【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及人工晶體領(lǐng)域，具體說(shuō)是對(duì)現(xiàn)有硅芯拉制裝置所做的改進(jìn)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)的硅芯拉制過(guò)程中，一般使用籽晶進(jìn)行引晶。待引晶完成后再進(jìn)行硅芯的拉制。在此過(guò)程中，籽晶需要借助籽晶夾頭夾持。待高頻線圈將原料棒的端頭局部融化成液體后，籽晶夾頭帶動(dòng)籽晶下降，穿過(guò)高頻線圈的拉制孔后插入原料棒上端的溶液內(nèi)。隨后通過(guò)籽晶夾頭帶動(dòng)籽晶上升，由籽晶帶動(dòng)溶液上升并重新結(jié)晶，最終形成所需長(zhǎng)度的硅芯。

現(xiàn)有技術(shù)在拉制硅芯時(shí)，通常采用的籽晶夾頭是在連接盤(pán)的下面固定多個(gè)籽晶夾持件，并在連接盤(pán)的上方設(shè)有掛接機(jī)構(gòu)，掛接機(jī)構(gòu)掛接在機(jī)械手上。采用該結(jié)構(gòu)的籽晶夾頭，在拉制硅芯時(shí)無(wú)法對(duì)所拉制硅芯的圓柱度進(jìn)行修正，用于熔融硅棒不同部位會(huì)存在溫差，故其籽晶夾頭拉制出的硅芯會(huì)呈現(xiàn)橢圓形或出現(xiàn)“糖葫蘆”現(xiàn)象。

以直徑為8mm的硅芯為例，其長(zhǎng)軸與短軸的差值通常為0.5mm左右，直徑為10mm的硅芯其長(zhǎng)軸與短軸的差值為1mm左右，而直徑為12mm的硅芯其長(zhǎng)軸與短軸的差值則高達(dá)2mm左右。

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，申請(qǐng)人提出了一種使籽晶轉(zhuǎn)動(dòng)的硅芯拉制方法（專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01410169007.6、申請(qǐng)日為2014年04月18日、公開(kāi)號(hào)為CN103993352A）和一種使籽晶轉(zhuǎn)動(dòng)的籽晶夾頭（專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01410169006.、申請(qǐng)日為2014年04月18日、公開(kāi)號(hào)為CN103993353A）的兩份專(zhuān)利申請(qǐng)。該兩份現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了籽晶夾頭旋轉(zhuǎn)技術(shù)，成功解決了硅芯呈現(xiàn)橢圓形或“糖葫蘆”的現(xiàn)象，該申請(qǐng)?jiān)诒景l(fā)明中被用作參考。

上述兩份專(zhuān)利申請(qǐng)雖然解決了硅芯拉制過(guò)程中出現(xiàn)的橢圓度現(xiàn)象，但在拉制硅芯的過(guò)程中由于籽晶夾頭的不穩(wěn)定性，仍會(huì)導(dǎo)致新拉制的硅芯下端頭出現(xiàn)較大的晃動(dòng)。由于硅芯的下端尚處于熔融狀態(tài)，硅芯的晃動(dòng)有可能使硅芯的下端與高頻線圈的開(kāi)孔之間產(chǎn)生打火現(xiàn)象，尤其是在生產(chǎn)大直徑硅芯時(shí)打火現(xiàn)象更容易發(fā)生。而打火現(xiàn)象的產(chǎn)生輕者會(huì)導(dǎo)致高頻線圈損傷，重者則需要停爐修磨或更換高頻線圈。這不僅降低了工作效率，還給安全生產(chǎn)帶來(lái)了隱患等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的硅芯拉制裝置進(jìn)行了改進(jìn)。本發(fā)明的硅芯拉制裝置中，設(shè)置了若干導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔位于高頻線圈的上方并與硅芯的位置相對(duì)應(yīng)。固化后的硅芯從該導(dǎo)向孔中穿過(guò)，由此限制硅芯下端的上升路徑，從而有效避免了硅芯在拉制過(guò)程中下端出現(xiàn)晃動(dòng)的現(xiàn)象。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種硅芯拉制裝置，包括掛接機(jī)構(gòu)、連接盤(pán)、夾持件和高頻線圈，該裝置在所述高頻線圈的上方還設(shè)置若干導(dǎo)向孔，其數(shù)量及位置與所拉制的硅芯相對(duì)應(yīng)。

所述的連接盤(pán)可以為固定連接盤(pán)，也可以為旋轉(zhuǎn)連接盤(pán)。

為了有效地對(duì)硅芯下端進(jìn)行導(dǎo)向，所述的導(dǎo)向孔設(shè)置在高頻線圈上方約5～500mm的位置為宜，在高頻線圈上方70mm的位置最佳。所述的導(dǎo)向孔的直徑與所拉制硅芯的直徑差為0.5～4mm，使硅芯與導(dǎo)向孔之間呈間隙配合。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述的各導(dǎo)向孔被設(shè)置在一導(dǎo)心板上，該導(dǎo)心板被固定到爐室的側(cè)壁上或通過(guò)支架固定在爐室的上下部，或者固定在位于高頻線圈上方的吹氣裝置上。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述的各導(dǎo)向孔被獨(dú)立設(shè)置，通過(guò)支架將各導(dǎo)向孔固定在爐壁上或吹氣裝置上。

所述的導(dǎo)心板可以采用金屬材料制作，導(dǎo)心板中設(shè)有開(kāi)口、引流槽、連接槽和中部孔，所述開(kāi)口從中部孔貫通至導(dǎo)心板外緣面，所述引流槽的一側(cè)通過(guò)連接槽連接導(dǎo)向孔的一側(cè)；導(dǎo)心板也可以采用非金屬材料制作。

為了便于維修和更換部件，所述的導(dǎo)向孔中設(shè)置可拆卸的導(dǎo)向套。

所述的旋轉(zhuǎn)連接盤(pán)設(shè)有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的輸入端連接動(dòng)力源，連接盤(pán)的下部設(shè)有多個(gè)夾持件，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與夾持件相連接使夾持件旋轉(zhuǎn)，所述連接盤(pán)的上部連接提拉裝置。

所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以采用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，即由主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪構(gòu)成，也可以由主動(dòng)摩擦輪和從動(dòng)摩擦輪構(gòu)成。

采用上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明通過(guò)在高頻線圈的上方設(shè)置了供硅芯下端通過(guò)的導(dǎo)向孔，在硅芯拉制過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)向孔來(lái)限制硅芯下端的上升路徑，從而避免了硅芯在拉制過(guò)程中下端出現(xiàn)晃動(dòng)的現(xiàn)象，有效防止了打火現(xiàn)象的產(chǎn)生。

【附圖說(shuō)明】

圖1是本發(fā)明硅芯拉制裝置一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明硅芯拉制裝置另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中籽晶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3實(shí)施例中主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪在連接盤(pán)內(nèi)的設(shè)置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明所采用的從動(dòng)摩擦輪和主動(dòng)摩擦輪在連接盤(pán)內(nèi)的設(shè)置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明所采用導(dǎo)心板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明導(dǎo)心板上設(shè)置導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、掛接機(jī)構(gòu)；2、固定連接盤(pán)；3、夾持件；4、籽晶；5、導(dǎo)心板；5-1、開(kāi)口；5-2、引流槽；5-3、連接槽；5-4、導(dǎo)向孔；5-5、中部孔；5-6、導(dǎo)向套；6、硅芯；7、高頻線圈；8、原料棒；9、旋轉(zhuǎn)連接盤(pán)；9-1、電機(jī)；9-2、旋擰孔；9-3、聯(lián)軸器；9-4、連接架固定孔；9-5、旋轉(zhuǎn)連接盤(pán)蓋體；9-6、主動(dòng)力軸；9-7、從動(dòng)軸；9-8、從動(dòng)齒輪；9-9、主動(dòng)齒輪；9-10、旋轉(zhuǎn)連接盤(pán)殼體；9-11、從動(dòng)摩擦輪；9-12、主動(dòng)摩擦輪。

【具體實(shí)施方式】

以下結(jié)合附圖以實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明采用固定連接盤(pán)的硅芯拉制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)連接盤(pán)的硅芯拉制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1和2所示，本發(fā)明的硅芯拉制裝置包括掛接機(jī)構(gòu)1、固定連接盤(pán)2或旋轉(zhuǎn)連接盤(pán)9、夾持件3、籽晶4、硅芯6和原料棒8等。除此之外，本發(fā)明的硅芯拉制裝置還增設(shè)了若干導(dǎo)向孔5-4，使硅芯的下端從該導(dǎo)向孔中穿過(guò)，如圖6所示。該導(dǎo)向孔位于高頻線圈7的上方，其數(shù)量及位置與所拉制的硅芯相對(duì)應(yīng)。

如圖1、2和6所示，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述的導(dǎo)向孔5-4被開(kāi)設(shè)在一導(dǎo)心板5上。該導(dǎo)心板5位于高頻線圈7的上方，其中所開(kāi)設(shè)導(dǎo)向孔的數(shù)量及位置與所拉制的硅芯相對(duì)應(yīng)。

導(dǎo)向孔5-4與所拉制硅芯6的直徑差為0.5～4mm，即硅芯6與導(dǎo)向孔5-4之間是間隙配合，孔隙如果太小會(huì)造成卡滯，如果孔隙太大，則起不到定位效果。需要說(shuō)明的是，導(dǎo)向孔5-4的直徑與所拉制硅芯的直徑和高頻線圈7上設(shè)置的拉制孔的直徑大小有關(guān)，即導(dǎo)向孔5-4的直徑在滿足與所拉制硅芯為間隙配合的前提下，導(dǎo)向孔5-4的直徑只要小于高頻線圈7上設(shè)置的拉制孔的直徑即可。

導(dǎo)心板5設(shè)置在高頻線圈上方約5～500mm的位置，如果過(guò)低，會(huì)影響安裝和使用；如果過(guò)高，無(wú)法起到對(duì)硅芯的定位作用。在最佳實(shí)施例中，導(dǎo)心板5設(shè)置在高頻線圈上方約70mm的位置。

導(dǎo)心板5可以固定到爐室的側(cè)壁上或通過(guò)支架固定在爐室的上下部，也可以固定在高頻線圈上方的吹氣裝置上，吹氣裝置系申請(qǐng)人在先申請(qǐng)的專(zhuān)利技術(shù)，圖中未示出。

在圖2所述的實(shí)施例中，采用的是旋轉(zhuǎn)連接盤(pán)9。

如圖3和4所示，連接盤(pán)殼體9-10上表面的中部設(shè)有向下凹陷的圓形凹槽，在凹槽內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋，在內(nèi)螺紋的下部設(shè)有定位臺(tái)階，在凹槽底面的中部設(shè)有主動(dòng)力軸9-6的安裝孔，在所述主動(dòng)力軸安裝孔的外圍設(shè)有多個(gè)從動(dòng)軸9-7安裝孔，所述從動(dòng)軸9-7安裝孔環(huán)繞主動(dòng)力軸9-6安裝孔設(shè)置。在凹槽的上部設(shè)有連接盤(pán)蓋體9-5，所述連接盤(pán)蓋體9-5的外緣面上設(shè)有外螺紋，連接盤(pán)蓋體9-5的中部設(shè)有內(nèi)孔，在所述內(nèi)孔的外圍分別設(shè)有用于旋緊連接盤(pán)蓋體9-5的旋擰孔9-2和連接架固定孔9-4，所述連接架固定孔9-4上設(shè)有連接架，所述連接架連接提拉裝置。

在連接盤(pán)9-10的內(nèi)部設(shè)有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)力軸9-6、從動(dòng)軸9-7、從動(dòng)齒輪9-8和主動(dòng)齒輪9-9，所述主動(dòng)力軸9-6和從動(dòng)軸9-7分別設(shè)置在主動(dòng)力軸安裝孔和從動(dòng)軸安裝孔內(nèi)，其中主動(dòng)力軸9-6的上端穿過(guò)連接盤(pán)蓋體9-5中部的內(nèi)孔與動(dòng)力源連接，在主動(dòng)力軸9-6與連接盤(pán)蓋體9-5中部的內(nèi)孔之間設(shè)有軸承，其中從動(dòng)軸9-7的上端為懸空設(shè)置或活動(dòng)設(shè)置在連接盤(pán)蓋體9-5上的定位孔內(nèi)。

為了進(jìn)一步提高旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行穩(wěn)定性，在主動(dòng)力軸安裝孔和主動(dòng)力軸9-6之間設(shè)有軸承，在從動(dòng)軸安裝孔和從動(dòng)軸9-7之間設(shè)有軸承，并在主動(dòng)力軸9-6的外緣面上設(shè)有主動(dòng)齒輪9-9。在從動(dòng)軸9-7的外緣面上設(shè)有從動(dòng)齒輪9-8，所述主動(dòng)齒輪9-9的齒面與從動(dòng)齒輪9-8的齒面嚙合。所述主動(dòng)力軸9-6的上端連接動(dòng)力源，主動(dòng)力軸9-6和從動(dòng)軸9-7的下端分別連接夾持件3，或僅從動(dòng)軸9-7的下端連接夾持件3。

如圖5所示，在本發(fā)明另一實(shí)施例中，用摩擦輪替代了上述實(shí)施例中的齒輪。所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)力軸9-6、從動(dòng)軸9-7、從動(dòng)摩擦輪9-11和主動(dòng)摩擦輪9-12，所述主動(dòng)力軸9-6和從動(dòng)軸9-7分別設(shè)置在主動(dòng)力軸安裝孔和從動(dòng)軸安裝孔內(nèi)，在主動(dòng)力軸9-6的外緣面上設(shè)有主動(dòng)摩擦輪9-12，在從動(dòng)軸9-7的外緣面上設(shè)有從動(dòng)摩擦輪9-11，所述從動(dòng)摩擦輪9-11與主動(dòng)摩擦輪9-12接觸，所述主動(dòng)力軸9-6的上端連接動(dòng)力源，主動(dòng)力軸9-6和從動(dòng)軸9-7的下端分別連接夾持件3，或僅從動(dòng)軸9-7的下端連接夾持件3。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括蝸桿（未示出）、從動(dòng)軸9-7和蝸輪（未示出），所述蝸桿和從動(dòng)軸9-7分別設(shè)置在主動(dòng)力軸安裝孔和從動(dòng)軸安裝孔內(nèi)，在從動(dòng)軸9-7的外緣面上設(shè)有蝸輪，所述蝸桿與蝸輪嚙合，所述蝸桿的上端連接動(dòng)力源，蝸桿和從動(dòng)軸9-7的下端分別連接夾持件3，或僅從動(dòng)軸9-7的下端連接夾持件3。

在上述實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的輸入端連接動(dòng)力源，在連接盤(pán)9-10的下部設(shè)有多個(gè)夾持件3，所述夾持件的數(shù)量和位置分別對(duì)應(yīng)高頻線圈上的拉制孔的數(shù)量和位置。在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，使每個(gè)夾持件3旋轉(zhuǎn)。

所述連接盤(pán)9-10的上部連接提拉裝置（未示出），形成所述的晶體提拉裝置。該技術(shù)屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)，在此不予贅述。

所述動(dòng)力源可以為電機(jī)9-1，也可以采用液壓馬達(dá)或氣動(dòng)馬達(dá)。其中優(yōu)選電機(jī)9-1，而且該電機(jī)9-1為耐高溫電機(jī)。本發(fā)明在實(shí)施過(guò)程中，為了更好的保護(hù)電機(jī)9-1，在電機(jī)9-1的外部設(shè)有保護(hù)罩。所述保護(hù)罩的材質(zhì)為耐高溫材料，如聚四氟乙烯材料或不銹鋼。同時(shí)在電機(jī)9-1的電源線的外部設(shè)有保護(hù)套。所述電機(jī)9-1通過(guò)聯(lián)軸器9-3連接主動(dòng)力軸9-6或蝸桿的上端。

當(dāng)導(dǎo)心板5的材質(zhì)選用不銹鋼時(shí)，由于導(dǎo)心板5離高頻線圈7比較近，兩者之間也容易產(chǎn)生打火現(xiàn)象。為此，在導(dǎo)心板5中設(shè)置了開(kāi)口5-1、引流槽5-2、連接槽5-3和中部孔5-5，所述開(kāi)口5-1從中部孔5-5貫通至導(dǎo)心板5外緣面，所述引流槽5-2的一側(cè)通過(guò)連接槽5-3連接導(dǎo)向孔5-4的一側(cè)，如圖6所示。中部孔5-5的設(shè)置可以使高頻線圈7附近的氣體流通更順暢。設(shè)置這些開(kāi)口和槽可以有效防止打火現(xiàn)象的發(fā)生。

如果采用絕緣材料制作導(dǎo)心板5，則可以不設(shè)置開(kāi)口及槽。

如圖7所示，在導(dǎo)心板5的導(dǎo)向孔中可以設(shè)置導(dǎo)向套5-6，其作用是實(shí)現(xiàn)在不更換導(dǎo)心板5的前提下實(shí)現(xiàn)拉制不同直徑硅芯的要求，此時(shí)只需要更換導(dǎo)向套5-6即可。

以上的實(shí)施例中，導(dǎo)向孔5-4被設(shè)置在導(dǎo)心板5上。在另一個(gè)實(shí)施例中，各導(dǎo)向孔5-4獨(dú)立設(shè)置。即為每根硅芯都獨(dú)立設(shè)置一個(gè)導(dǎo)向孔5-4，通過(guò)支架將導(dǎo)向孔5-4固定在爐壁上或固定在高頻線圈上方的吹氣裝置上。

使用本發(fā)明的裝置拉制硅芯的具體步驟如下：

第一步、首先將導(dǎo)心板5或?qū)蚩?-4固定在高頻線圈7與籽晶夾持機(jī)構(gòu)之間，確保導(dǎo)向孔5-4、高頻線圈7上的拉制孔和籽晶4同心，并將原料棒8送至高頻線圈7的下部；

第二步、對(duì)高頻線圈7進(jìn)行通水通電，利用高頻線圈7對(duì)原料棒8的上端頭進(jìn)行感應(yīng)加熱；

第三步、待原料棒8的上端頭靠近高頻線圈7下面的部位融化后，籽晶夾持機(jī)構(gòu)帶著籽晶4下降，使籽晶4穿過(guò)高頻線圈7上的拉制孔和導(dǎo)心板5上的導(dǎo)向孔5-4然后插入到原料棒8端頭的融液內(nèi)，當(dāng)籽晶4的端頭與原料棒8端頭的融液融為一體后，通過(guò)籽晶夾持機(jī)構(gòu)帶動(dòng)籽晶4上升；如果籽晶夾持機(jī)構(gòu)采用了夾持件3旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，則旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)夾持件3及籽晶4旋轉(zhuǎn)，在籽晶4旋轉(zhuǎn)的同時(shí)利用提拉裝置將籽晶4拉起。此時(shí)原料棒8上部的融液會(huì)跟隨籽晶4上升，其原料棒8下部的下軸也相應(yīng)跟隨同步緩慢上升。此時(shí)跟隨籽晶4提起的融液在通過(guò)高頻線圈7的拉制孔后，由于磁力線的減弱而冷凝形成硅芯，使硅芯的下端始終處于導(dǎo)向孔5-4內(nèi)。

實(shí)施本發(fā)明所述的硅芯拉制方法，在拉制直徑為10～14mm的硅芯6時(shí)，硅芯6的橢圓度長(zhǎng)軸與短軸的差值可以維持在0.3mm以?xún)?nèi)。

本發(fā)明不僅適用于硅芯的拉制，同時(shí)還可以適用其它晶體的拉制。