一种硅芯拉制装置的制作方法

本实用新型涉及人工晶体领域，具体说是对现有硅芯拉制装置所做的改进。

背景技术：

在现有技术的硅芯拉制过程中，一般使用籽晶进行引晶。待引晶完成后再进行硅芯的拉制。在此过程中，籽晶需要借助籽晶夹头夹持。待高频线圈将原料棒的端头局部融化成液体后，籽晶夹头带动籽晶下降，穿过高频线圈的拉制孔后插入原料棒上端的溶液内。随后通过籽晶夹头带动籽晶上升，由籽晶带动溶液上升并重新结晶，最终形成所需长度的硅芯。

现有技术在拉制硅芯时，通常采用的籽晶夹头是在连接盘的下面固定多个籽晶夹持件，并在连接盘的上方设有挂接机构，挂接机构挂接在机械手上。采用该结构的籽晶夹头，在拉制硅芯时无法对所拉制硅芯的圆柱度进行修正，用于熔融硅棒不同部位会存在温差，故其籽晶夹头拉制出的硅芯会呈现椭圆形或出现“糖葫芦”现象。

以直径为8mm的硅芯为例，其长轴与短轴的差值通常为0.5mm左右，直径为10mm的硅芯其长轴与短轴的差值为1mm左右，而直径为12mm的硅芯其长轴与短轴的差值则高达2mm左右。

针对上述技术问题，申请人提出了一种使籽晶转动的硅芯拉制方法（专利申请号为201410169007.6、申请日为2014年04月18日、公开号为CN103993352A）和一种使籽晶转动的籽晶夹头（专利申请号为201410169006.、申请日为2014年04月18日、公开号为CN103993353A）的两份专利申请。该两份现有技术公开了籽晶夹头旋转技术，成功解决了硅芯呈现椭圆形或“糖葫芦”的现象，该申请在本实用新型中被用作参考。

上述两份专利申请虽然解决了硅芯拉制过程中出现的椭圆度现象，但在拉制硅芯的过程中由于籽晶夹头的不稳定性，仍会导致新拉制的硅芯下端头出现较大的晃动。由于硅芯的下端尚处于熔融状态，硅芯的晃动有可能使硅芯的下端与高频线圈的开孔之间产生打火现象，尤其是在生产大直径硅芯时打火现象更容易发生。而打火现象的产生轻者会导致高频线圈损伤，重者则需要停炉修磨或更换高频线圈。这不仅降低了工作效率，还给安全生产带来了隐患等。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型对现有的硅芯拉制装置进行了改进。本实用新型的硅芯拉制装置中，设置了若干导向孔，导向孔位于高频线圈的上方并与硅芯的位置相对应。固化后的硅芯从该导向孔中穿过，由此限制硅芯下端的上升路径，从而有效避免了硅芯在拉制过程中下端出现晃动的现象。

本实用新型的技术方案如下：

一种硅芯拉制装置，包括挂接机构、连接盘、夹持件和高频线圈，该装置在所述高频线圈的上方还设置若干导向孔，其数量及位置与所拉制的硅芯相对应。

所述的连接盘可以为固定连接盘，也可以为旋转连接盘。

为了有效地对硅芯下端进行导向，所述的导向孔设置在高频线圈上方约5～500mm的位置为宜，在高频线圈上方70mm的位置最佳。所述的导向孔的直径与所拉制硅芯的直径差为0.5～4mm，使硅芯与导向孔之间呈间隙配合。

在本实用新型的一个实施例中，所述的各导向孔被设置在一导心板上，该导心板被固定到炉室的侧壁上或通过支架固定在炉室的上下部，或者固定在位于高频线圈上方的吹气装置上。

在本实用新型的另一个实施例中，所述的各导向孔被独立设置，通过支架将各导向孔固定在炉壁上或吹气装置上。

所述的导心板可以采用金属材料制作，导心板中设有开口、引流槽、连接槽和中部孔，所述开口从中部孔贯通至导心板外缘面，所述引流槽的一侧通过连接槽连接导向孔的一侧；导心板也可以采用非金属材料制作。

为了便于维修和更换部件，所述的导向孔中设置可拆卸的导向套。

所述的旋转连接盘设有旋转机构，该旋转机构的输入端连接动力源，连接盘的下部设有多个夹持件，旋转机构与夹持件相连接使夹持件旋转，所述连接盘的上部连接提拉装置。

所述的旋转机构可以采用齿轮传动机构，即由主动齿轮和从动齿轮构成，也可以由主动摩擦轮和从动摩擦轮构成。

采用上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过在高频线圈的上方设置了供硅芯下端通过的导向孔，在硅芯拉制过程中，通过导向孔来限制硅芯下端的上升路径，从而避免了硅芯在拉制过程中下端出现晃动的现象，有效防止了打火现象的产生。

【附图说明】

图1是本实用新型硅芯拉制装置一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型硅芯拉制装置另一个实施例的结构示意图；

图3是本实用新型中籽晶旋转机构一个实施例的结构示意图；

图4是图3实施例中主动齿轮和从动齿轮在连接盘内的设置结构示意图；

图5是本实用新型所采用的从动摩擦轮和主动摩擦轮在连接盘内的设置结构示意图；

图6是本实用新型所采用导心板的结构示意图；

图7是本实用新型导心板上设置导向套的结构示意图。

图中：1、挂接机构；2、固定连接盘；3、夹持件；4、籽晶；5、导心板；5-1、开口；5-2、引流槽；5-3、连接槽；5-4、导向孔；5-5、中部孔；5-6、导向套；6、硅芯；7、高频线圈；8、原料棒；9、旋转连接盘；9-1、电机；9-2、旋拧孔；9-3、联轴器；9-4、连接架固定孔；9-5、旋转连接盘盖体；9-6、主动力轴；9-7、从动轴；9-8、从动齿轮；9-9、主动齿轮；9-10、旋转连接盘壳体；9-11、从动摩擦轮；9-12、主动摩擦轮。

【具体实施方式】

以下结合附图以实施例的方式对本实用新型做进一步详细说明。

图1是本实用新型采用固定连接盘的硅芯拉制装置的结构示意图；

图2是本实用新型采用旋转连接盘的硅芯拉制装置的结构示意图。

如图1和2所示，本实用新型的硅芯拉制装置包括挂接机构1、固定连接盘2或旋转连接盘9、夹持件3、籽晶4、硅芯6和原料棒8等。除此之外，本实用新型的硅芯拉制装置还增设了若干导向孔5-4，使硅芯的下端从该导向孔中穿过，如图6所示。该导向孔位于高频线圈7的上方，其数量及位置与所拉制的硅芯相对应。

如图1、2和6所示，在本实用新型的优选实施例中，所述的导向孔5-4被开设在一导心板5上。该导心板5位于高频线圈7的上方，其中所开设导向孔的数量及位置与所拉制的硅芯相对应。

导向孔5-4与所拉制硅芯6的直径差为0.5～4mm，即硅芯6与导向孔5-4之间是间隙配合，孔隙如果太小会造成卡滞，如果孔隙太大，则起不到定位效果。需要说明的是，导向孔5-4的直径与所拉制硅芯的直径和高频线圈7上设置的拉制孔的直径大小有关，即导向孔5-4的直径在满足与所拉制硅芯为间隙配合的前提下，导向孔5-4的直径只要小于高频线圈7上设置的拉制孔的直径即可。

导心板5设置在高频线圈上方约5～500mm的位置，如果过低，会影响安装和使用；如果过高，无法起到对硅芯的定位作用。在最佳实施例中，导心板5设置在高频线圈上方约70mm的位置。

导心板5可以固定到炉室的侧壁上或通过支架固定在炉室的上下部，也可以固定在高频线圈上方的吹气装置上，吹气装置系申请人在先申请的专利技术，图中未示出。

在图2所述的实施例中，采用的是旋转连接盘9。

如图3和4所示，连接盘壳体9-10上表面的中部设有向下凹陷的圆形凹槽，在凹槽内设有内螺纹，在内螺纹的下部设有定位台阶，在凹槽底面的中部设有主动力轴9-6的安装孔，在所述主动力轴安装孔的外围设有多个从动轴9-7安装孔，所述从动轴9-7安装孔环绕主动力轴9-6安装孔设置。在凹槽的上部设有连接盘盖体9-5，所述连接盘盖体9-5的外缘面上设有外螺纹，连接盘盖体9-5的中部设有内孔，在所述内孔的外围分别设有用于旋紧连接盘盖体9-5的旋拧孔9-2和连接架固定孔9-4，所述连接架固定孔9-4上设有连接架，所述连接架连接提拉装置。

在连接盘9-10的内部设有旋转机构，所述旋转机构包括主动力轴9-6、从动轴9-7、从动齿轮9-8和主动齿轮9-9，所述主动力轴9-6和从动轴9-7分别设置在主动力轴安装孔和从动轴安装孔内，其中主动力轴9-6的上端穿过连接盘盖体9-5中部的内孔与动力源连接，在主动力轴9-6与连接盘盖体9-5中部的内孔之间设有轴承，其中从动轴9-7的上端为悬空设置或活动设置在连接盘盖体9-5上的定位孔内。

为了进一步提高旋转机构的运行稳定性，在主动力轴安装孔和主动力轴9-6之间设有轴承，在从动轴安装孔和从动轴9-7之间设有轴承，并在主动力轴9-6的外缘面上设有主动齿轮9-9。在从动轴9-7的外缘面上设有从动齿轮9-8，所述主动齿轮9-9的齿面与从动齿轮9-8的齿面啮合。所述主动力轴9-6的上端连接动力源，主动力轴9-6和从动轴9-7的下端分别连接夹持件3，或仅从动轴9-7的下端连接夹持件3。

如图5所示，在本实用新型另一实施例中，用摩擦轮替代了上述实施例中的齿轮。所述旋转机构包括主动力轴9-6、从动轴9-7、从动摩擦轮9-11和主动摩擦轮9-12，所述主动力轴9-6和从动轴9-7分别设置在主动力轴安装孔和从动轴安装孔内，在主动力轴9-6的外缘面上设有主动摩擦轮9-12，在从动轴9-7的外缘面上设有从动摩擦轮9-11，所述从动摩擦轮9-11与主动摩擦轮9-12接触，所述主动力轴9-6的上端连接动力源，主动力轴9-6和从动轴9-7的下端分别连接夹持件3，或仅从动轴9-7的下端连接夹持件3。

在本实用新型的另一实施例中，所述旋转机构为蜗轮蜗杆结构。该结构包括蜗杆（未示出）、从动轴9-7和蜗轮（未示出），所述蜗杆和从动轴9-7分别设置在主动力轴安装孔和从动轴安装孔内，在从动轴9-7的外缘面上设有蜗轮，所述蜗杆与蜗轮啮合，所述蜗杆的上端连接动力源，蜗杆和从动轴9-7的下端分别连接夹持件3，或仅从动轴9-7的下端连接夹持件3。

在上述实施例中，所述旋转机构的输入端连接动力源，在连接盘9-10的下部设有多个夹持件3，所述夹持件的数量和位置分别对应高频线圈上的拉制孔的数量和位置。在旋转机构的驱动下，使每个夹持件3旋转。

所述连接盘9-10的上部连接提拉装置（未示出），形成所述的晶体提拉装置。该技术属于本领域公知技术，在此不予赘述。

所述动力源可以为电机9-1，也可以采用液压马达或气动马达。其中优选电机9-1，而且该电机9-1为耐高温电机。本实用新型在实施过程中，为了更好的保护电机9-1，在电机9-1的外部设有保护罩。所述保护罩的材质为耐高温材料，如聚四氟乙烯材料或不锈钢。同时在电机9-1的电源线的外部设有保护套。所述电机9-1通过联轴器9-3连接主动力轴9-6或蜗杆的上端。

当导心板5的材质选用不锈钢时，由于导心板5离高频线圈7比较近，两者之间也容易产生打火现象。为此，在导心板5中设置了开口5-1、引流槽5-2、连接槽5-3和中部孔5-5，所述开口5-1从中部孔5-5贯通至导心板5外缘面，所述引流槽5-2的一侧通过连接槽5-3连接导向孔5-4的一侧，如图6所示。中部孔5-5的设置可以使高频线圈7附近的气体流通更顺畅。设置这些开口和槽可以有效防止打火现象的发生。

如果采用绝缘材料制作导心板5，则可以不设置开口及槽。

如图7所示，在导心板5的导向孔中可以设置导向套5-6，其作用是实现在不更换导心板5的前提下实现拉制不同直径硅芯的要求，此时只需要更换导向套5-6即可。

以上的实施例中，导向孔5-4被设置在导心板5上。在另一个实施例中，各导向孔5-4独立设置。即为每根硅芯都独立设置一个导向孔5-4，通过支架将导向孔5-4固定在炉壁上或固定在高频线圈上方的吹气装置上。

使用本实用新型的装置拉制硅芯的具体步骤如下：

第一步、首先将导心板5或导向孔5-4固定在高频线圈7与籽晶夹持机构之间，确保导向孔5-4、高频线圈7上的拉制孔和籽晶4同心，并将原料棒8送至高频线圈7的下部；

第二步、对高频线圈7进行通水通电，利用高频线圈7对原料棒8的上端头进行感应加热；

第三步、待原料棒8的上端头靠近高频线圈7下面的部位融化后，籽晶夹持机构带着籽晶4下降，使籽晶4穿过高频线圈7上的拉制孔和导心板5上的导向孔5-4然后插入到原料棒8端头的融液内，当籽晶4的端头与原料棒8端头的融液融为一体后，通过籽晶夹持机构带动籽晶4上升；如果籽晶夹持机构采用了夹持件3旋转结构，则旋转机构带动夹持件3及籽晶4旋转，在籽晶4旋转的同时利用提拉装置将籽晶4拉起。此时原料棒8上部的融液会跟随籽晶4上升，其原料棒8下部的下轴也相应跟随同步缓慢上升。此时跟随籽晶4提起的融液在通过高频线圈7的拉制孔后，由于磁力线的减弱而冷凝形成硅芯，使硅芯的下端始终处于导向孔5-4内。

实施本实用新型所述的硅芯拉制方法，在拉制直径为10～14mm的硅芯6时，硅芯6的椭圆度长轴与短轴的差值可以维持在0.3mm以内。

本实用新型不仅适用于硅芯的拉制，同时还可以适用其它晶体的拉制。