硅芯炉自动加热升温装置和硅芯炉的制作方法

本实用新型涉及多晶硅加工领域，尤其涉及硅芯炉自动加热升温装置和硅芯炉。

背景技术：

随着世界能源危机的日益严重，绿色能源、能源多元化、可再生能源的利用成了我国可持续发展的战略选择，其中太阳能光伏发电成了当前电力科技者研发的热门课题之一。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料，多晶硅纯度越高，电子性能越好，相应光电转换率提高。同时，由于能源危机和低碳经济的呼吁，全球正在积极开发利用可再生能源。太阳能由于其清洁、安全、资源丰富，在可再生能源中最引人关注。利用太阳能的一种方法是通过光电效应将太阳能转化为电能。硅太阳能电池是最普遍采用的基于光电压效应的装置。此外，由于半导体工业和太阳能电池的发展，对高纯度多晶硅的需求正不断增加。

多晶硅生长主流工艺为改良西门子法，改良西门子法生长多晶硅必须用到高纯硅芯作为载体进行化学气相沉积；目前硅芯炉预热-加热-化料等环节都需要人工时刻观察，费时费工，加热状态又不能实时得到反馈。

因此，针对上述问题，提供一种硅芯炉自动加热升温装置和硅芯炉，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硅芯炉自动加热升温装置和硅芯炉，解决现有技术对硅芯炉预热-加热-化料等需要人工时刻观察的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型的第一方面，提供硅芯炉自动加热升温装置，包括：

位于硅芯炉内部硅芯料；

加热线圈，设置于硅芯料上方；

加热片，设置于加热线圈和硅芯料顶部之间；第一驱动电机，与所述加热片连接；

下轴，与所述硅芯料底部固定连接；第二驱动电机，与所述下轴连接；

温度监测装置，用于监测硅芯炉内部温度；以及

控制单元，与所述温度监测装置、所述第一驱动电机和所述第二驱动电机连接，用于根据接收到的所述硅芯炉内部温度控制第一驱动电机和第二驱动电机，从而控制所述加热片和下轴。

进一步地，所述第一驱动电机为拨叉电机，所述拨叉电机设置于硅芯炉外部；所述拨叉电机的输出轴连接拨叉体，所述拨叉体与加热片固定连接，所述拨叉体穿过硅芯炉的拨叉口。

进一步地，所述下轴包括：

轴体，所述轴体包括一体成型的内轴和外轴，所述内轴位于硅芯炉内部，所述外轴位于硅芯炉外部；

料座，与所述内轴顶部固定连接；所述硅芯料设置于料座上。

进一步地，所述第二驱动电机为伺服电机，所述伺服电机设置于硅芯炉外部；所述伺服电机与外轴连接。

进一步地，所述控制单元接收到的温度监测装置发送的所述硅芯炉内部温度超过第一温度时，控制第一驱动电机驱动所述加热片远离加热线圈。

进一步地，所述控制单元接收到的温度监测装置发送的所述硅芯炉内部温度超过第二温度时，控制第二驱动电机驱动所述下轴进行旋转。

进一步地，所述第二温度高于第一温度。

进一步地，所述旋转为沿同一方向的匀速旋转。

进一步地，所述硅芯炉炉体上设置有预热视镜，所述温度监测设置于所述预热视镜外。

本实用新型的第二方面，提供一种硅芯炉，包括所述的硅芯炉自动加热升温装置。

本实用新型的有益效果是：

(1)在本实用新型的一实例性实施例中，主要用于多晶硅生长，具体涉及预热和加热步骤，无需人工时刻观察，并且加热状态可以得到反馈。其中，当硅芯料安装在下轴后，加热片放置于硅芯料的顶部，此时加热线圈开始加热，加热片对硅芯料进行预热；加热开始后，温度监测装置对硅芯炉内部温度一直进行监测，从而可以判断预热效果。而当预热完成后，在控制单元的控制下，加热片通过第一驱动电机驱动退出硅芯料的位置，进入加热步骤，此时加热线圈直接对硅芯料进行加热。当硅芯料出现熔区时，在控制单元的控制下，第二驱动电机驱动下轴进行转动，从而使得硅芯料在硅芯炉中转动，硅芯料逐渐形成熔区准备进入之后的加工步骤。

(2)在本实用新型的又一实例性实施例中，第一驱动电机即拨叉电机设置于硅芯炉外部，仅拨叉电机的输出轴连接的拨叉体位于硅芯炉内部，而拨叉体属于可更换部件，提高了整个器械的使用寿命。

(3)在本实用新型的又一实例性实施例中，通过在轴体上额外设置料座，方便硅芯料在硅芯炉中的固定。

(4)在本实用新型的又一实例性实施例中，与第一驱动电机类似的，第二驱动电机即伺服电机设置于硅芯炉外部，通过与下轴的外轴连接实现，提高了整个器械的使用寿命。

(5)在本实用新型的又一实例性实施例中，第一温度为预热步骤的阈值温度，当检测超过预热步骤的阈值温度后，控制加热片退出硅芯料，即远离加热线圈。

(6)在本实用新型的又一实例性实施例中，第二温度即为加热步骤的判断温度，当检测超过加热步骤的判断温度后，此时硅芯料会逐渐进行熔化，因此为了使得均匀融化，从而控制下轴进行旋转。

(7)在本实用新型的又一实例性实施例中，由于硅芯炉内加热温度较高，因此为了避免温度监测设备损坏，将其设置于硅芯炉外部，同时透过预热视镜实现。并且，预热视镜还可用于工作人员观察硅芯炉内部情况。

附图说明

图1为本实用新型一示例性实施例公开的硅芯炉自动加热升温装置的结构示意图；

图中，1-硅芯炉，2-硅芯料，3-加热线圈，4-加热片，5-第一驱动电机，6-下轴，7-第二驱动电机，8-温度监测装置，9-控制单元，10-拨叉体，11-内轴，12-外轴，13-料座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参见图1，图1示出了本实用新型的一示例性实施例提供的硅芯炉自动加热升温装置，包括：

位于硅芯炉1内部硅芯料2；

加热线圈3，设置于硅芯料2上方；

加热片4，设置于加热线圈3和硅芯料2顶部之间；第一驱动电机5，与所述加热片4连接；

下轴6，与所述硅芯料2底部固定连接；第二驱动电机7，与所述下轴6连接；

温度监测装置8，用于监测硅芯炉1内部温度；以及

控制单元9，与所述温度监测装置8、所述第一驱动电机5和所述第二驱动电机7连接，用于根据接收到的所述硅芯炉1内部温度控制第一驱动电机5和第二驱动电机7，从而控制所述加热片4和下轴6。

具体地，对于多晶硅生长，具体包括预热、加热和化料的步骤。其中，加热线圈3和加热片4在多晶硅生长主要在预热步骤起作用，具体地：

当硅芯料2安装在下轴后，加热片4放置于硅芯料2的顶部，此时加热线圈3开始加热，加热片4对硅芯料进行预热；加热开始后，温度监测装置8对硅芯炉1内部温度一直进行监测，从而可以判断预热效果。

而当预热完成后(根据温度监测装置8的温度判断)，在控制单元9的控制下，加热片4通过第一驱动电机5驱动退出硅芯料2的位置，进入加热步骤，此时加热线圈3直接对硅芯料2进行加热。当硅芯料2出现熔区时(根据温度监测装置8的温度判断)，在控制单元9的控制下，第二驱动电机7驱动下轴6进行转动，从而使得硅芯料2在硅芯炉1中转动，硅芯料2逐渐形成熔区准备进入拉制步骤。

其中，控制单元9可以采用plc控制器实现。

更优地，在一示例性实施例中，如图1所示，所述第一驱动电机5为拨叉电机，所述拨叉电机设置于硅芯炉1外部；所述拨叉电机的输出轴连接拨叉体10，所述拨叉体10与加热片4固定连接，所述拨叉体10穿过硅芯炉1的拨叉口。

具体地，在该示例性实施例中，第一驱动电机5即拨叉电机设置于硅芯炉1外部，仅拨叉电机的输出轴连接的拨叉体10位于硅芯炉1内部，而拨叉体10属于可更换部件，提高了整个器械的使用寿命。

更优地，在一示例性实施例中，如图1所示，所述下轴6包括：

轴体，所述轴体包括一体成型的内轴11和外轴12，所述内轴11位于硅芯炉1内部，所述外轴12位于硅芯炉1外部；

料座13，与所述内轴11顶部固定连接；所述硅芯料2设置于料座13上。

具体地，在本申请中，通过在轴体上额外设置料座13，方便硅芯料2在硅芯炉中的固定。

更优地，在一示例性实施例中，如图1所示，所述第二驱动电机7为伺服电机，所述伺服电机设置于硅芯炉1外部；所述伺服电机与外轴12连接。

具体地，与第一驱动电机5类似的，第二驱动电机7即伺服电机设置于硅芯炉1外部，通过与下轴6的外轴12连接实现，提高了整个器械的使用寿命。

更优地，在一示例性实施例中，所述控制单元9接收到的温度监测装置8发送的所述硅芯炉1内部温度超过第一温度时，控制第一驱动电机5驱动所述加热片4远离加热线圈3。

具体地，该第一温度即为上述示例性实施例中提到的预热步骤的阈值温度，当检测超过预热步骤的阈值温度后，控制加热片4退出硅芯料2，即远离加热线圈3。

更优地，在一示例性实施例中，所述控制单元9接收到的温度监测装置8发送的所述硅芯炉1内部温度超过第二温度时，控制第二驱动电机7驱动所述下轴6进行旋转。

具体地，该第二温度即为上述示例性实施例中提到的加热步骤的判断温度，当检测超过加热步骤的判断温度后，此时硅芯料2会逐渐进行熔化，因此为了使得均匀融化，从而控制下轴6进行旋转。

更优地，在一示例性实施例中，所述第二温度高于第一温度。

由于预热步骤和加热步骤具有先后顺序，因此通常情况下，第二温度高于第一温度。当然在其他示例性实施例中，如果有其他作用，可以提前控制下轴6进行旋转。

更优地，在一示例性实施例中，所述旋转为沿同一方向的匀速旋转。采用该种方式可以使得加热和熔化更加均匀。

更优地，在一示例性实施例中，所述硅芯炉1炉体上设置有预热视镜，所述温度监测设置8于所述预热视镜外。

其中，预热视镜未在图中示出。由于硅芯炉1内加热温度较高，因此为了避免温度监测设备8损坏，将其设置于硅芯炉1外部，同时透过预热视镜实现。并且，预热视镜还可用于工作人员观察硅芯炉1内部情况。

在本实用新型的又一示例性实施例中，提供一种硅芯炉，包括上述任一示例性实施例中所述的硅芯炉自动加热升温装置。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。