一种带有提升和旋转机构的拉晶炉制造技术

本实用新型专利技术公开了一种带提升和旋转机构的拉晶炉，包括炉体以及炉体上方的副室，所述的提升和旋转机构包括：位于副室顶部的旋转头；位于副室内的可相对炉体转动的若干滑杆；可沿滑杆运动的滑块，滑块通过籽晶绳与旋转头连接；位于滑块底面的籽晶夹头。该拉晶炉通过滑杆和滑块的固定作用，可以有效避免籽晶绳的抖动和晃动现象，并可以实现需要大扭力的操作，扩大了采用ＣＺ法进行晶体生长的工艺范围，并且能够在晶体周围气流不稳定或外界有较大振源时，实现稳定的晶体生长。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种制备硅晶体的装置，尤其涉及一种带有提升和旋转机构的拉 晶炉。
技术介绍
硅晶体是半导体行业和太阳能行业最常使用的材料。生产这种材料最常用的方法 是丘克劳斯基法(Czochralski法，简称CZ法)。行业内又称为拉晶法或提拉法。丘克劳斯 基法制备硅晶体的设备称为拉晶炉。如图1所示，该设备由副室1、炉体2、隔离阀7和籽晶 提拉机构等组成。其中在炉体2内装有石墨热场。石墨热场通常由坩埚4、加热器5等组 成。在晶体生长时，由籽晶提拉机构控制籽晶的升降和旋转，使籽晶与坩埚4内熔化后的硅 料相接触，通过籽晶诱导生长出圆柱形的晶体8。籽晶提拉机构由旋转头3、与旋转头3连 接的籽晶绳9和籽晶夹头6组成。其中籽晶夹持在籽晶夹头6上，而籽晶夹头6则与籽晶 绳9相连。旋转头3在机械设计上可以实现旋转和收放籽晶绳9的功能。所以籽晶提拉机 构可以实现在晶体生长过程中同时提拉和旋转晶体8。由于晶体的提拉和旋转的动力是通 过柔性的籽晶绳传递的，因此这种拉晶炉又称为软轴直拉单晶炉。在晶体生长过程中，由于籽晶绳9为柔性结构，因此在拉制硅晶体时经常产生抖 动。这类抖动通常是由保护气体(通常为氩气)的冲刷、旋转头3的制造精度、外界细微振 动导致的共振等因素产生的。籽晶绳9的抖动会直接影响生成晶体的品质，也使得籽晶提 拉机构的转动速度限制在一定的范围内。为了解决这个问题，申请号为200910021959. 2的 中国专利技术专利申请中公开了一种用于单晶炉的扶绳机构，用于在籽晶绳9晃动时，将籽晶 绳9快速稳定下来。此外，在申请号为200610031462. 5中国专利技术专利申请中公开了一种阻 止籽晶绳9抖动的阻尼器，该阻尼器用电磁力来消除籽晶绳9的抖动。以上所述的方法均 在一定程度上解决了籽晶绳9抖动的问题。但是当需要通过籽晶绳9来实现更大扭力的操作时，籽晶绳9会过度的扭曲和抖 动，从而导致操作失败。例如，很难只是通过籽晶绳9转递的作用力对晶体实现高速或变速 旋转。另外，当周围的环境氛围不稳定时，籽晶绳9的晃动幅度也会超出可容忍的范围。例 如因特殊要求需要在短时间内对通入炉内的气流流量做出较大改变时，籽晶绳9往往会抖 动和晃动，甚至产生振幅大于10mm的单摆运动。当晶体处于等径生长过程时，籽晶绳9的 抖动和晃动还将导致硅液液面不稳定，使晶体成晶困难。
技术实现思路
本技术提供了一种带有提升和旋转机构的拉晶炉，用于解决籽晶绳抖动、晃 动和扭曲问题。一种带提升和旋转机构的拉晶炉，包括炉体以及炉体上方的副室，所述的提升和 旋转机构包括位于副室顶部的旋转头；位于副室内的可相对炉体转动的若干滑杆；可沿 滑杆运动的滑块，滑块通过籽晶绳与旋转头连接；位于滑块底面的籽晶夹头。与以往的软轴直拉单晶炉类似，所述的籽晶绳缠绕在旋转头内的卷丝轮上，所述 的旋转头上安装有升降电机和旋转电机，其中升降电机可带动卷丝轮转动以实现籽晶绳的 升降，旋转电机可以实现旋转头的转动，并带动与旋转头相连的籽晶绳旋转。由于滑块可以沿滑杆自由滑动，当滑块与籽晶绳相连后，在滑块自身重力和籽晶 绳的拉力的相互作用下，籽晶绳的升降运动可转换为滑块的升降运动；在滑杆的作用力下， 旋转头的旋转运动可以传递为滑块的旋转运动。显而易见，滑杆给滑块提供的扭矩远远大 于籽晶绳给滑块提供的扭矩。因此，与现有软轴直拉单晶炉内的籽晶提升和旋转机构相比， 本专利技术的提升和旋转机构可以实现籽晶绳更大扭矩的旋转动作，而不会造成籽晶绳的抖 动、晃动和扭曲。例如，旋转头可以进行各种角速度的逆时针旋转(正转，从上向下看)或 顺时针旋转(反转，从上向下看)，或者进行周期性正转和反转运动，或者进行大加速度变 速旋转运动等。所述的籽晶夹头连接在滑块上能够为晶体生长提供更多的方式。例如，晶体高转 速(转速为25 100转/分钟)下的拉晶，或者晶体周围不稳定气流冲刷条件下的拉晶等。 在本专利技术中的提升和旋转机构的帮助下，上述极端条件下的拉晶过程可以避免因籽晶绳抖 动、晃动和扭曲而带来的拉晶问题。为了带动晶体旋转，既可以是旋转头相对炉体旋转，也可以使旋转头与副室同时 相对炉体旋转，根据这两种情况在合适的位置安放密封轴承。具体方式分析如下第一种方式所述的旋转头与副室之间安装有密封轴承，所述的滑杆与旋转头固 定连接。所述的密封轴承可选用本领域常用的密封用轴承，最优选用空心轴磁流体密封轴 承。当滑杆较长时，所述的滑杆需要两端固定以提高滑杆的刚度，减少变形，解决方法为滑 杆一端与旋转头固定连接，副室内腔的底部安装有旋转轴承，旋转轴承的旋转部分与滑杆 的另一端固定连接，旋转轴承的不旋转部分固定在副室上。这种方式可以保证在旋转头相 对炉体旋转时，副室不旋转的前提下，滑杆带动滑块并最终带动晶体旋转。所述的旋转轴承 可选用本领域常用的旋转用轴承，例如滚珠轴承或滚柱轴承等。第二种方式所述的旋转头与副室固定连接，副室与炉体通过隔离阀相连，副室底 部与隔离阀之间安装有密封轴承，所述的密封轴承可选用本领域常用的密封用轴承，最优 选用空心轴磁流体密封轴承。所述的滑杆两端固定并安装在副室内。这种方式可保证在旋 转头与副室同时相对炉体旋转时，滑杆带动滑块并最终带动晶体旋转。所述的滑杆绕籽晶绳分布，滑杆的长度方向与籽晶绳的长度方向平行。所述的滑杆与绕籽晶绳之间的距离应当大于被拉制晶体的直径，这样，当晶体被 提升到副室后，晶体可以容纳在滑杆之间的空隙中。为了使晶体的升降运动平稳，所述的滑杆绕籽晶绳分布均勻，每个滑杆与籽晶绳 之间等距。所述的滑块上安装有可伸入炉体中的搅拌机构。利用旋转头带动滑杆、滑块以及 与滑块相连的搅拌机构对硅液进行旋转搅拌，无需另行为搅拌机构设置动力装置。本技术具有以下优点本技术带提升和旋转机构的拉晶炉，通过滑杆和滑块的固定作用，可以有效 避免籽晶绳的抖动和晃动现象，并可以有效地实现需要大扭力的操作(例如搅拌硅液的操 作)，扩大了采用CZ法进行晶体生长的工艺范围，可以在晶体周围气流不稳定或外界有较大振源的情况下，实现晶体的稳定生长。附图说明图1是现有拉晶炉的立体结构示意图；图2是本技术带提升和旋转机构的拉晶炉的一种结构示意图；图3是本技术带提升和旋转机构的拉晶炉的另一种结构示意图；图1 图3中的标号为1.副室，2.炉体，3.旋转头，4.坩埚，5.加热器，6.籽晶夹头，7.隔离阀，8.晶体， 9.籽晶绳，10.滑块，11.密封轴承，12.滑杆，13.旋转轴承。具体实施方式实施例1如图2所示，本技术带提升和旋转机构的拉晶炉，包括炉体2以及炉体2上方 的副室1，提升和旋转机构包括位于副室1顶部的旋转头3 ；位于副室1内的可相对炉体2 转动的两个滑杆12 ；可沿滑杆12运动的滑块10，滑块10的中心部位通过籽晶绳9与旋转 头3连接；以及位于滑块10底面的籽晶夹头6。旋转头3与副室1之间安装有密封轴承11，副室1的底部安装有旋转轴承13。滑杆12的上端与旋转头3固定连接，滑杆12的下端与旋转轴承13固定连接。滑 杆12绕籽晶绳9分布均勻，滑杆12与绕籽晶绳9之间的距离大于被拉制晶体8的直径。在与滑块10中心部位连接的籽晶夹头6上安装<100>硅单晶籽晶，通过籽晶引 晶，提拉出直径为6英寸的单晶。在拉晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带提升和旋转机构的拉晶炉，包括炉体（２）以及炉体（２）上方的副室（１），其特征在于，所述的提升和旋转机构包括：位于副室（１）顶部的旋转头（３）；位于副室（１）内的可相对炉体（２）转动的若干滑杆（１２）；可沿滑杆（１２）运动的滑块（１０），滑块（１０）通过籽晶绳（９）与旋转头（３）连接；位于滑块（１０）底面的籽晶夹头（６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李乔，马远，
申请(专利权)人：浙江碧晶科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：33[中国|浙江]