一种用于硅芯拉制的吹气装置的制作方法

本实用新型涉及人工晶体领域，具体涉及一种用于硅芯拉制时提高硅芯结晶速度的吹气装置。

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，籽晶带动溶液上升并重新结晶，最终形成所需长度的硅芯。

在籽晶带着融液上升的过程中，当融液离开高频线圈的拉制孔后会逐渐冷却并重新结晶。此时带动籽晶上升的上轴的提升速度较慢，拉制直径为￠8mm的硅芯时，上轴的提升速度为14mm/min，拉制直径为￠10mm的硅芯时，上轴的提升速度为12mm/min，拉制硅芯的直径一般都在￠8～￠10mm之间。所拉制的硅芯直径越大，其后期在还原炉内的生长速度越快，生产效率越高，所以如何提高硅芯的生产效率和增大硅芯的直径就成了本领域的技术诉求之一。

针对上述技术问题，申请人提出过“一种拉制硅芯时提高硅芯结晶速度的装置”的专利申请（专利申请号为201410175547.5、申请日为2014年04月21日、公开号为CN105002556A）。该申请借助于一吹气装置（具体结构详见附图1），有效的提高了硅芯的结晶速度，该申请在本申请中被用作参考。

上述专利申请虽然解决了硅芯结晶速度慢的问题，但在拉制硅芯的过程中由于连续吹气的不稳定性，会导致新拉制的硅芯结晶速度不一致，影响晶体质量。

技术实现要素：

经研究，申请人认为导致新拉制的硅芯结晶速度不一致的主要原因是吹气装置吹向硅芯的气流分布不均匀，从而造成硅芯结晶速度的差异。

本实用新型提供了一种用于硅芯拉制时提高硅芯结晶速度的吹气装置，通过改进吹气装置的结构，使最终吹向硅芯的气体更加均匀和稳定，从而解决了新拉制的硅芯结晶速度均匀性的问题。

本实用新型的原理包括两个方面：一是在硅芯的冷却过程中，沿不同方向对每根硅芯进行吹气，使硅芯的冷却更加均匀化；二是采用多级进气管的方式对进入吹气装置的气体进行多次缓冲再分配，以实现气体分布和流动的均匀化。

为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：

环绕每一根硅芯设置一个吹气嘴，吹气嘴上开设多个吹气孔，使从吹气孔吹出的气体沿多个方向均匀吹向硅芯。

为了稳定气流，可以在吹气嘴的上游设置一个或多个环形进气通道，通过连接管将吹气嘴与环形进气通道相连通，环形进气通道之间通过多个进气孔相互连通，使进入吹气装置的气流在进气通道及吹气环内多次分布，实现吹出气流的均匀化。

在一优选实施例中，所述的进气通道可以为多个平行叠置的环形通道，冷却气体经进气管进入吹气装置之后，经第一进气通道进入第二进气通道，再经连接管进入第三进气通道，最终经吹气孔吹向硅芯。

其中，第一进气通道和第二进气通道均设置在同一吹气环内，第一进气通道设置在该吹气环的上方，第二进气通道设置在该吹气环的下方，第一进气通道和第二进气通道由多个进气孔相互连通。

吹气嘴设置在所述吹气环的下方，第三进气通道位于该吹气嘴内部，通过连接管将第二进气通道与相第三进气通道连通，吹气孔设置在吹气嘴上，均匀环绕在硅芯周围，对准硅芯的结晶区。

为了便于维修，在吹气环环形的开口A与第一进气通道及第二进气通道端部相对应的位置设有排污口，在排污口处设有封堵螺钉。

所述吹气环上还可以设有若干个固定柱，用于安装导心板。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

采用本实用新型的技术方案，解决了现有技术中硅芯冷却不均匀的问题。硅芯的快速均匀冷却可以提高晶体的拉制速度、增加所拉制的硅芯的直径，而硅芯直径的加大，又使其后期在还原炉内的生长速度加快，由此提高了生产效率。

【附图说明】

图1是上述现有技术中的吹气装置；

图2是本实用新型一优选实施例的立体结构示意图；

图3是图2实施例另一方向的示意图；

图4是是图2实施例的俯视结构示意图；

图5是图4结构中A-A剖视结构示意图；

图6是图4结构中B-B剖视结构示意图；

图7是图4结构中C-C剖视结构示意图。

附图2-7中的标号与部件之间的对应关系为：

1、进气管；2、盖板A；3、固定柱；4、吹气环；5、连接管；6、吹气嘴；7、封堵螺钉；8、开口A；9、盖板B；10、开口B；11、吹气孔；12、盖板C；13、第一进气通道；14、第二进气通道；15、进气孔；16、第三进气通道。

【具体实施方式】

如上所述，本实用新型的主要构思是采用多级进气的方式对气体进行缓冲分散，以实现气体的均匀化；同时沿不同方向对每根硅芯进行吹气，使硅芯的冷却更加均匀化。

以下结合一优选实施例对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是“一种拉制硅芯时提高硅芯结晶速度的装置”的专利申请中所公开的吹气装置示意图。该吹气装置包括进气管、吹气环和吹气孔，气流通过吹气环经吹气孔直接吹向硅芯。

附图2-7详细描述了本实用新型吹气装置的一个优选实施例。

如图2所示，本实用新型的吹气装置包括进气管1、吹气环4、连接管5和吹气嘴6。

如图5所示，在所述吹气环4的上方设有第一进气通道13，在吹气环4的下方设有第二进气通道14。所述第一进气通道13与第二进气通道14通过进气孔15相连通。

进气管1设置在吹气环4的外缘面上，所述进气管1的一端连通炉室内部的进气管道，另一端连通第一进气通道13。

在吹气环4的下方设有若干个吹气嘴6，所述吹气嘴6通过连接管5连通第二进气通道14。所述吹气嘴6的数量、位置与高频线圈上设置的拉制孔的数量和位置一致，吹气嘴6上的吹气孔11对准硅芯的结晶区。

如图3所示，所述吹气嘴6为环形开口结构，即设有开口B10。吹气嘴6上设有第三进气通道16，与设置在吹气嘴6内缘面上的吹气孔11相连通。

在吹气环4上也设有开口A8。在该开口处，第一进气通道13及第二进气通道14两端相对应的位置上分别设有排污口，在排污口处设有封堵螺钉7。

如图2所示，所述吹气环4的上面设有若干个固定柱3，该固定柱3可以用于安装导心板（导心板已另行申报专利）。

如图5所示，第一进气通道13为设置在吹气环4的上方、向下凹陷的上凹槽，在该上凹槽的开口端设有盖板A2，上凹槽与盖板A2形成第一进气通道13。第一进气通道13为环形开口（C形）结构，其两端头分别设有排污口。

第二进气通道14为设置在吹气环4的下方、向上凹陷的下凹槽，在该下凹槽的开口端设有盖板B9，下凹槽与盖板B9形成第二进气通道14。第二进气通道14为环形开口（C形）结构，其两端头分别设有排污口。

如图6所示，为了使第二进气通道14与第一进气通道13连通，在下凹槽的底部设有若干个进气孔15。

如图5所示，工作时，气体首先由进气管1进入第一进气通道13，并经由进气孔15进入第二进气通道14。经进气孔15的分散作用，第二进气通道14内气体相对于第一进气通道13内的气体更为均匀。

如图5-7所示，吹气嘴6也设置为C形结构，在吹气嘴6上方设有向下凹陷的凹槽，在所述凹槽的开口端设有盖板C12，两者构成第三进气通道16，第三进气通道16通过连接管5连接第二进气通道14。在吹气嘴6的内缘面上设有若干个吹气孔11，吹气孔11与第三进气通道16相连通，与硅芯的结晶区相对应。

吹气环4内的气体可以选择氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氡气中的任意一种。

该实施例中，用于冷却硅芯的气体，经进气管1进入吹气装置之后，经过第一进气通道13进入第二进气通道14，然后经进气孔15再进入第三进气通道16，最终通过吹气孔11吹向硅芯。吹向硅芯的气体更加均匀、稳定，从而确保了硅芯结晶的均匀化。

以使用硅芯炉拉制硅芯为例，待炉体内的原料棒上端头融化后，通过控制系统将由籽晶夹头带动的籽晶缓缓穿过高频线圈上的拉制孔，并插入到原料棒上端头的融液内，待籽晶的端头与原料棒上端头的融液融为一体后，通过控制系统控制将由籽晶夹头带动的籽晶缓慢提升，当融液离开高频线圈上的拉制孔后逐渐开始结晶并形成所需的硅芯。此时通过控制系统开启进气阀门，氩气通过进气管1进入吹气环4上的第一进气通道13内，然后通过进气孔15分散进入到第二进气通道14。第二进气通道14内的气体通过连接管5进入到第三进气通道16内，再通过吹气孔11将气体吹到硅芯的结晶区，实现对结晶区的快速冷却。

以拉制直径为10mm的硅芯为例，采用本实用新型的吹气装置后，上轴的提升速度“即硅芯的拉制速度”为14mm/min；拉制直径为14mm的硅芯，上轴的提升速度为10mm/min。由此大大提高了晶体的拉制速度。由于硅芯的结晶速度加快，也加大了硅芯的可拉制直径。