專利名稱：一種測量直拉單晶爐電極電位差的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量直拉單晶爐電極電位差的裝置。
背景技術(shù)：
隨著直拉單晶爐大型化和自動化技術(shù)的發(fā)展，單晶爐配備了更 大型化的熱系統(tǒng)(熱場)和更先進(jìn)的控制系統(tǒng)。在直拉單晶爐運行時 通過對高純石墨材料的加熱器施加直流電流使之發(fā)熱，來加熱熔化坩
堝內(nèi)的多晶硅和維持硅熔體的溫度；計算機(jī)控制系統(tǒng)對加熱系統(tǒng)的接 地故障檢測模塊(裝置)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)發(fā)生電極接地故障時，計算機(jī) 就會通過聲光，文字信息發(fā)出電極接地故障報警。直拉單晶爐產(chǎn)生"電 極接地故障"的原因很多，計算機(jī)控制系統(tǒng)只能檢測和記錄到"電極 接地故障"報警信號，對電極接地故障的類型和原因無法分析判斷。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決一般直拉單晶爐"電極接地故障"報警功能不足，或 解決一般不具有"電極接地故障"報警的直拉單晶爐的不足。本實用 新型的目的是提供一種在線測量直拉單晶爐電極電位差的裝置，該裝 置對運行中單晶爐電極電位進(jìn)行的連續(xù)在線測量，單晶爐電極(對地) 電位實時在顯示，現(xiàn)場操作者分析和判斷直拉單晶爐發(fā)生"電極接地 故障"的類型、原因。
為達(dá)到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案一種測量直拉單晶爐電極電位差的裝置，它包括殼體，分別與 加熱電極的正極以及電極負(fù)極連接的電阻，且電阻的另一端接地，在 電極的正極與地以及電極的負(fù)極與地之間分別并聯(lián)一個電壓表。 所述的電壓表的電源接24伏工作電源。
兩只對地取樣電阻目的用于對直拉單晶爐加熱器的直流電壓對 地均壓取樣;兩只數(shù)字電壓表用于測量兩只對地取樣電阻的電壓，分
別對應(yīng)直拉單晶爐的正、負(fù)電極；本裝置可通過連接器接直拉單晶爐
電控柜。
本實用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉,使用本實用新型 裝置可以及時、準(zhǔn)確的對"電極接地故障"報警進(jìn)行對判斷，減少對
地故障造成的損失。


圖1A直拉單晶爐加熱電源原理圖。
圖1B直拉單晶爐加熱電源運行等效電路圖。
圖2本實用新型裝置電路圖。
圖3本實用新型裝置連接器電路圖。
圖4本實用新型裝置互連電纜圖。
圖1A直拉單晶爐加熱電源原理圖中，PS2為單晶爐加熱電源， Rl、 R2分別為+、 一電極對地取樣電阻，這是已有"電極接地故障" 報警技術(shù)的通用設(shè)計。R3表示直拉單晶爐內(nèi)的石墨加熱器直流電 阻，其阻值在0.010 ~ 0.050歐姆，生產(chǎn)直徑小6"單晶的石墨加熱器直徑(H6" (t)20"之間。
圖1B直拉單晶爐加熱電源運行等效電路圖中，Rl、 R2分別為 對地取樣電阻，為了便于本實用新型描敘，單晶爐加熱電源運行過 程中+電極、一點極對地的絕緣等效電阻為R1' R2'，單晶爐加熱電 源正常運行過程中單晶爐電極絕緣等效電阻值理論上一w;
圖2本實用新型裝置電路圖中，電壓表可選額定電壓為 100 200V的數(shù)字表也可選指針表；對地取樣電阻根據(jù)單晶爐冷卻水 水質(zhì)好壞可在300 1000歐姆范圍變化， 一般用500歐姆。
圖3本實用新型裝置連接器電路圖中，PS2是單晶爐加熱電源， PS,是單晶爐電控柜內(nèi)部的24V工作電源(如電控柜沒有24V電源則 需另備一臺24V電源)。
圖4本實用新型裝置互連電纜圖。
具體實施方式
1、 將連接器(座)安裝在殼體(儀表箱)的后面板，兩只電阻安裝 在儀表箱內(nèi)，兩只數(shù)字電壓表裝在前面板，并按圖2所示電路裝配。
2、 在直拉單晶爐一側(cè)，將連接器(座)安裝在直拉單晶爐電控柜 的適當(dāng)位置，并將相應(yīng)信號按圖3連到連接器(座)。
3、 按圖4制作一根兩頭帶連接器(頭)的電纜。
4、 當(dāng)需要對直拉單晶爐的電極電位進(jìn)行監(jiān)測時，將本實用新型 裝置用互連電纜連接到直拉單晶爐。
5、 單晶爐加熱系統(tǒng)啟動時，單晶爐電極(+、 一)的對地電位將在本裝置的兩只數(shù)字電壓表上實時顯示。
在圖IB直拉單晶爐實際加熱電源等效電路中，絕緣等效電阻
Rl'、 R2'的阻值大小受到通過電極中冷卻水的水質(zhì)、爐內(nèi)氣氛、電
極周圍粉塵(特別是導(dǎo)電性粉塵)、電極絕緣護(hù)套破裂等因素的影響， 這些因素實際對+、 一電極的影響不是相同的，即其絕緣等效電阻
Rl'、 R2'的阻值變化不相同的。這些差異將會反映在取樣電阻R1、 R2兩端的電壓上，即電壓表VI、 V2的讀數(shù)(單晶爐電極-對地電位) 顯示的差異。通過監(jiān)測V1、 V2就可以知道運行中單晶爐加熱系統(tǒng)對 地絕緣情況的變化。
某一拉制4)6"硅單晶之單晶爐配置的小16"石墨加熱器R3， 石墨加熱器直流電阻為0.025歐姆，加熱系統(tǒng)的功率是64kw，則實 加在石墨加熱器R3上的電壓V為40伏?，F(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)⒋穗?壓在設(shè)備上實時顯示。由圖1A直拉單晶爐加熱電源原理可以得到 V=|V1|+|V2| 。(下文提到V1、 V2皆指絕對值，不存在正負(fù)問題)
如果此時單晶爐的兩支電極(+、 一)的對地絕緣都是良好的， 其絕緣等效電阻為R1， R2，均〉〉113，取樣電阻R^R2，此時取樣 電阻Rl、 R2上的分電壓V1"V2^V/2。本實用新型裝置測量的電 極對地電壓差基本平衡或相差不大，表明加熱系統(tǒng)正常，此時不會出 現(xiàn)電極"接地故障"報警。
實施例2
某一拉制ct)6"硅單晶之單晶爐配置的4>16"石墨加熱器R3，石墨加熱器直流電阻為0.025歐姆，加熱系統(tǒng)的功率是64kw，則實加 在石墨加熱器R3上的電壓V為40伏?，F(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)⒋穗妷?在設(shè)備上實時顯示。由圖1A直拉單晶爐加熱電源原理可以得到 V=|V1|+|V2| 。
如果此時單晶爐的兩支電極("+"、"一")的對地絕緣性能下降，
絕緣下降原因可能是某一電極周圍積聚粉塵(如碳粉、含銻SiO粉 塵等)都是良好的、某一電極絕緣護(hù)套破裂等，此時該電極對地絕緣 等效電阻之阻值下降。假如"一"電極絕緣性能下降，當(dāng)"一"電極
絕緣等效電阻R2，阻值下將到R2， "R2，此時取樣電阻R1、 R2上 的分電壓V1、 V2不再平衡，VI " 2V2 ，但V=1V1|+|V2|成立， 在單晶爐設(shè)備上顯示的仍然是電壓V為40伏。本實用新型裝置測量 的電極對地電壓V1、 V2更詳盡反映單晶爐內(nèi)電極的工作情況。
實施例3
單晶爐在升溫熔化原料的工藝過程中，加熱電源在0.5 2.0小時內(nèi) 輸出功率P由0kw—(80 100)kw，加熱器電壓V也是經(jīng)歷Ov— (45~50)伏的變化過程，幾種常見的現(xiàn)象
(1)、當(dāng)單晶爐冷態(tài)時，單晶爐溫度300 50(TC以下
(A) 當(dāng)V處于數(shù)值較小的過程時，不足以觸發(fā)"電極接地故障" 報警，本實用新型裝置測量的電壓如果抖動，可判斷電極存在打火現(xiàn) 象；
(B) 出現(xiàn)"電極接地故障"報警，而本實用新型裝置測量的電 壓如果出現(xiàn)較大的電壓差A(yù)V，，此時因爐體溫度不高可以排除氣氛、粉塵對R1'、 R2'的影響，可判斷電極回路的絕緣程度下降，單晶爐
電極絕緣有問題。
(C)當(dāng)VI或V2其一為零時，出現(xiàn)的報警可認(rèn)定有對地短路存 在。本實用新型裝置可直觀的顯示V1、 V2的數(shù)值。
(2)、當(dāng)單晶爐高溫后，單晶爐溫度900 1100。C以上，
經(jīng)過冷態(tài)過程，此階段輸出電壓V已經(jīng)隨功率達(dá)到工藝設(shè)定值， 有可能遇到的情況有
(A) 本實用新型裝置測量的VI、 V2基本平衡或相差不大，表明 加熱系統(tǒng)正常，此時不會出現(xiàn)電極"接地故障"報警。
(B) 單晶爐從冷態(tài)到高溫整個過程中，本實用新型裝置測量的 電極電位壓差逐漸增大同時沒有抖動，加熱系統(tǒng)產(chǎn)生了電極"接地故 障"報警，則可認(rèn)為單晶爐內(nèi)部導(dǎo)電性氣體濃度增大，可以通過調(diào)整 氬氣流量、爐室壓力等工藝參數(shù)來改變單晶爐內(nèi)部導(dǎo)電性氣體的分 布。通過本實用新型裝置測量的電極電位壓差變化的情況可以反映單 晶爐內(nèi)部導(dǎo)電性氣體分布的變化。
(C) 更換熱場石墨部件后在升溫過程中，加熱系統(tǒng)雖未產(chǎn)生電 極"接地故障"報警，但如果本實用新型裝置測量壓差較大的話，就 需要對熱系統(tǒng)進(jìn)行高溫煅燒，以排除石墨部件揮發(fā)性氣體。
權(quán)利要求1、一種測量直拉單晶爐電極電位差的裝置，其特征在于它包括殼體，分別與加熱電極的正極以及電極負(fù)極連接的電阻，且電阻的另一端接地，在電極的正極與地以及電極的負(fù)極與地之間分別并聯(lián)一個電壓表。
2、 一種測量直拉單晶爐電極電位差的裝置，其特征在于所述的 電壓表的電源接24伏工作電源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種測量直拉單晶爐電極電位差的裝置，其特征在于所述的接地電阻的阻值在300 1000歐姆之間.
專利摘要一種測量直拉單晶爐電極電位差的裝置，它包括殼體，分別與加熱電極的正極以及電極負(fù)極連接的電阻，且電阻的另一端接地，在電極的正極與地以及電極的負(fù)極與地之間分別并聯(lián)一個電壓表。所述的電壓表的電源接24伏工作電源。本實用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用本實用新型裝置可以及時、準(zhǔn)確的對“電極接地故障”報警進(jìn)行對判斷，減少對地故障造成的損失。
文檔編號C30B15/20GK201317828SQ20082023367
公開日2009年9月30日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者侯艷柱, 鋒 方, 洋 李, 楊 楊, 梁開金, 鄧德輝 申請人:北京有色金屬研究總院;有研半導(dǎo)體材料股份有限公司;國泰半導(dǎo)體材料有限公司