專利名稱：硅芯拉制工藝及硅芯拉制過程中的原料棒預(yù)熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及多晶硅的生產(chǎn)方法，具體涉及硅芯拉制工藝以及硅芯拉制過程中的原料棒預(yù)熱方法。
背景技術(shù)：
目前，在改良西門子法多晶硅生產(chǎn)過程中，硅芯拉制是在硅芯爐內(nèi)完成的?，F(xiàn)有硅芯爐內(nèi)由上至下分別設(shè)有籽晶夾持機構(gòu)、電磁感應(yīng)線圈和原料棒夾持機構(gòu)，其中，在電磁感應(yīng)線圈中設(shè)有芯孔，裝爐后，籽晶、芯孔以及原料棒的中心線處于同一鉛垂線上。其具體操作過程為裝爐后操作人員將鉬絲纏繞在籽晶上，然后控制籽晶夾持機構(gòu)緩慢下降直至纏繞有鉬絲的籽晶進(jìn)入電磁感應(yīng)線圈的芯孔內(nèi)，此后，鉬絲被迅速加熱并引紅籽晶，熔化的籽晶滴在原料棒的上端面從而對原料棒進(jìn)行預(yù)熱，隨著原料棒溫度的升高，原料棒中的自由電子被激活并開始導(dǎo)電，此后，在電磁感應(yīng)線圈的加熱下原料棒的上端部逐漸融化，之后再將籽晶的頭部插入原料棒的上端熔體內(nèi)，最后再向上提升籽晶從而牽引熔體拉伸，最終將原料棒拉制成硅芯。在上述的整個拉制過程中，原料棒的預(yù)熱工序繁瑣且預(yù)熱緩慢是本領(lǐng)域內(nèi)長期未能解決的技術(shù)問題。尤其是，在諸如授權(quán)公告號為CN201317831Y的實用新型專利等提倡一次性實現(xiàn)多支硅芯的拉制操作的情況下，要在每支籽晶上纏繞上鉬絲的工作將極大的影響生產(chǎn)效率。由于熔融的籽晶滴在原料棒的量很少導(dǎo)致傳熱緩慢，從滴料到原料棒熔融需要 90 150分鐘時間，造成硅芯拉制效率難以提高的瓶頸。此外，上述預(yù)熱方法還存在故障率高，易出現(xiàn)滴液接觸電磁感應(yīng)線圈引起打火、燒壞等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)原料棒方便、快速的預(yù)熱，同時又不引入影響硅芯質(zhì)量的雜質(zhì)的硅芯拉制工藝。本發(fā)明的硅芯拉制工藝具體包括如下步驟a、裝爐時在原料棒的上端安置由熔點大于硅的導(dǎo)體材料所制成的導(dǎo)熱片；b、拉制前利用電磁感應(yīng)線圈對該導(dǎo)熱片進(jìn)行加熱進(jìn)而預(yù)熱原料棒；C、在原料棒的上端熔融前摘掉導(dǎo)熱片，待其熔融后再將籽晶從電磁感應(yīng)線圈的芯孔中向下插入熔體；d、向上提升籽晶從而牽引熔體拉伸并通過電磁感應(yīng)線圈的芯孔。在上述方案中，要求導(dǎo)熱片具有高熔點(即至少大于硅的熔點1420°C)和導(dǎo)電性， 因此，導(dǎo)熱片能夠由電磁感應(yīng)線圈迅速加熱并將熱量傳遞給原料棒，并且在原料棒加熱融化前，導(dǎo)熱片不會融化，故可在在原料棒加熱融化前摘掉導(dǎo)熱片，防止原料棒中摻入導(dǎo)熱片中的雜質(zhì)。另外，導(dǎo)熱片與原料棒的接觸面積較大，能夠促使原料棒的上端部快速、均勻融化，且無需再在籽晶上捆綁鉬絲和滴料預(yù)熱，因此工作效率大為提高。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在滿足高熔點和導(dǎo)電性的前提下選擇導(dǎo)熱片的材料，比如鉬等金屬。而本發(fā)明建議采用石墨來制作導(dǎo)熱片。石墨除良好的導(dǎo)電性外，由于其導(dǎo)熱率為209. 3 /(mk)，高于鉬的導(dǎo)熱率135w/(mk)，且石墨的熔點為3652°C，遠(yuǎn)高于鉬的熔點，因此，石墨具有快速加熱、良好導(dǎo)熱以及不易融化的特點。試驗發(fā)現(xiàn)，采用石墨制成的導(dǎo)熱片僅需10 20分鐘就可將原料棒加熱至熔融狀態(tài)，多次操作均未發(fā)生導(dǎo)熱片融化的現(xiàn)象，并且硅芯制備過程中完全不會摻入C雜質(zhì)，故具有特別顯著的應(yīng)用效果。上述方案中僅要求將導(dǎo)熱片安置在原料棒的上端，因此，導(dǎo)熱片既可以制作成環(huán)狀并套在原料棒的側(cè)壁上也可以制作成片狀放置并貼附于原料棒的上端面上。采用將導(dǎo)熱片放置并貼附于原料棒的上端面上的方法可以簡化導(dǎo)熱片的形狀，且便于導(dǎo)熱片的設(shè)置和摘取，因此本發(fā)明優(yōu)先采用此中方案。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以通過多種方式將導(dǎo)熱片從原料棒上摘取下來。而最簡單的辦法是將該導(dǎo)熱片通過由高熔點材料制成的牽絲與牽引機構(gòu)相連。牽絲可采用鉬絲、鎢絲等，牽引機構(gòu)可以直接使用現(xiàn)有硅芯爐內(nèi)遙控機械臂。預(yù)熱時牽絲就始終連在導(dǎo)熱片上，達(dá)到預(yù)熱要求后再驅(qū)動牽引機構(gòu)運動，牽絲可拉動導(dǎo)熱片輕松脫離原料棒。本發(fā)明同時提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)原料棒方便、快速的預(yù)熱，同時又不引入影響硅芯質(zhì)量的雜質(zhì)的硅芯拉制過程中的原料棒預(yù)熱方法。該方法首先是在原料棒的端部安置由熔點大于硅的導(dǎo)體材料所制成的導(dǎo)熱片，然后利用電磁感應(yīng)線圈對該導(dǎo)熱片進(jìn)行加熱進(jìn)而預(yù)熱原料棒，在原料棒的端部熔融前摘掉該導(dǎo)熱片。進(jìn)一步的，該導(dǎo)熱片由石墨制成。進(jìn)一步的，該導(dǎo)熱片放置并貼附于原料棒的端面上。進(jìn)一步的，該導(dǎo)熱片通過由高熔點材料制成的牽絲與牽引機構(gòu)相連。本發(fā)明的有益效果是可以大大縮短硅芯拉制時間，提高效率，且導(dǎo)熱片可重復(fù)使用，節(jié)省成本，此外原料棒表面熔化均勻，硅芯拉制成功率大大提高。以石墨制作的導(dǎo)熱片為例試驗過程中只需10 20分鐘就能達(dá)到以往的預(yù)熱效果，每臺爐一次預(yù)熱可節(jié)約時間 80 130分鐘，可多拉制1120mm 1820mm長度的硅芯，產(chǎn)量明顯提升；根據(jù)設(shè)備功率計算， 每小時每臺爐用電60度，每臺爐一次預(yù)熱可節(jié)約電量80 130度，一臺爐最基本每天預(yù)熱兩次，共四臺爐，每天可節(jié)約電量640 1040度，大幅度的降低能耗；另外，拉制成功率從原來的50 %提高至95 %以上，工作強度明顯降低。


圖1為本發(fā)明硅芯拉制工藝中通過導(dǎo)熱片對原料棒進(jìn)行預(yù)熱的工作狀態(tài)圖。圖2為本發(fā)明硅芯拉制工藝中原料棒預(yù)熱后將籽晶插入熔體的工作狀態(tài)圖。圖3為本發(fā)明硅芯拉制工藝中原料棒拉伸時的工作狀態(tài)圖。圖中標(biāo)記為籽晶1、電磁感應(yīng)線圈2、芯孔201、導(dǎo)熱片3、牽絲4、原料棒5、熔體6。
具體實施例方式如圖1所示，裝爐時在原料棒5的上端安置由石墨材料所制成的導(dǎo)熱片3，該導(dǎo)熱片3放置并貼附于原料棒5的上端面上。裝爐完成后，電磁感應(yīng)線圈2位于導(dǎo)熱片3的上方并靠近該導(dǎo)熱片3，而籽晶1則由籽晶夾持機構(gòu)圖中未示出夾持在電磁感應(yīng)線圈2的上方。 此時，原料棒5、電磁感應(yīng)線圈2中的芯孔201以及籽晶1的中心線處于同一鉛垂線上。此外，如圖1所示，該導(dǎo)熱片3還通過由高熔點材料制成的牽絲4與牽引機構(gòu)相連。
之后，啟動電磁感應(yīng)線圈2，導(dǎo)熱片3迅速升溫，由于石墨良好的導(dǎo)熱性，導(dǎo)熱片3 的熱量快速傳遞給原料棒5，隨著原料棒5溫度的升高，原料棒5中的自由電子被激活并開始導(dǎo)電，此后，在電磁感應(yīng)線圈2的加熱下原料棒5的上端部逐漸融化，但在原料棒5的上端熔融前必須通過牽絲4、牽引機構(gòu)將導(dǎo)熱片3牽離原料棒5的上端面。在上述通過導(dǎo)熱片 3對原料棒5進(jìn)行預(yù)熱的時候，由于原料棒5并沒有熔融，只是自由電子被激活開始導(dǎo)電，因此在硅芯制備過程中不會摻入C雜質(zhì)。如圖2所示，當(dāng)原料棒5的上端熔融后，將籽晶1從電磁感應(yīng)線圈2的芯孔201中向下插入熔體6 ；之后，如圖3所示，再向上提升籽晶1從而牽引熔體6拉伸并通過電磁感應(yīng)線圈2的芯孔201，在這個過程中，電磁感應(yīng)線圈2上方的熔體6隨著遠(yuǎn)離電磁感應(yīng)線圈 2的方向而逐漸冷卻、凝固，而電磁感應(yīng)線圈2下方的原料棒5則在靠近并通過電磁感應(yīng)線圈2的過程中被迅速加熱、熔融，最終將原料棒5拉制成硅芯。上述過程中，只需10 20分鐘就能達(dá)到原料棒預(yù)熱效果，每臺爐一次預(yù)熱可節(jié)約時間80 130分鐘，可多拉制1120mm 1820mm長度的硅芯，產(chǎn)量明顯提升；根據(jù)設(shè)備功率計算，每小時每臺爐用電60度，每臺爐一次預(yù)熱可節(jié)約電量80 130度，一臺爐最基本每天預(yù)熱兩次，共四臺爐，每天可節(jié)約電量640 1040度，大幅度的降低能耗；另外，拉制成功率從原來的50 %提高至95 %以上，工作強度明顯降低。
權(quán)利要求
1.硅芯拉制工藝，該工藝包括如下步驟a、裝爐時在原料棒(5)的上端安置由熔點大于硅的導(dǎo)體材料所制成的導(dǎo)熱片(3) ；b、拉制前利用電磁感應(yīng)線圈(2)對該導(dǎo)熱片進(jìn)行加熱進(jìn)而預(yù)熱原料棒(5) ；C、在原料棒(5)的上端熔融前摘掉導(dǎo)熱片(3)，待其熔融后再將籽晶⑴從電磁感應(yīng)線圈⑵的芯孔O01)中向下插入熔體(6) ；d、向上提升籽晶(1)從而牽引熔體(6)拉伸并通過電磁感應(yīng)線圈(2)的芯孔001)。
2.如權(quán)利要求1所述的硅芯拉制工藝，其特征是該導(dǎo)熱片(3)由石墨制成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的硅芯拉制工藝，其特征是該導(dǎo)熱片(3)放置并貼附于原料棒(5)的上端面上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的硅芯拉制工藝，其特征是該導(dǎo)熱片(3)通過由高熔點材料制成的牽絲(4)與牽引機構(gòu)相連。
5.硅芯拉制過程中的原料棒預(yù)熱方法，其特征是首先在原料棒(5)的端部安置由熔點大于硅的導(dǎo)體材料所制成的導(dǎo)熱片(3)，然后利用電磁感應(yīng)線圈(2)對該導(dǎo)熱片(3)進(jìn)行加熱進(jìn)而預(yù)熱原料棒(5)，在原料棒(5)的端部熔融前摘掉該導(dǎo)熱片(3)。
6.如權(quán)利要求5所述的預(yù)熱方法，其特征是該導(dǎo)熱片(3)由石墨制成。
7.如權(quán)利要求5或6所述的預(yù)熱方法，其特征是該導(dǎo)熱片(3)放置并貼附于原料棒 (5)的端面上。
8.如權(quán)利要求5或6所述的預(yù)熱方法，其特征是該導(dǎo)熱片(3)通過由高熔點材料制成的牽絲(4)與牽引機構(gòu)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠?qū)崿F(xiàn)原料棒方便、快速的預(yù)熱，同時又不引入影響硅芯質(zhì)量的雜質(zhì)的硅芯拉制工藝。該工藝具體包括如下步驟a、裝爐時在原料棒的上端安置由熔點大于硅的導(dǎo)體材料所制成的導(dǎo)熱片；b、拉制前利用電磁感應(yīng)線圈對該導(dǎo)熱片進(jìn)行加熱進(jìn)而預(yù)熱原料棒；c、在原料棒的上端熔融前摘掉導(dǎo)熱片，待其熔融后再將籽晶從電磁感應(yīng)線圈的芯孔中向下插入熔體；d、向上提升籽晶從而牽引熔體拉伸并通過電磁感應(yīng)線圈的芯孔。本發(fā)明的有益效果是可以大大縮短硅芯拉制時間，提高效率，且導(dǎo)熱片可重復(fù)使用，節(jié)省成本，此外原料棒表面熔化均勻，硅芯拉制成功率大大提高。本發(fā)明同時提供了硅芯拉制過程中的原料棒預(yù)熱方法。
文檔編號C01B33/021GK102351187SQ20111018361
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者葉建林, 唐前正, 孫波, 張新, 熊銳, 謝華, 黃松云 申請人:樂山樂電天威硅業(yè)科技有限責(zé)任公司