專利名稱：直拉單晶的補料方法及補料裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于單晶制造技術領域，涉及一種直拉單晶的補料方法，本發明還涉及實
現該方法所使用的補料裝置。
背景技術：
傳統的直拉單晶生產工藝是采用一次裝料技術，按照石英坩堝的容量大小將一定 量的原料裝填到石英坩堝內。由于固體硅的密度較液體的小，而且在裝料過程中會留下空 隙，在原料熔化完后，石英坩堝將留有較多空余空間，減少了石英坩堝容積的利用率，降低 單爐產量；而且由于石英坩堝為一次性消耗品，采用一次裝料工藝在一個生產周期內，并不 能充分的利用石英坩堝的使用壽命；另外生產一只單晶硅棒需要從冷卻到高溫再到冷卻的 循環過程，這其中將消耗大量的能量，并耗費時間。 為克服一次裝料工藝的上述弊端，現在已發展了補料技術，即采用補料裝置，在保 持高溫的情況下，通過向石英坩堝內補加原料，實現一爐次拉制一只或多只單晶硅棒的生 產技術，該生產工藝能夠提高單爐產量，增加石英坩堝利用率，并且節省爐臺升溫冷卻用時 間，能顯著降低生產成本。但是目前普遍采用的補料技術對所加原料的規格尺寸有嚴格的 要求，必須為小顆粒多晶原料，才能保證原料順利流入石英坩堝內，而對于現有的棒狀多晶 余料必須預先進行粉碎處理，在原料循環處理過程中又增加了新的損耗及成本。
發明內容
本發明的目的是提供一種直拉單晶的補料方法，采用棒狀原料作為補料的原料來 源，擴大了補料的原料來源。 本發明的另一 目的是提供一種直拉單晶的補料裝置，實現棒狀原料在直拉單晶工 藝中的補料操作。 本發明所采用的技術方案是，一種直拉單晶的補料方法，采用棒狀原料作為補料 材料。 本發明的補料方法，其特征還在于 所述的棒狀原料夾持在補料器中，將補料器安裝在重錘夾頭下端，合爐后在熔料 過程中操縱重錘夾頭下降，使棒狀原料下降至石英坩堝的上方進行預熱，當石英坩堝中的 原料熔化完后，操縱重錘夾頭繼續下降，使得棒狀原料下降至熔硅中進行熔化，完成補料。
在拉出一只單晶后，將重錘夾頭及單晶提升到副爐室中，將主爐室和副爐室隔離， 從重錘夾頭上取下單晶，在補料器中夾持棒狀原料，將補料器與重錘夾頭連接，在副爐室抽 空凈化后，打開隔離閥，操縱重錘夾頭下降進入主爐室內，使棒狀原料下降至石英坩堝的熔 液中進行補料，依次循環，完成多次補料。所述的棒狀原料的橫向尺寸為20mm-400mm，長度為30mm-2000mm。 所述的補料器包括穿孔式補料器或卡環式補料器兩種形式，所述的穿孔式補料器
包括與重錘夾頭相連接的連接架，連接架通過吊桿與橫桿連接，橫桿通過通孔與棒狀原料連接；所述的卡環式補料器包括與重錘夾頭相連接的連接架，連接架通過吊桿與卡環連接， 卡環與棒狀原料連接。 所述的橫桿或卡環選用鉬或碳碳復合材料制作。 所述的橫桿為一字形狀、人字形狀或十字形狀。 所述的卡環為圓形或三角形狀，卡環選用硬質卡箍或軟質材料。 本發明所采用的另一技術方案是，一種直拉單晶的補料裝置，包括穿孔式補料器
或卡環式補料器兩種形式，所述的穿孔式補料器包括與重錘夾頭相連接的連接架，連接架
通過吊桿與橫桿連接；所述的卡環式補料器包括與重錘夾頭相連接的連接架，連接架通過
吊桿與卡環連接。 本發明的補料裝置，其特征還在于所述的橫桿為一字形狀、人字形狀或十字形 狀；所述的卡環為圓形或三角形狀，卡環選用硬質卡箍或軟質材料。 本發明的有益效果是采用棒狀原料作為補料的原料來源，擴大了補料原料來源， 特別是利用直拉法自身所產生的多晶作為補料的原料，減少了原料循環處理過程中的原料 損耗，降低成本；可選擇補料重量及次數，有效增加單爐產量，提高生產效率。
圖1是本發明的直拉單晶補料方法工作示意圖；
圖2是本發明方法所用的穿孔式棒狀原料示意圖；
圖3是本發明補料裝置的結構示意圖； 圖4是本發明補料裝置中的穿孔式補料器橫桿與棒狀原料的連接示意圖，其中， 圖a穿有一根棒狀原料，圖b穿有兩根棒狀原料，圖c穿有三根棒狀原料，圖d穿有四根棒 狀原料； 圖5是本發明方法中的卡環式補料器與棒狀原料的連接示意圖，其中，圖a夾有一 根棒狀原料，圖b夾有三根棒狀原料，圖c夾有四根棒狀原料。 圖中，l.鋼絲繩，2.重錘夾頭，3.副爐室，4.補料器，5.棒狀原料，6.熱屏，7.石英 坩堝，8.主爐室，9.隔離閥，IO.連接架，ll.吊桿，12.橫桿，13.卡環，14.通孔。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。 本發明的直拉單晶補料方法，采用棒狀原料作為補料原料，能夠增加裝料量， 不僅提高了生產效率，特別是可以利用直拉法自身產生的多晶余料作原料，減少了原料 循環處理過程中的損耗及成本。所用的棒狀原料橫向尺寸為20mm-400mm，縱向尺寸為 30mm-2000mm。棒狀原料的來源至少包括以下兩種1)、目前改良西門子法生產的棒狀多晶 原料，采購方便，經過簡單加工(端部鉆一個通孔)即可。2)、在直拉單晶拉制過程中，尾部 通常會發生"斷棱"的現象，即單晶晶棒因為異常原因變為多晶，在剩料不多的情況下，通常 采用的方法是保持多晶的狀態直到剩余的原料基本從石英坩堝內提出，而這種多晶晶棒在 被切下后，通常都要砸碎后作為循環料再次使用。在本發明方法中使用時，切下的棒狀多晶 不用砸碎，直接作為補料的原料棒，這樣不但增加了棒狀料的來源，也減少了清洗導致的硅 料損耗，節約了生產成本。
如圖1，本發明的直拉單晶的補料方法，具體步驟是，副爐室3、主爐室8、鋼絲繩1、 重錘夾頭2為單晶爐的組成部分，在主爐室8內放置有石英坩堝7，將補料器4安裝在重錘 夾頭2下端，補料器4中夾持一根或多根棒狀原料5，合爐后在熔料過程中操縱重錘夾頭2 下降，使棒狀原料5下降至石英坩堝7的上方進行預熱，當石英坩堝7中的原料熔化完后， 操縱重錘夾頭2繼續下降，使得棒狀原料5下降至熔硅中進行熔化，完成補料。
本發明的補料方法可實現多次補料，具體步驟是，在拉出一只單晶后，將重錘夾頭 2及單晶提升到副爐室3中，將主爐室8和副爐室3隔離，從重錘夾頭2上取下單晶拉制裝 置及單晶，在補料器4中夾持棒狀原料5，將補料器4與重錘夾頭2連接，在副爐室3抽空凈 化后，打開隔離閥9，操縱重錘夾頭2下降進入主爐室8內，使棒狀原料5下降至石英坩堝7 的熔液中進行補料，補料結束后將補料器4卸下，在重錘夾頭2上安裝單晶拉制裝置重新進 行拉晶操作，依次循環，最大限度提高石英坩堝7的利用率。 參照圖1，本發明的補料裝置在單晶爐中的安裝結構是，包括由現有的主爐室8和 副爐室3構成的直拉單晶爐的主體，在主爐室8中設置有石英坩堝7，石英坩堝7的上方對 應設置有熱屏6 ;副爐室3中設置有與鋼絲繩1相連接的重錘夾頭2，重錘夾頭2的下端與 補料器4連接，補料器4中安裝有棒狀原料5，棒狀原料5向下與石英坩堝7相對，通過控制 放下鋼絲繩l，棒狀原料5就可以伸進石英坩堝7完成補充補料。 如圖2，是本發明的補料用穿孔式棒狀原料結構示意圖，在棒狀原料5的一端通過 軸心開有一垂直于棒狀原料5軸線的通孔14，用來與補料器4相連接。
如圖3，為本發明的補料器的結構示意圖，分為穿孔式補料器和卡環式補料器兩種 形式，包括與重錘夾頭2相連接的連接架10，連接架10通過吊桿11與橫桿12 (或卡環13) 連接，橫桿12(或卡環13)用于與若干數量的棒狀原料5連接。穿孔式補料器是利用橫桿 12穿過打有通孔14的棒狀原料5，將棒狀原料5懸掛于補料器4的橫桿12上；卡環式補料 器是利用卡環13將棒狀原料5的一端頭部卡緊后，懸掛于補料器4上。卡環13既可選用 硬質卡箍卡緊棒狀原料5，也可使用軟質材料如鉬絲對棒狀原料5捆綁固定。
本發明的補料器4工作時安裝于重錘夾頭2上，通過鋼絲繩的升降即可實現棒狀 原料的加添，同時考慮到補料器必須具有耐高溫特性，因此可優先選用耐高溫的金屬材料 鉬或碳碳復合材料，來制作橫桿12或卡環13這兩個關鍵的承重部件，以保證在高溫下，不 會發生棒狀原料脫落的情況。針對棒狀原料直徑與長度尺寸的不同，補料器4可采用單只 晶棒或多只晶棒連接形式，同時進行補料。 如圖4，本發明的穿孔式補料器的橫桿12可以制作成一字形狀，如圖4a為補料器 連接有一根棒狀原料，如圖4b為補料器連接有兩根棒狀原料；橫桿12也可以制作成人字形 狀，圖4c為補料器連接有三根棒狀原料；橫桿12還可以制作成十字形狀，圖4d為補料器連 接有四根棒狀原料，橫桿12還可根據要穿的棒狀原料數量及其直徑大小，靈活的將橫桿12 制作成其他形狀。 如圖5，本發明的卡環式補料器的卡環13可以制作成圓形，如圖5a可以夾持一個 棒狀原料5，如圖5c，可以夾持四個棒狀原料5;如圖5b，卡環13還可以制作成三角形，可以 夾持三個棒狀原料5。 本發明的直拉單晶補料方法及其直拉單晶補料裝置，采用棒狀原料作為補料的原 料，顯著擴大了原料來源，降低了原料成本；能夠最大限度的利用石英坩堝的使用壽命，并且大大提高單爐產量，有效的降低了生產成本。
權利要求
一種直拉單晶的補料方法，其特征在于，采用棒狀原料(5)作為補料材料。
2. 根據權利要求1所述的補料方法，其特征在于所述的棒狀原料(5)夾持在補料器 (4)中，將補料器(4)安裝在重錘夾頭(2)下端，合爐后在熔料過程中操縱重錘夾頭(2)下 降，使棒狀原料(5)下降至石英坩堝(7)的上方進行預熱，當石英坩堝(7)中的原料熔化完 后，操縱重錘夾頭(2)繼續下降，使得棒狀原料(5)下降至熔硅中進行熔化，完成補料。
3. 根據權利要求2所述的補料方法，其特征在于在拉出一只單晶后，將重錘夾頭(2) 及單晶提升到副爐室(3)中，將主爐室(8)和副爐室(3)隔離，從重錘夾頭(2)上取下單晶， 在補料器(4)中夾持棒狀原料(5)，將補料器(4)與重錘夾頭(2)連接，在副爐室(3)抽空 凈化后，打開隔離閥(9)，操縱重錘夾頭(2)下降進入主爐室(8)內，使棒狀原料(5)下降至 石英坩堝(7)的熔液中進行補料，依次循環，完成多次補料。
4. 根據權利要求1、2或3所述的補料方法，其特征在于所述的棒狀原料(5)的橫向 尺寸為20mm-600mm，長度為30mm-2000mm。
5. 根據權利要求2或3所述的補料方法，其特征在于所述的補料器(4)包括穿孔式 補料器或卡環式補料器兩種形式，所述的穿孔式補料器包括與重錘夾頭(2)相連接的連接架(10)，連接架(10)通過吊桿 (11)與橫桿(12)連接，橫桿(12)通過通孔(14)與棒狀原料(5)連接；所述的卡環式補料器包括與重錘夾頭(2)相連接的連接架(10)，連接架(10)通過吊桿 (11)與卡環(13)連接，卡環(13)與棒狀原料(5)連接。
6. 根據權利要求5所述的補料方法，其特征在于所述的橫桿(12)或卡環(13)選用 鉬或碳碳復合材料制作。
7. 根據權利要求5所述的補料方法，其特征在于所述的橫桿(12)為一字形狀、人字 形狀或十字形狀。
8. 根據權利要求5所述的補料方法，其特征在于所述的卡環(13)為圓形或三角形 狀，卡環選用硬質卡箍或軟質材料。
9. 一種直拉單晶的補料裝置，其特征在于包括穿孔式補料器或卡環式補料器兩種形式，所述的穿孔式補料器包括與重錘夾頭(2)相連接的連接架(10)，連接架(10)通過吊桿(11)與橫桿(12)連接；所述的卡環式補料器包括與重錘夾頭(2)相連接的連接架(10)，連接架(10)通過吊桿 (11)與卡環(13)連接。
10. 根據權利要求9所述的補料裝置，其特征在于所述的橫桿(12)為一字形狀、人字 形狀或十字形狀；所述的卡環(13)為圓形或三角形狀，卡環(13)選用硬質卡箍或軟質材 料。
全文摘要
本發明公開了一種直拉單晶的補料方法，采用棒狀原料作為補料材料，將棒狀原料夾持在補料器中，合爐后在熔料過程中操縱重錘夾頭下降，使棒狀原料下降至石英坩堝的上方進行預熱，當石英坩堝中的原料熔化完后，操縱重錘夾頭繼續下降，使得棒狀原料下降至熔硅中進行熔化，完成補料。本發明還公開了上述補料方法采用的裝置，包括穿孔式補料器或卡環式補料器兩種形式，所述穿孔式補料器包括與重錘夾頭相連接的連接架，連接架通過吊桿與橫桿連接；所述卡環式補料器包括與重錘夾頭相連接的連接架，連接架通過吊桿與卡環連接。本發明的補料方法及裝置能夠實現棒狀原料的補料，降低了生產成本。
文檔編號C30B15/00GK101698960SQ20091030946
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月9日 優先權日2009年11月9日
發明者張健, 李定武, 梁永生 申請人:西安隆基硅材料股份有限公司;西安隆基硅技術有限公司;寧夏隆基硅材料有限公司;西安矽美單晶硅有限公司