和副炉室，所述立柱设置于底座左侧，所述立柱上设有用于控制副炉室升降的副室提升油缸，其特征在于：所述反应炉内设置有晶体旋转及升降机构。

【技术特征摘要】
1.单晶硅的加工设备，包括底座、设置于底座上的反应炉、立柱，所述反应炉包括主炉室和副炉室，所述立柱设置于底座左侧，所述立柱上设有用于控制副炉室升降的副室提升油缸，其特征在于：所述反应炉内设置有晶体旋转及升降机构。2.根据权利要求1所述的单晶硅的加工设备，其特征在于：所述晶体旋转及升降机构包括驱动盘、转动圆盘、转动轴、喷枪、提升杆、单晶棒、单晶棒提升电机，所述提升杆贯穿驱动盘，所述提升杆上端连接单晶棒提升电机，所述提升杆下端连接单晶棒；所述驱动盘外套有转动圆盘，所述转动圆盘通过转动轴连接喷枪。3.根据权利要求2所述的单晶硅的加工设备，其特征在于：所述喷枪包括设置于转动轴下端的第一齿轮、第一夹持片、设置于第一夹持片上端的第二齿轮，枪体、枪头，所述枪体朝向单晶棒侧安装枪头，所述枪体侧壁后段通过第一夹持片连接转动轴。4.根据权利要求2或3所述的单晶硅的加工设备，其特征在于：所述单晶棒包括棒体、至少2个棒头，所述棒头上下端分别可拆卸的连接棒体。5.根据权利要求4所述的单晶硅的加工设备，其特征在于：所述棒体径向分布有溢流通道。6.根据权利要求5所述的单晶硅的加工设备，其特征在于：所述棒体径向分布有加热管道。7.根据权利要求6所述的单晶硅的加工设备，其特征在于：所述主炉室包括主炉体和主炉盖，所述主炉体内侧壁设有隔热层。8.单晶硅的加工设备使用方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一，设备组装，包括底座、设置于底座上的反应炉、立柱，所述反应炉包括主炉室和副炉室，所述立柱设置于底座左侧，所述立柱上设有用于控制副炉室升降的副室提升油缸，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴桂松，王辉，孙学军，王鹏，张经行，张德林，刘建军，杨永军，党文全，许生发，
申请(专利权)人：青海鑫诺光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：青海,63