專利名稱：直拉單晶的補(bǔ)料方法及補(bǔ)料裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于單晶制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種直拉單晶的補(bǔ)料方法，本發(fā)明還涉及實(shí)
現(xiàn)該方法所使用的補(bǔ)料裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的直拉單晶生產(chǎn)工藝是采用一次裝料技術(shù)，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(nèi)。由于固體硅的密度較液體的小，而且在裝料過程中會(huì)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(chǎn)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(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)，并不 能充分的利用石英坩堝的使用壽命；另外生產(chǎn)一只單晶硅棒需要從冷卻到高溫再到冷卻的 循環(huán)過程，這其中將消耗大量的能量，并耗費(fèi)時(shí)間。 為克服一次裝料工藝的上述弊端，現(xiàn)在已發(fā)展了補(bǔ)料技術(shù)，即采用補(bǔ)料裝置，在保 持高溫的情況下，通過向石英坩堝內(nèi)補(bǔ)加原料，實(shí)現(xiàn)一爐次拉制一只或多只單晶硅棒的生 產(chǎn)技術(shù)，該生產(chǎn)工藝能夠提高單爐產(chǎn)量，增加石英坩堝利用率，并且節(jié)省爐臺(tái)升溫冷卻用時(shí) 間，能顯著降低生產(chǎn)成本。但是目前普遍采用的補(bǔ)料技術(shù)對(duì)所加原料的規(guī)格尺寸有嚴(yán)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(nèi)，而對(duì)于現(xiàn)有的棒狀多晶 余料必須預(yù)先進(jìn)行粉碎處理，在原料循環(huán)處理過程中又增加了新的損耗及成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種直拉單晶的補(bǔ)料方法，采用棒狀原料作為補(bǔ)料的原料來 源，擴(kuò)大了補(bǔ)料的原料來源。 本發(fā)明的另一 目的是提供一種直拉單晶的補(bǔ)料裝置，實(shí)現(xiàn)棒狀原料在直拉單晶工 藝中的補(bǔ)料操作。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種直拉單晶的補(bǔ)料方法，采用棒狀原料作為補(bǔ)料 材料。 本發(fā)明的補(bǔ)料方法，其特征還在于 所述的棒狀原料夾持在補(bǔ)料器中，將補(bǔ)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(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)石英坩堝中的 原料熔化完后，操縱重錘夾頭繼續(xù)下降，使得棒狀原料下降至熔硅中進(jìn)行熔化，完成補(bǔ)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(bǔ)料器中夾持棒狀原料，將補(bǔ)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(jìn)入主爐室內(nèi)，使棒狀原料下降至石英坩堝的熔 液中進(jìn)行補(bǔ)料，依次循環(huán)，完成多次補(bǔ)料。所述的棒狀原料的橫向尺寸為20mm-400mm，長(zhǎng)度為30mm-2000mm。 所述的補(bǔ)料器包括穿孔式補(bǔ)料器或卡環(huán)式補(bǔ)料器兩種形式，所述的穿孔式補(bǔ)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(huán)式補(bǔ)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(huán)連接， 卡環(huán)與棒狀原料連接。 所述的橫桿或卡環(huán)選用鉬或碳碳復(fù)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(huán)為圓形或三角形狀，卡環(huán)選用硬質(zhì)卡箍或軟質(zhì)材料。 本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種直拉單晶的補(bǔ)料裝置，包括穿孔式補(bǔ)料器
或卡環(huán)式補(bǔ)料器兩種形式，所述的穿孔式補(bǔ)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(huán)式補(bǔ)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(huán)連接。 本發(fā)明的補(bǔ)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(huán)為圓形或三角形狀，卡環(huán)選用硬質(zhì)卡箍或軟質(zhì)材料。 本發(fā)明的有益效果是采用棒狀原料作為補(bǔ)料的原料來源，擴(kuò)大了補(bǔ)料原料來源， 特別是利用直拉法自身所產(chǎn)生的多晶作為補(bǔ)料的原料，減少了原料循環(huán)處理過程中的原料 損耗，降低成本；可選擇補(bǔ)料重量及次數(shù)，有效增加單爐產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率。


圖1是本發(fā)明的直拉單晶補(bǔ)料方法工作示意圖；
圖2是本發(fā)明方法所用的穿孔式棒狀原料示意圖；
圖3是本發(fā)明補(bǔ)料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明補(bǔ)料裝置中的穿孔式補(bǔ)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(fā)明方法中的卡環(huán)式補(bǔ)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(bǔ)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(huán)，14.通孔。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 本發(fā)明的直拉單晶補(bǔ)料方法，采用棒狀原料作為補(bǔ)料原料，能夠增加裝料量， 不僅提高了生產(chǎn)效率，特別是可以利用直拉法自身產(chǎn)生的多晶余料作原料，減少了原料 循環(huán)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(chǎn)的棒狀多晶 原料，采購方便，經(jīng)過簡(jiǎn)單加工(端部鉆一個(gè)通孔)即可。2)、在直拉單晶拉制過程中，尾部 通常會(huì)發(fā)生"斷棱"的現(xiàn)象，即單晶晶棒因?yàn)楫惓Ｔ蜃優(yōu)槎嗑В谑Ａ喜欢嗟那闆r下，通常 采用的方法是保持多晶的狀態(tài)直到剩余的原料基本從石英坩堝內(nèi)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(huán)料再次使用。在本發(fā)明方法中使用時(shí)，切下的棒狀多晶 不用砸碎，直接作為補(bǔ)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(dǎo)致的硅 料損耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
如圖1，本發(fā)明的直拉單晶的補(bǔ)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(nèi)放置有石英坩堝7，將補(bǔ)料器4安裝在重錘 夾頭2下端，補(bǔ)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(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)石英坩堝7中的原料熔化完后， 操縱重錘夾頭2繼續(xù)下降，使得棒狀原料5下降至熔硅中進(jìn)行熔化，完成補(bǔ)料。
本發(fā)明的補(bǔ)料方法可實(shí)現(xiàn)多次補(bǔ)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(bǔ)料器4中夾持棒狀原料5，將補(bǔ)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(jìn)入主爐室8內(nèi)，使棒狀原料5下降至石英坩堝7 的熔液中進(jìn)行補(bǔ)料，補(bǔ)料結(jié)束后將補(bǔ)料器4卸下，在重錘夾頭2上安裝單晶拉制裝置重新進(jìn) 行拉晶操作，依次循環(huán)，最大限度提高石英坩堝7的利用率。 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的補(bǔ)料裝置在單晶爐中的安裝結(jié)構(gòu)是，包括由現(xiàn)有的主爐室8和 副爐室3構(gòu)成的直拉單晶爐的主體，在主爐室8中設(shè)置有石英坩堝7，石英坩堝7的上方對(duì) 應(yīng)設(shè)置有熱屏6 ;副爐室3中設(shè)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(bǔ)料器4連接，補(bǔ)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(duì)，通過控制 放下鋼絲繩l，棒狀原料5就可以伸進(jìn)石英坩堝7完成補(bǔ)充補(bǔ)料。 如圖2，是本發(fā)明的補(bǔ)料用穿孔式棒狀原料結(jié)構(gòu)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(bǔ)料器4相連接。
如圖3，為本發(fā)明的補(bǔ)料器的結(jié)構(gòu)示意圖，分為穿孔式補(bǔ)料器和卡環(huán)式補(bǔ)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(huán)13) 連接，橫桿12(或卡環(huán)13)用于與若干數(shù)量的棒狀原料5連接。穿孔式補(bǔ)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(bǔ)料器4的橫桿12上；卡環(huán)式補(bǔ)料 器是利用卡環(huán)13將棒狀原料5的一端頭部卡緊后，懸掛于補(bǔ)料器4上?？ōh(huán)13既可選用 硬質(zhì)卡箍卡緊棒狀原料5，也可使用軟質(zhì)材料如鉬絲對(duì)棒狀原料5捆綁固定。
本發(fā)明的補(bǔ)料器4工作時(shí)安裝于重錘夾頭2上，通過鋼絲繩的升降即可實(shí)現(xiàn)棒狀 原料的加添，同時(shí)考慮到補(bǔ)料器必須具有耐高溫特性，因此可優(yōu)先選用耐高溫的金屬材料 鉬或碳碳復(fù)合材料，來制作橫桿12或卡環(huán)13這兩個(gè)關(guān)鍵的承重部件，以保證在高溫下，不 會(huì)發(fā)生棒狀原料脫落的情況。針對(duì)棒狀原料直徑與長(zhǎng)度尺寸的不同，補(bǔ)料器4可采用單只 晶棒或多只晶棒連接形式，同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)料。 如圖4，本發(fā)明的穿孔式補(bǔ)料器的橫桿12可以制作成一字形狀，如圖4a為補(bǔ)料器 連接有一根棒狀原料，如圖4b為補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)料器連 接有四根棒狀原料，橫桿12還可根據(jù)要穿的棒狀原料數(shù)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(fā)明的卡環(huán)式補(bǔ)料器的卡環(huán)13可以制作成圓形，如圖5a可以夾持一個(gè) 棒狀原料5，如圖5c，可以夾持四個(gè)棒狀原料5;如圖5b，卡環(huán)13還可以制作成三角形，可以 夾持三個(gè)棒狀原料5。 本發(fā)明的直拉單晶補(bǔ)料方法及其直拉單晶補(bǔ)料裝置，采用棒狀原料作為補(bǔ)料的原 料，顯著擴(kuò)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(chǎn)量，有效的降低了生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
一種直拉單晶的補(bǔ)料方法，其特征在于，采用棒狀原料(5)作為補(bǔ)料材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)料方法，其特征在于所述的棒狀原料(5)夾持在補(bǔ)料器 (4)中，將補(bǔ)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(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)石英坩堝(7)中的原料熔化完 后，操縱重錘夾頭(2)繼續(xù)下降，使得棒狀原料(5)下降至熔硅中進(jìn)行熔化，完成補(bǔ)料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的補(bǔ)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(bǔ)料器(4)中夾持棒狀原料(5)，將補(bǔ)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(jìn)入主爐室(8)內(nèi)，使棒狀原料(5)下降至 石英坩堝(7)的熔液中進(jìn)行補(bǔ)料，依次循環(huán)，完成多次補(bǔ)料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的補(bǔ)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(zhǎng)度為30mm-2000mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的補(bǔ)料方法，其特征在于所述的補(bǔ)料器(4)包括穿孔式 補(bǔ)料器或卡環(huán)式補(bǔ)料器兩種形式，所述的穿孔式補(bǔ)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(huán)式補(bǔ)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(huán)(13)連接，卡環(huán)(13)與棒狀原料(5)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的補(bǔ)料方法，其特征在于所述的橫桿(12)或卡環(huán)(13)選用 鉬或碳碳復(fù)合材料制作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的補(bǔ)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(jù)權(quán)利要求5所述的補(bǔ)料方法，其特征在于所述的卡環(huán)(13)為圓形或三角形 狀，卡環(huán)選用硬質(zhì)卡箍或軟質(zhì)材料。
9. 一種直拉單晶的補(bǔ)料裝置，其特征在于包括穿孔式補(bǔ)料器或卡環(huán)式補(bǔ)料器兩種形式，所述的穿孔式補(bǔ)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(huán)式補(bǔ)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(huán)(13)連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的補(bǔ)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(huán)(13)為圓形或三角形狀，卡環(huán)(13)選用硬質(zhì)卡箍或軟質(zhì)材 料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直拉單晶的補(bǔ)料方法，采用棒狀原料作為補(bǔ)料材料，將棒狀原料夾持在補(bǔ)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(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)石英坩堝中的原料熔化完后，操縱重錘夾頭繼續(xù)下降，使得棒狀原料下降至熔硅中進(jìn)行熔化，完成補(bǔ)料。本發(fā)明還公開了上述補(bǔ)料方法采用的裝置，包括穿孔式補(bǔ)料器或卡環(huán)式補(bǔ)料器兩種形式，所述穿孔式補(bǔ)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(huán)式補(bǔ)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(huán)連接。本發(fā)明的補(bǔ)料方法及裝置能夠?qū)崿F(xiàn)棒狀原料的補(bǔ)料，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C30B15/00GK101698960SQ20091030946
公開日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者張健, 李定武, 梁永生 申請(qǐng)人:西安隆基硅材料股份有限公司;西安隆基硅技術(shù)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