【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种设置在单晶炉的外部而对固体硅料进行熔化的设备的零部件，具体涉及一种外置式熔融硅加料设备的化料装置单晶硅棒。本专利技术中，熔融硅是指熔融状态的硅，也称熔融态硅、熔体硅或液体硅。
技术介绍
1、单晶硅是单质硅的一种形态。当熔融的单质硅在凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。
2、单晶硅制备，需要实现从多晶到单晶的转变，即原子由液相的随机排列直接转变为有序阵列，由不对称结构转变为对称结构。这种转变是通过固液界面的移动逐渐完成的。为实现上述转化过程，多晶硅就要经过固态硅到熔融态硅，再到固态单晶体硅的转变，这就是从熔融硅中生长单晶硅所经历的途径。
3、单晶硅制备方法基本上分为两种，即坩埚直拉法和无坩埚悬浮区熔法。坩埚直拉法成本较低，其完整性很高，而生长率和晶体尺寸也较好，且单晶硅的直径可达12吋。无坩埚悬浮区熔法的成本较高，实际上是进行了两次拉晶。并且单晶硅的尺寸最高只有8吋。目前，坩埚直拉法所拉制的单晶硅棒的数量约占整个单晶硅棒生产量的95%。
4、坩埚直拉法得到的单晶硅棒以单晶炉作为主要的生产设备，坩埚直拉法又分为间歇式拉晶与连续拉晶两种拉晶方式。这两种拉近方式的区别在于投料方式。间歇式拉晶的投料方式是：在停止拉晶时才能投料。连续式拉晶的投料方式是：拉晶和投料同步进行，拉出多少晶体就投多少硅料，拉晶、投料、化料同步进行。
5、目前主流技术仍然是
6、连续式拉晶之所以没有能成为主流技术，一是连续式拉晶生长的单晶硅棒的氧含量相对比较高，二是连续式拉晶的转速远远低于间歇式拉晶，最多只有间歇式拉晶转速的一半左右，否则，就会出现断棱现象。因此，连续式拉晶的成本较高。
7、目前的单晶硅棒的氧含量较高的原因主要是：石英坩埚与熔融硅的接触面积较多，同时外侧坩埚一直趋于高温状态下。这种高温使得石英坩埚在熔融硅的接触下，容易被腐蚀生成一氧化硅和氧分子。一部分氧分子则会进入到熔融硅中去。这样的单晶硅棒的氧含量就会较高。
8、本专利技术的专利技术人发现了高拉速下晶体生长稳定性很差而出现断棱的一个原因是：目前连续式拉晶配套的连续加料方式是通过外置式固体加料装置直接将固体硅料加入单晶炉中，从而使得化料和晶体生长在同一个热场区域，而两者对温度的需求正好相反。若要使晶体快速生长，则生长区域的温度应该相对低一些，所需加入的固体硅料则要多一些。但是，加入的固体硅料增多，为了熔化这些增多的固体硅料，就需要将化料区域的温度设置得更高一些，才能把固体硅料快速地化成熔融硅，然后流向生长区域。因此，现有技术中的单晶炉的生长区域与化料区域两者对温度的需求是相互矛盾的。
9、现有技术解决该技术问题的方案就是：降低连续式拉晶的拉速，使得热量既满足融化硅料的需要，也满足拉升时不断棱的需要，这就使得单晶炉的生产效率一直处于较低的状态。中国专利文献cn208362524u就公开了属于上述工作原理的一种单晶炉的自动加料装置。
10、作为其改进，中国专利文献cn 114016126 a（申请号为2021113006627）公开了一种单晶炉液体连续加料装置。该加料装置是一种外置式的熔融硅连续加料装置，并在拉晶炉和熔料炉之间设置上料管，利用压差效应，将熔料坩埚中的熔融硅通过上料管导入拉晶坩埚中。其工作原理是：硅料在熔料坩埚中熔化，然后关闭控制阀，通过外部气压源给熔料炉内部加压所形成压差而完成一次上料。每次可输送一坩埚的熔融硅。对于此时的熔料炉，可以打开控制阀，调节压差，再向熔料坩埚中投入新的硅料。进而拉晶炉和熔料炉同时工作，拉晶和熔料同时进行。该操作无需再在拉晶炉内熔料，可节省时间，并且可方便提渣，提高单晶炉工作效率。
11、但是该专利申请中，由于上料管虽然采用耐高温的石英材料，但石英材料在硅料的熔点1420℃或1415±5℃时，则呈软化状态，不仅大量杂质熔入熔融硅之中，而且还会造成上料管的损坏。在加压上料时，这种情况更加严重。因此，该专利申请不仅难以实施，而且单晶硅棒的质量也得不到保障。其次，该专利申请的一次上料的数量有一定的局限性。其一次加压上料的多少限于熔料坩埚的大小，最多一次只能输送一坩埚量的熔融硅。下一次输送时，需要一定时间化料，从而使得拉晶等待的时间被延长。第三、若一次性加压上料足够拉制一根单晶硅棒，则使得电阻分布不均匀的问题较为突出；若这种一次性加压上料需要数次才能满足拉制一根单晶硅棒的硅的用量，则与每次的一次性加压上料相对应的棒段，其上下方向上的电阻分布的均匀性也会有一定程度的不同。第四、为了进行下一次的化料和加压上料，在上一次的加压上料完成后，就必须在打开控制阀平衡压力后，才能进行固体硅料的加料，此时会对单晶炉中的压力的平稳性造成冲击，此时容易出现断棱现象，从而变为多晶。因此，在两个炉体内腔中压力不平衡时，不能继续拉晶，所以，进一步延长了拉晶的时间。第五、采用增加压力的方式输送熔融硅，具有一定的安全隐患。
12、
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题也即本专利技术的目的是：提供一种便于输送熔融硅的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置（以下简称为本新型的装置）。
2、实现本专利技术目的的基本技术方案是：本专利技术的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，设有进料部位。
3、其结构特点是：化料装置包括化料器。化料器包括化料器基体和涂覆在化料器基体内壁上的耐高温保护层，所述的化料器基体是耐高温同质一体件，并且化料器分为位于右侧的化料器主体和位于左侧的导料槽两个开口均朝上的功能部位，且两者的高度相同。化料器主体的基本形状为向上开口的长方体壳形（也即方盒状）且其左侧设有输料口。
4、导料槽设有左右向且开口向上的槽形输料通道。槽形输料通道具有出料口和入料口。槽形输料通道包括槽形主通道。槽形主通道是按照左高右低的方式设置的槽形通道，其左端口属于导料槽的出料口，其右端口即为导料槽的入料口。导料槽的入料口与化料器主体的输料口相连通。导料槽的槽形主通道的左端口的底部低于化料器主体的上沿口。导料槽的出料口也即化料器的出料口以及化料装置的出料口。
5、化料器基体的材质为通过等静压方法成型而制得的石墨材质、碳化硅材质、或氮化硅材质，或者是采用热压成型方法制得的氮化硼材质，化料器基体的材质优选为通过热等静压方法成型而制得的石墨材质的化料器、碳化硅材质的化料器、或氮化硅材质的化料器。所述的耐高温保护层碳化硅涂层、氮化硅涂层、石墨涂层、或氮化硼涂层。
6、上述方案中，所述的耐高温是指在1420℃或1415±5℃的温度下、也即在硅的熔化温度下，能够不发生变形的温度。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，化料装置设有进料部位，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：化料器主体（31-1）的输料口为沿上下向设置且开口向上的竖条状缺口（31-2），竖条状缺口（31-2）的下底接近或者就是底侧板的上表面；
3.根据权利要求2所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：化料器主体（31-1）的各个相邻侧面之间呈弧形连接，槽底板（31-6）的右下端部位从竖条状缺口（31-2）处继续向右方延伸，并且与化料器主体（31-1）的底侧板平滑过渡连接，从而使得导料槽（31-3）的槽形主通道的底部与化料器主体（31-1）的内腔下部平滑接通。
4.根据权利要求3所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：导料槽（31-3）还包括过渡板段（31-7）；槽形输料通道还包括槽形从通道；导料槽（31-3）的过渡板段（31-7）按照左低右高的方式设置，且以其处于最高位置的右侧部位与位于右侧的槽底板（31-6）的左侧部位相连；这种连接是一种以折弯连接的方式
5.根据权利要求4所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：还包括挡板构件（32）；挡板构件（32）为一板状的构件，包括挡板基体和涂覆在挡板基体外表面上的耐高温保护层，所述的挡板基体是耐高温同质一体件；挡板构件（32）设有挡板（32-1）和前后2个开口向下的卡槽（32-2）；挡板构件（32）由其前后2个卡槽（32-2）卡在相应的槽前板（31-4）和槽后板（31-5）上，并且挡板（32-1）的下端与槽底板（31-6）之间留有熔融硅的流通间隙，该间隙的高度为3至5厘米；
6.根据权利要求5所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：还包括化料盖（33）；化料盖（33）从上方盖在化料器（31）的向上开口上，也即是化料盖（33）覆盖在化料器主体（31-1）的上沿口上。
7.根据权利要求1至6之一所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：所述的化料器（31）的耐高温保护层的厚度为1微米至40微米。
8.根据权利要求7所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：所述的化料器（31）的耐高温保护层（2）的厚度为1微米至29微米。
9.根据权利要求8所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：所述的化料器（31）的耐高温保护层（2）的厚度为3微米至10微米。
10.根据权利要求1至6之一所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：化料器基体的材质为通过热等静压方法成型而制得的石墨材质的化料器、碳化硅材质的化料器、或氮化硅材质的化料器。
...【技术特征摘要】
1.一种用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，化料装置设有进料部位，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：化料器主体（31-1）的输料口为沿上下向设置且开口向上的竖条状缺口（31-2），竖条状缺口（31-2）的下底接近或者就是底侧板的上表面；
3.根据权利要求2所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：化料器主体（31-1）的各个相邻侧面之间呈弧形连接，槽底板（31-6）的右下端部位从竖条状缺口（31-2）处继续向右方延伸，并且与化料器主体（31-1）的底侧板平滑过渡连接，从而使得导料槽（31-3）的槽形主通道的底部与化料器主体（31-1）的内腔下部平滑接通。
4.根据权利要求3所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，其特征在于：导料槽（31-3）还包括过渡板段（31-7）；槽形输料通道还包括槽形从通道；导料槽（31-3）的过渡板段（31-7）按照左低右高的方式设置，且以其处于最高位置的右侧部位与位于右侧的槽底板（31-6）的左侧部位相连；这种连接是一种以折弯连接的方式使得槽底板（31-6）在其左侧的最高部位与过渡板段（31-7）相连；槽形从通道由过渡板段（31-7）和与其分前后垂直设置的槽前板（31-4）和槽后板（31-5）共同构成；槽形从通道则与槽形主通道的左端口共同构成导料槽（31-3）的出料口（31-8）。
5.根据权利要求4所述的用于外置式熔融硅连续加料设备的化料装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁玉平，金胜，袁佳斌，朱桂新，
申请(专利权)人：常州轶梵科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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