專利名稱：一種直拉晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及坩堝法生長(zhǎng)晶體爐子裝置的改進(jìn)機(jī)構(gòu)，更具體地說(shuō)是直拉硅 單晶棒生長(zhǎng)爐子中熱系統(tǒng)安裝和拆除的一種拆裝裝置。
背景技術(shù)：
公知，單晶生長(zhǎng)的工藝爐的結(jié)構(gòu)為自下而上依次是爐體支架、坩堝軸傳 動(dòng)升降部分、爐底板、下?tīng)t筒、中爐筒和爐蓋，爐蓋上方設(shè)置可容納生長(zhǎng)出 晶體的副室，副室上方是晶體提拉和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，籽晶軸、重錘、籽晶夾頭和 籽晶從副室上方中心可一直下降到與石英坩堝內(nèi)硅熔體接觸，通過(guò)溫度和各 種控制，使硅熔體定向在籽晶下結(jié)晶并不斷長(zhǎng)大，達(dá)到晶體生長(zhǎng)的目的。
熱系統(tǒng)是晶體生長(zhǎng)爐中核心部件，它主要包括三大部份，安裝在爐底兩 電極柱上的石墨電阻加熱器為硅料熔化和晶體生長(zhǎng)提供熱量，其二是安裝在 加熱器中間的石墨坩堝托(用于承放裝有固體硅料的石英坩堝)及連接爐底坩 堝軸的連桿和坩堝托盤(pán)，其三是提供保溫及形成晶體生長(zhǎng)所需的各部位、方 向的溫度梯度器件。保溫器件材料主要分兩大類， 一類是內(nèi)層保溫器件需要 材料耐高溫、致密、有強(qiáng)度，通常采用高純石墨、碳碳纖維或表面進(jìn)行過(guò)氣 相沉積的梯度保溫材料，另一類是在內(nèi)保溫層外面的熱導(dǎo)率很低的保溫材料， 主要有石墨軟氈、固化氈。保溫器件的分布有爐底石墨保溫底板及下面軟氈 或固化氈保溫層、下?tīng)t體石墨下保溫罩及外面的石墨軟氈或固化氈保溫層、 加熱器四周的石墨中保溫層及外面的石墨軟氈或固化氈保溫層、加熱器上方 有上保溫罩及外面的石墨軟氈或固化氈保溫層、在上保溫罩上面有保溫蓋及 呈下漏斗形的熱屏。
在一爐硅單晶生長(zhǎng)結(jié)束后需將晶體升至副室內(nèi)，用機(jī)械方式提起副室， 并向左旋出后取出晶體。在取出晶體后，需拆除爐筒內(nèi)熱系統(tǒng)，特別是中爐筒內(nèi)的保溫蓋、熱屏、 上保溫罩、中保溫罩及外面的軟氈或固化氈等部件并進(jìn)行工藝清洗工作，尤 其是清潔下?tīng)t筒底部的碎屑雜質(zhì)及抽氣管道內(nèi)的氧化揮發(fā)物，然后再重新安 裝熱系統(tǒng)、再將多晶原料裝進(jìn)石英坩堝后合上爐筒、爐蓋、副室并抽空進(jìn)行 新一爐拉晶程序。中爐筒提升并需要轉(zhuǎn)出，由于升起高度限制，必須先將保 溫蓋、熱屏、上保溫層等先取出來(lái)。
其主要步驟一般如下將晶體升至付室后提起付室，向左旋出后取出晶 體。升起爐蓋向左轉(zhuǎn)出。取出熱屏、保溫蓋、上保溫罩及外面的軟氈或固化 氈等。吊升起中爐筒向右轉(zhuǎn)出，再取出設(shè)置在加熱器四周的石墨中保溫罩及 外面軟氈或固化氈層，檢查加熱器電極接觸是否良好并請(qǐng)洗加熱器外表的氧 化物，定期拆下加熱器進(jìn)行大清理，對(duì)下?tīng)t筒各部位和排氣口進(jìn)行工藝清潔 工作，對(duì)取出的上、中保溫罩及保溫蓋也需進(jìn)行工藝清潔工作。清理工作結(jié) 束后，按順序自下而上裝熱系統(tǒng)，要求坩堝托、加熱器、保溫罩保持很好的 同心度，達(dá)到熱場(chǎng)均勻性目的。
其生產(chǎn)工藝流程為拆爐清洗爐子-裝爐-抽空(充一定量的氬氣，爐內(nèi)
壓力保持1000-2000Pa)-化料-穩(wěn)定-晶體生長(zhǎng)-停爐
隨著技術(shù)進(jìn)步和性能優(yōu)良的保溫材料廣泛應(yīng)用，熱系統(tǒng)的保溫性能越來(lái) 越好，晶體生長(zhǎng)的功率大幅下降，但同時(shí)爐子冷卻需要時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)(硅 熔液結(jié)晶溫度是1420度，加熱器溫度不小于1500度，化料時(shí)溫度應(yīng)還要高)， 為了提高生產(chǎn)效率， 一般在石墨器件和保溫材料在耐氧化極限溫度范圍內(nèi)， 放氣至大氣壓打開(kāi)爐子(目前停爐5-6小時(shí)，爐內(nèi)溫度約在400度-350度左 右)，由于熱系統(tǒng)很好的保溫效果，即使在空氣中冷卻到可操作溫度也還需要 不少時(shí)間， 一般情況下，打開(kāi)爐子等待一段時(shí)間后，操作工還將冒很高溫度 先將上部石墨器件，包括保溫蓋、熱屏、上保溫罩等先取出，然后升起中爐 筒轉(zhuǎn)出，再把石墨中保溫罩及外面保溫石墨氈或固化氈一起抬起取出(20英寸 熱系統(tǒng)的中保溫罩及石墨氈重二十幾公斤)，待冷卻一段時(shí)間后再進(jìn)行工藝清 洗，然后進(jìn)行安裝熱場(chǎng)，將中保溫罩安裝在下保溫罩上，升起中爐筒轉(zhuǎn)入到 下?tīng)t體上方并下降到下?tīng)t體法蘭，此時(shí)還要調(diào)正保溫罩方位，將保溫罩測(cè)溫孔對(duì)準(zhǔn)爐子上測(cè)溫儀位置，以上這些工作費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，安裝要求高，要在很 高的溫度中操作調(diào)試，工作條件差，對(duì)人體損害大，而且還會(huì)影響安裝裝配 質(zhì)量，影響下一爐的產(chǎn)品質(zhì)量。
經(jīng)調(diào)查和檢索，國(guó)內(nèi)外此類設(shè)備的結(jié)構(gòu)和更換、清理的方法、過(guò)程概莫 能外。
生產(chǎn)實(shí)踐需要一種改良裝置，能方便簡(jiǎn)潔地拆卸爐筒內(nèi)熱系統(tǒng)和對(duì)各部 位的清理活動(dòng)，減少拆卸過(guò)程中由于對(duì)爐筒內(nèi)部熱系統(tǒng)部件冷卻所需等待的 時(shí)間，節(jié)約能耗，提高工作效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的擬提供一種直拉晶體生長(zhǎng)爐的快速拆裝裝置，能方便拆卸 移出爐筒內(nèi)主要保溫部件，加快拆卸、冷卻、清理步驟。 本發(fā)明的目的是如此來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
一種直拉晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置，包括下?tīng)t筒及由包括下石墨保 溫罩、軟氈或固化氈組成的下保溫層，中爐筒及由包括中石墨保溫罩和軟氈 或固化氈組成的中保溫層，其特征在于，在中爐筒的下邊緣向爐內(nèi)設(shè)置至少 三塊水平托板，托板支托一圓環(huán)狀托盤(pán)，托盤(pán)界于下?tīng)t筒內(nèi)部的下保溫層和 中爐筒內(nèi)部的中保溫層之間。
所述的托板呈L形板狀結(jié)構(gòu)，其直板與中爐筒內(nèi)壁固定連接，其橫板支 托圓環(huán)狀托盤(pán)。
所述托盤(pán)的外圈下部，與托板支托接觸段有一圈托板定位臺(tái)階。
所述托板為四塊。
所述托板為不銹鋼材料。
所述托盤(pán)的內(nèi)圈下部，與下保溫層接觸段有一圈向下凸起的V形突緣， 在下保溫層相應(yīng)位置有一圈凹陷的V形定位凹槽。
所述托盤(pán)選用碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料為一種梯度保溫材料，其 特征是外表面經(jīng)氣相沉積，致密度高而有很好的強(qiáng)度，足以支撐起幾十公斤 上、中保溫層、保溫蓋、熱屏等重量，又由于該梯度保溫材料的中間的密度較小，有很低的熱導(dǎo)率而具有良好的保溫性能。
采用本技術(shù)方案，先將晶體升至副室后提起副室，向左旋出后取出晶體， 升起爐蓋向左轉(zhuǎn)出。通過(guò)中爐筒下端四個(gè)托板在中爐筒升起時(shí)也將擱置在托 板上的托盤(pán)，連同托盤(pán)上面由中石墨保溫罩及外面的軟氈或固化氈組成的中 保溫層、上石墨保溫罩及外面的軟氈或固化氈組成的上保溫層及保溫蓋、熱 屏等同時(shí)升起。位于中間的加熱器暴露在外，周圍已沒(méi)有任何保溫材料和部 件的阻擋，能較快地冷卻，使得操作人員能較快，并且在較適宜的溫度環(huán)境 中進(jìn)行比較規(guī)范、從容的清理工作。在做工藝清洗工作時(shí)，中爐筒內(nèi)部的中 保溫層無(wú)需拿出，可直接在爐筒內(nèi)進(jìn)行清潔工作，大大提高了效事率。而清 理工作結(jié)束后，在重新安裝時(shí)，也只須將中爐筒下降到位時(shí)，圓環(huán)托盤(pán)內(nèi)端
下凸的v形突緣自然地落入下保溫罩相應(yīng)一圈凹陷的V形定位凹槽內(nèi)，確保
所有裝配精確無(wú)誤，保證了熱系統(tǒng)的同心度，托板繼續(xù)下沉脫離了托盤(pán)，中 爐筒以及固定其上的托板與內(nèi)部由托盤(pán)支撐的中保溫層完全分離，保證了雙 方的獨(dú)立性和內(nèi)部的穩(wěn)定性，并且由于托盤(pán)與金屬托板脫離而完全阻斷了相 互之間的熱傳導(dǎo)，起到了很好的保溫效果，整個(gè)安裝工作完畢。
托盤(pán)與托板處有定位配合，也保證了從升起到清理后的重新安裝全過(guò)程 始終處于精確的相對(duì)位置控制中。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)和有益效果是，l.在爐子拆時(shí)，通過(guò)中爐筒升起托板 將加熱器周圍及上部的保溫系統(tǒng)全部升起脫離加熱器，加快了拆卸速度和工
作效率。2.在裝爐時(shí)中爐筒下降到位時(shí)托板脫離托盤(pán)，通過(guò)雙重定位保溫罩 準(zhǔn)確安裝到位，使熱系統(tǒng)沒(méi)有一點(diǎn)間隙達(dá)到保溫好的效果。3.采用既有強(qiáng)度 又有低的導(dǎo)熱率碳纖維復(fù)合材料制作托盤(pán)達(dá)到了保溫和托起保溫系統(tǒng)的作 用。4.本發(fā)明提高了生產(chǎn)效率和裝爐質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了石墨器 件和保溫材料的使用壽命。5.經(jīng)實(shí)際制作后測(cè)試，增加本裝置，18英寸及以 上的熱糸統(tǒng)只需一人就能完成全部裝拆爐操作，而原來(lái)就需要兩個(gè)人來(lái)完成。 由于大大縮短了爐子冷卻和拆裝的時(shí)間，20英寸坩堝熱系統(tǒng)從每月拉14爐單 晶提高到15爐，每爐月產(chǎn)量增加了70公斤，產(chǎn)值增加21萬(wàn)，按一個(gè)中型企 業(yè)擁有50余臺(tái)該直拉晶體生長(zhǎng)爐在采用本技術(shù)方案后， 一個(gè)月就能多生產(chǎn)
63500公斤，產(chǎn)值壇加1050萬(wàn)，按百分之十的利潤(rùn)率計(jì)算，每月壇加利潤(rùn)達(dá) 105萬(wàn)，另外采用梯度保溫材料與石墨材料相比每爐每小時(shí)節(jié)電10度，以每 爐加熱35小時(shí)計(jì)算，每一臺(tái)每爐節(jié)電350度電，每月每臺(tái)節(jié)電5250度電， 按50臺(tái)爐子計(jì)算每月節(jié)電26. 25萬(wàn)度電，價(jià)值達(dá)16多萬(wàn)元，創(chuàng)造了極高的 經(jīng)濟(jì)價(jià)值。綜上所述，本發(fā)明改變了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有傳統(tǒng)的技術(shù)方案，填補(bǔ)在該 領(lǐng)域、該技術(shù)方面的國(guó)內(nèi)外空白，具有很顯著的經(jīng)濟(jì)效益和突出的技術(shù)先進(jìn) 性。
(四)


圖1是現(xiàn)有技術(shù)直拉晶體生長(zhǎng)爐的配置圖2是從直拉晶體生長(zhǎng)爐中將晶體升至副室后提起副室的狀態(tài)圖3是從直拉晶體生長(zhǎng)爐的爐蓋部件圖4是從直拉晶體生長(zhǎng)爐的中爐筒部件圖5是從直拉晶體生長(zhǎng)爐中將中爐筒提起后的狀態(tài)圖6是從直拉晶體生長(zhǎng)爐中將中爐筒內(nèi)的保溫層去除后的狀態(tài)圖7是本發(fā)明直拉晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置局部放大圖8是本發(fā)明直拉晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置與加熱爐的整體配置圖;
圖中，l是副室，2是籽晶夾頭，3是爐蓋，4檔圈，5是熱屏，6是中保 溫層，7測(cè)溫孔，8石墨坩堝，9加熱器，10中爐筒，ll托盤(pán)，12托板，13 下保溫層，14下?tīng)t筒，15是反射板，16是下?tīng)t筒底部保溫層，17坩堝連桿， 18保溫蓋，19上保溫層，20石英坩堝，G是晶體。
具體實(shí)施方式
，
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
一種直拉晶體生長(zhǎng)加熱爐的拆裝裝置，在中爐筒10的下邊緣向爐內(nèi)設(shè)置 至少三塊水平托板12，托板12支托一圓環(huán)狀托盤(pán)11，托盤(pán)11界于下?tīng)t筒14 內(nèi)部的下保溫層13和中爐筒10內(nèi)部的中保溫層6之間。托板12呈L形板狀 結(jié)構(gòu)，其直立板與中爐筒10內(nèi)壁固定連接，其橫板支托圓環(huán)狀托盤(pán)ll。托盤(pán)11的外圈下部，與托板12支托接觸段有一圈托板12定位的臺(tái)階。托板12為 四塊。托盤(pán)11的內(nèi)圈下部，與下保溫層13接觸段有一圈向下凸起的V形突 緣，在下保溫層13相應(yīng)位置有一圈凹陷的V形定位凹槽，托盤(pán)11選用碳纖 維復(fù)合材料。
采用本技術(shù)方案，先將晶體G升至副室1后提起副室1，向左旋出后取 出晶體G，升起爐蓋3向左轉(zhuǎn)出。通過(guò)中爐筒10下端三個(gè)托板12在中爐筒 10升起時(shí)也將擱置在托板12上方的托盤(pán)11，連同托盤(pán)11上面由中石墨保溫 罩及包在外面的軟氈或固化氈組成的中保溫層6 —起升起，以及再上面的熱 屏5、擋圈4、保溫蓋、上石墨保溫罩及包在外面的軟氈或固化氈組成的上保 溫層也能同時(shí)升起。位于中間的加熱器9暴露在外，周圍己沒(méi)有任何保溫材 料和部件的阻擋，能較快地冷卻，使得操作人員能較快，并且在較適宜的溫 度環(huán)境中進(jìn)行比較規(guī)范、從容的清理工作。在做工藝清洗工作時(shí)，中爐筒10 內(nèi)部的中保溫層6可直接在里面做工藝清潔工作無(wú)需拿出，工藝操作簡(jiǎn)化。 而清理工作結(jié)束后，在重新安裝時(shí)也只須將中爐筒10下降到位時(shí)，圓環(huán)托盤(pán) 11內(nèi)端下凸的V形突緣自然地落入下保溫層13相應(yīng)一圈凹陷的V形定位凹槽 內(nèi)，確保所有裝配精確無(wú)誤，保證了熱系統(tǒng)的同心度，托板12繼續(xù)下沉脫離 了托盤(pán)11，中爐筒10以及固定其上的托板12與內(nèi)部由托盤(pán)11支撐的中保溫 層6完全分離，保證了雙方的獨(dú)立性和內(nèi)部的穩(wěn)定性，整個(gè)安裝工作完畢。 托盤(pán)11與托板12處有定位配合，也保證了從升起到清理后的重新安裝全過(guò) 程始終處于精確的相對(duì)位置控制中。
權(quán)利要求
1. 一種直拉晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置，包括下?tīng)t筒(14)及由包括下 石墨保溫罩、軟氈或固化氈組成的下保溫層(13)，中爐筒(10)及由包括中石 墨保溫罩和軟氈或固化氈組成的中保溫層(6)，其特征在于，在中爐筒(10)的 下邊緣向爐內(nèi)設(shè)置至少三塊水平托板(12)，托板(12)支托一圓環(huán)狀托盤(pán)(11)， 托盤(pán)(11)界于下?tīng)t筒(14)內(nèi)部的下保溫層(13)和中爐筒(10)內(nèi)部的中保溫層 (6)之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置，其特征在于所述 的托板(12)呈L形板狀結(jié)構(gòu)，其直板與中爐筒(10)內(nèi)壁固定連接，其橫板支 托圓環(huán)狀托盤(pán)(ll)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置，其特征在于 所述托板(12)為四塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置，其特征在于所述 托板(12)為不銹鋼材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置，其特征在于所述 托盤(pán)(11)的外圈下部，與托板(12)支托接觸段有一圈托板(12)定位臺(tái)階。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置，其特征在于所述 托盤(pán)(ll)的內(nèi)圈下部，與下保溫層(13)接觸段有一圈向下凸起的V形突緣， 在下保溫層(13)相應(yīng)位置有一圈凹陷的V形定位凹槽。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置，其特征在于所述 托盤(pán)(11)選用碳纖維復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明系涉及直拉硅單晶生長(zhǎng)爐中熱系統(tǒng)的一種快速拆裝的裝置。一種直拉晶體生長(zhǎng)爐熱系統(tǒng)的拆裝裝置，包括下?tīng)t筒(14)及下石墨保溫罩和外面的軟氈或固化氈組成的下保溫層(13)，中爐筒(10)及中石墨保溫罩和外面的軟氈或固化氈組成的中保溫層(6)，在中爐筒(10)的下邊緣向爐內(nèi)設(shè)置至少三塊水平托板(12)，托板(12)支托一圓環(huán)狀托盤(pán)(11)，托盤(pán)(11)界于下?tīng)t筒(14)內(nèi)部的下保溫層(13)和中爐筒(10)內(nèi)部的中保溫層(6)之間。本發(fā)明提供了一種直拉晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)熱系統(tǒng)快速拆裝的裝置和方法，改變了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)方案，大大提高了單晶爐生產(chǎn)效率和降低了操作者的工作強(qiáng)度，具有很顯著的經(jīng)濟(jì)效益和突出的技術(shù)先進(jìn)性。
文檔編號(hào)C30B35/00GK101311335SQ20081003643
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者施承啟, 胡如權(quán) 申請(qǐng)人:上海卡姆丹克太陽(yáng)能科技有限公司