專利名稱：一種直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型系坩堝法生長晶體爐子裝置的改進機構(gòu)，更具體地說是直拉 硅單晶棒生長爐子中熱系統(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 動升降部分、爐底板、下爐筒、中爐筒和爐蓋，爐蓋上方設(shè)置可容納生長出 晶體的副室，副室上方是晶體提拉和旋轉(zhuǎn)機構(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，通過溫度和各 種控制，使硅熔體定向在籽晶下結(jié)晶并不斷長大，達到晶體生長的目的。
熱系統(tǒng)是晶體生長爐中核心部件，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，其三是提供保溫及形成晶體生長所需的各部位、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、有強度，通常采用高純石墨、碳碳纖維或表面進行過氣 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、下爐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。
在一爐硅單晶生長結(jié)束后需將晶體升至副室內(nèi)，用機械方式提起副室， 并向左旋出后取出晶體。
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行工藝清洗工作，尤 其是清潔下爐筒底部的碎屑雜質(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)、再將多晶原料裝進石英坩堝后合上爐筒、爐蓋、副室并抽空進行 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。
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洗加熱器外表的氧 化物，定期拆下加熱器進行大清理，對下爐筒各部位和排氣口進行工藝清潔 工作，對取出的上、中保溫罩及保溫蓋也需進行工藝清潔工作。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，達到熱場均勻性目的。
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-停爐
隨著技術(shù)進步和性能優(yōu)良的保溫材料廣泛應(yīng)用，熱系統(tǒng)的保溫性能越來 越好，晶體生長的功率大幅下降，但同時爐子冷卻需要時間也越來越長(硅 熔液結(jié)晶溫度是1420度，加熱器溫度不小于1500度，化料時溫度應(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)， 放氣至大氣壓打開爐子(目前停爐5-6小時，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 不少時間， 一般情況下，打開爐子等待一段時間后，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)，待冷卻一段時間后再進行工藝清 洗，然后進行安裝熱場，將中保溫罩安裝在下保溫罩上，升起中爐筒轉(zhuǎn)入到 下爐體上方并下降到下爐體法蘭，此時還要調(diào)正保溫罩方位，將保溫罩測溫
孔對準爐子上測溫儀位置，以上這些工作費時、費力，安裝要求高，要在很 高的溫度中操作調(diào)試，工作條件差，對人體損害大，而且還會影響安裝裝配 質(zhì)量，影響下一爐的產(chǎn)品質(zhì)量。
經(jīng)調(diào)査和檢索，國內(nèi)外此類設(shè)備的結(jié)構(gòu)和更換、清理的方法、過程概莫 能外。
生產(chǎn)實踐需要一種改良裝置，能方便簡潔地拆卸爐筒內(nèi)熱系統(tǒng)和對各部 位的清理活動，減少拆卸過程中由于對爐筒內(nèi)部熱系統(tǒng)部件冷卻所需等待的 時間，節(jié)約能耗，提高工作效率。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的擬提供一種直拉晶體生長爐的快速拆裝裝置，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。 本實用新型的目的是如此來實現(xiàn)的。
一種直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)，包括下爐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，托盤界于下爐筒內(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。
所述托盤的外圈下部，與托板支托接觸段有一圈托板定位臺階。
所述托板為四塊。
所述托板為不銹鋼材料。
所述托盤的內(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。
所述托盤選用碳纖維復合材料。碳纖維復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。通過中爐筒下端四個托板在中爐筒升起時也將擱置在托 板上的托盤，連同托盤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 屏等同時升起。位于中間的加熱器暴露在外，周圍已沒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 中進行比較規(guī)范、從容的清理工作。在做工藝清洗工作時，中爐筒內(nèi)部的中 保溫層無需拿出，可直接在爐筒內(nèi)進行清潔工作，大大提高了效事率。而清 理工作結(jié)束后，在重新安裝時，也只須將中爐筒下降到位時，圓環(huán)托盤內(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
所有裝配精確無誤，保證了熱系統(tǒng)的同心度，托板繼續(xù)下沉脫離了托盤，中 爐筒以及固定其上的托板與內(nèi)部由托盤支撐的中保溫層完全分離，保證了雙 方的獨立性和內(nèi)部的穩(wěn)定性，并且由于托盤與金屬托板脫離而完全阻斷了相 互之間的熱傳導，起到了很好的保溫效果，整個安裝工作完畢。
托盤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程 始終處于精確的相對位置控制中。
本實用新型的主要優(yōu)點和有益效果是，l.在爐子拆時，通過中爐筒升起 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.在裝爐時中爐筒下降到位時托板脫離托盤，通過雙重定位保 溫罩準確安裝到位，使熱系統(tǒng)沒有一點間隙達到保溫好的效果。3.采用既有 強度又有低的導熱率碳纖維復合材料制作托盤達到了保溫和托起保溫系統(tǒng)的 作用。4.本實用新型提高了生產(chǎn)效率和裝爐質(zhì)量，降低了勞動強度，增加了 石墨器件和保溫材料的使用壽命。5.經(jīng)實際制作后測試，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，而原來就需要兩個人 來完成。由于大大縮短了爐子冷卻和拆裝的時間，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，按 一個中型企業(yè)擁有50余臺該直拉晶體生長爐在采用本技術(shù)方案后， 一個月就能多生產(chǎn)3500公斤，產(chǎn)值壇加1050萬，按百分之十的利潤率計算，每月壇 加利潤達105萬，另外采用梯度保溫材料與石墨材料相比每爐每小時節(jié)電10 度，以每爐加熱35小時計算，每一臺每爐節(jié)電350度電，每月每臺節(jié)電5250 度電，按50臺爐子計算每月節(jié)電26.25萬度電，價值達16多萬元，創(chuàng)造了 極高的經(jīng)濟價值。綜上所述，本實用新型改變了國內(nèi)外現(xiàn)有傳統(tǒng)的技術(shù)方案， 填補在該領(lǐng)域、該技術(shù)方面的國內(nèi)外空白，具有很顯著的經(jīng)濟效益和突出的 技術(shù)先進性。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)直拉晶體生長爐的配置圖2是從直拉晶體生長爐中將晶體升至副室后提起副室的狀態(tài)圖； 圖3是從直拉晶體生長爐的爐蓋部件圖； 圖4是從直拉晶體生長爐的中爐筒部件圖； 圖5是從直拉晶體生長爐中將中爐筒提起后的狀態(tài)圖； 圖6是從直拉晶體生長爐中將中爐筒內(nèi)的保溫層去除后的狀態(tài)圖； 圖7是本實用新型直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)局部放大圖； 圖8是本實用新型直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)與加熱爐的整體配置圖； 圖9是本實用新型直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)在提起中爐筒的同時一并 提起爐筒中保溫層的狀態(tài)圖io是本實用新型直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)的配置圖。
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測溫孔，8石墨坩堝，9加熱器，IO中爐筒，ll托盤，12托板，13 下保溫層，14下爐筒，15是反射板，16是下爐筒底部保溫層，17坩堝連桿， 18保溫蓋，19上保溫層，20石英坩堝，G是晶體。
具體實施方式
，
以下結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步說明。
一種直拉晶體生長加熱爐的拆裝裝置，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11，托盤11界于下爐筒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IO內(nèi)壁固定連接，其橫板支托圓環(huán)狀托盤ll。托盤 11的外圈下部，與托板12支托接觸段有一圈托板12定位的臺階。托板12為 四塊。托盤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ll選用碳纖 維復合材料。
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。通過中爐筒10下端三個托板12在中爐筒 10升起時也將擱置在托板12上方的托盤11，連同托盤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 溫層也能同時升起。位于中間的加熱器9暴露在外，周圍已沒有任何保溫材 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)境中進行比較規(guī)范、從容的清理工作。在做工藝清洗工作時，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需拿出，工藝操作簡化。 而清理工作結(jié)束后，在重新安裝時也只須將中爐筒10下降到位時，圓環(huán)托盤 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11，中爐筒10以及固定其上的托板12與內(nèi)部由托盤11支撐的中保溫 層6完全分離，保證了雙方的獨立性和內(nèi)部的穩(wěn)定性，整個安裝工作完畢。 托盤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 程始終處于精確的相對位置控制中。
權(quán)利要求1.一種直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)，包括下爐筒(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(11)，托盤(11)界于下爐筒(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所述直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)，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(ll)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)，其特征在于所 述托板(12)為四塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)，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所述直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)，其特征在于所述托 盤(ll)的外圈下部，與托板(12)支托接觸段有一圈托板(12)定位臺階。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)，其特征在于所述托 盤(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l所述直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)，其特征在于所述托 盤(ll)選用碳纖維復合材料。
專利摘要本實用新型涉及直拉硅單晶棒生長爐子中熱系統(tǒng)安裝和拆除的一種快速拆裝裝置。一種直拉晶體生長爐的拆裝機構(gòu)，包括下爐筒(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(11)，托盤(11)界于下爐筒(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。本實用新型提供了一種直拉晶體生長爐內(nèi)熱系統(tǒng)快速拆裝的裝置和方法，改變了國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)方案，提高了單晶爐生產(chǎn)效率和降低了操作者的工作強度，具有顯著的經(jīng)濟效益和技術(shù)先進性。
文檔編號C30B15/00GK201195762SQ20082005757
公開日2009年2月18日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者施承啟, 胡如權(quán) 申請人:上海卡姆丹克太陽能科技有限公司