一种具有防爆泄压结构的准单晶硅铸锭炉的制作方法

本发明涉及晶体硅技术领域，具体涉及一种具有防爆泄压结构的准单晶硅铸锭炉。

背景技术：

半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，硅、锗、砷化镓和硫化镉都是半导体材料，半导体材料的电阻率随着温度升高和辐射强度的增大而减小，在半导体中加入微量的杂质，对其导电性有决定性影响，这是半导体材料的重要特性，硅是最常见应用最广的半导体材料，当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成晶核，其晶核长成晶面取向相同的晶粒，形成单晶硅。

铸锭炉主要用于太阳能级单晶硅锭的生产,现有的铸锭炉在生产加工单晶硅时，由与温度和压力值超标容易导致铸锭炉爆炸，排出液态物体导致事故发生的问题，同时，铸锭炉冷却水进水温度21℃-24℃，这些冷却水将铸锭炉中的热量通过热交换后，水温升高，出水温度一般在28℃-32℃，这些水温按照正常设计，直接排出，或者是通过换热器换热排出，这样不仅浪费水源，更浪费热量。鉴于以上缺陷，实有必要设计一种具有防爆泄压结构的准单晶硅铸锭炉。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有防爆泄压结构的准单晶硅铸锭炉，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有防爆泄压结构的准单晶硅铸锭炉，包括顶板、炉体、进料口、减震机构、冷却机构、单片机控制器、第一支撑柱、压力表、承接壁、卡箍、测温点和余热回收机构，顶板的底端右侧焊接有第一支撑柱，且第一支撑柱的外壁包裹有卡箍，卡箍的左侧外壁衔接有承接壁，且承接壁的左侧外壁固定有炉体，炉体的顶端外壁中部开设有进料口，且炉体的底端设置有测温点，第一支撑柱的底端外壁安置有减震机构，顶板的顶端中部设置有单片机控制器，且单片机控制器的右侧外壁安装有冷却机构，压力表位于炉体的顶端外壁右侧，所述炉体设置有进水口和出水口，所述出水口连接有过滤箱，所述过滤箱内设置有过滤网，所述过滤箱的出口末端设置有喷头，所述过滤箱连接有余热回收机构，所述余热回收机构的顶端设置有蒸汽出口，所述余热回收机构内设置有成矩阵型排列的冷水管，所述每根冷水管的外侧面均设置有鳞片，所述余热回收机构的底部设置有出水管，所述出水管连接有泵，所述泵与进水口连接。

优选的，所述炉体内上方设置有带导气筒的上保温板和隔热笼，炉体中间设有石英坩埚，石英坩埚外侧设有石墨坩埚，石墨坩埚和四周设有加热器，石墨坩埚的下方设有热交换台。

优选的，所述炉体内下方设置有第二支撑柱支撑的底保温板，第二支撑柱同时支撑热交换台，第二支撑柱为凸台结构，第二支撑柱的凸台上套设一定厚度的垫块，垫块支撑底保温板。

优选的，所述垫块的厚度为0～20mm，所述垫块的材质为石墨硬毡。

优选的，所述热交换台底部边缘四周设置有一定厚度的隔热板，所述隔热板的厚度为10～30mm。

优选的，所述减震机构包括底座、套设柱、弹簧与支撑杆，且底座的内壁顶端设置有套设柱，套设柱的底端外壁衔接有弹簧，且弹簧的底端外壁安置有支撑杆，弹簧的底端外壁与支撑杆的内壁底端之间为焊接一体化结构，且套设柱通过弹簧与支撑杆构成弹性结构。

优选的，所述冷却机构包括出气管道、抵接板、吸附块、储冰室、螺纹盖、风机与出风管道，且出气管道的内壁底端设置有抵接板，出气管道的内壁中部安置有吸附块，且出气管道的端部衔接有储冰室。

优选的，所述储冰室的顶端左侧安装有螺纹盖，且储冰室的右侧外壁粘接有出风管道，出风管道的中部固定有风机，吸附块紧密贴合于出气管道的内壁中部，且出气管道、储冰室和出风管道之间为连通。

与现有技术相比，本发明一种具有防爆泄压结构的准单晶硅铸锭炉，通过套设柱、弹簧与支撑杆的设置，可以在机器进行晃动时达到缓震的效果，弹簧具有良好的减震、抗震功能，提高了铸锭炉的稳定性与安全性，延长了铸锭炉的使用寿命，通过炉体外壁多个测温点的设置，从而使得炉体在加工时更加稳定，保证了炉体的安全；本发明通过打开螺纹盖可以将冰块放置于储冰室内，接着通过风机的配合，从而在压力值报表时使得排出的气体在出气管道的设置下传输至储冰室内，利用吸附块气体中的有害物质进行处理和吸附，接着通过储冰室内部冰块上的冷气对气体进行降温，从而有效的完成对排出气体的处理，避免因铸锭炉温度和压力值超标容易导致爆炸，使得铸锭炉排出液态物体导致事故发生；本发明通过进水口和出水口的设置，可以起到了冷却的效果，防止炉体在加热的过程中造成热裂，冷却水通过出水口排出通过过滤进入余热回收机构，余热回收机构内设置有冷水管，冷水管的外侧面设置有鳞片，增大了与冷却水的接触面积，可以更好的降低冷却水的温度，其中在余热回收机构内产生的蒸汽，通过蒸汽出口排出供其它设备使用，降温后的冷却水通过泵又送往炉体，这样不仅将余热回收利用，还形成了水循环，节约资源；本发明通过在第二支撑柱上套设一定厚度的垫块，可提升底保温板的高度，降低底保温板和热交换台的距离，使得在长晶过程中抑制了坩埚边缘区域长晶速度，长晶界面会偏凸，有效避免边缘长晶的优先生长，有利于中间区域往四周生长，增大单晶面积比例。此外，底保温板和热交换台的距离减少，使得长晶过程中随着隔热笼慢慢打开坩埚边缘区域散热减小，不仅进一步抑制了坩埚边缘区域的长晶速度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明一种具有防爆泄压结构的准单晶硅铸锭炉的结构示意图；

图2为本发明一种具有防爆泄压结构的准单晶硅铸锭炉中的炉体内部结构示意图；

图3为本发明一种具有防爆泄压结构的准单晶硅铸锭炉中的减震机构结构示意图；

图4为图1中的a处结构示意图。

附图中：

1、顶板；2、炉体；3、进料口；4、减震机构；5、冷却机构；6、单片机控制器；7、第一支撑柱；8、压力表；9、承接壁；10、卡箍；11、测温点；12、隔热笼；13、加热器；14、石英坩埚；15、石墨坩埚；16、热交换台；17、第二支撑柱；18、垫块；19、上保温板；20、隔热板；21、侧部隔热板；22、底保温板；23、底座；24、套设柱；25、弹簧；26、支撑杆；27、出气管道；28、抵接板；29、吸附块；30、储冰室；31、螺纹盖；32、风机；33、出风管道；34、余热回收机构；35、进水口；36、出水口；37、过滤箱；38、；39、喷头；40、蒸汽出口；41、冷水管；42、鳞片；43、出水管；44、泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4所示，本发明提供一种技术方案：一种具有防爆泄压结构的准单晶硅铸锭炉，包括顶板1、炉体2、进料口3、减震机构4、冷却机构5、单片机控制器6、第一支撑柱7、压力表8、承接壁9、卡箍10、测温点11和余热回收机构34，顶板1的底端右侧焊接有第一支撑柱7，且第一支撑柱7的外壁包裹有卡箍10，卡箍10的左侧外壁衔接有承接壁9，且承接壁9的左侧外壁固定有炉体2，炉体2的顶端外壁中部开设有进料口3，且炉体2的底端设置有测温点11，第一支撑柱7的底端外壁安置有减震机构4，顶板1的顶端中部设置有单片机控制器6，且单片机控制器6的右侧外壁安装有冷却机构5，压力表8位于炉体2的顶端外壁右侧，所述炉体2设置有进水口35和出水口36，所述出水口36连接有过滤箱37，所述过滤箱37内设置有过滤网38，所述过滤箱37的出口末端设置有喷头39，所述过滤箱37连接有余热回收机构34，所述余热回收机构34的顶端设置有蒸汽出口40，所述余热回收机构34内设置有成矩阵型排列的冷水管41，所述每根冷水管41的外侧面均设置有鳞片42，所述余热回收机构34的底部设置有出水管43，所述出水管43连接有泵44，所述泵44与进水口35连接。

在本实施例中，所述炉体2内上方设置有带导气筒的上保温板19和隔热笼12，炉体中间设有石英坩埚14，石英坩埚14外侧设有石墨坩埚15，石墨坩埚15和四周设有加热器13，石墨坩埚15的下方设有热交换台16，炉体2内下方设置有第二支撑柱17支撑的底保温板22，第二支撑柱17同时支撑热交换台16，第二支撑柱17为凸台结构，第二支撑柱17的凸台上套设5mm的石墨硬毡材质的垫块18，垫块18支撑底保温板22。通过在第二支撑柱17上套设垫块18，可提升底保温板22的高度，随着底保温板22的上移，隔热笼12的限位也需上移，才能与底保温板22闭合。底保温板22和隔热笼12的上移，使得在硅料熔化阶段，加热空间少，热量损耗变小，成本降低。在长晶阶段，隔热笼12向上提升，底保温板22打开，隔热笼12和底保温板22的间隙慢慢变大。底保温板22整体上移改变了热辐射角，减少坩埚边缘区域散热效果，使得长晶过程中底部的四周温度比中间温度散热更慢，长晶界面会偏凸，有效避免边缘长晶的优先生长，有利于中间区域往四周生长，增大单晶面积比例。

在另一实施例中，第二支撑柱17的凸台上套设10mm的石墨硬毡材质的垫块18，垫块18支撑底保温板22，热交换台16底部边缘四周设置石墨硬毡材质的隔热板20，隔热板20采用螺栓螺杆结构，与热交换台16连接在一起，隔热板的厚度为10～30mm。

进一步地，隔热板的厚度可为10～15，15～25mm或25～30mm。

在本实施例中，底保温板22的上移，使得在硅料熔化阶段，加热空间少，热量损耗变小，成本降低。在长晶阶段，底保温板22整体上移改变了热辐射角，减少坩埚边缘区域散热效果，此外，在热交换台16底部边缘四周设置隔热板20，使得石英坩埚边角区域更加保温，散热慢，都进一步抑制了坩埚边缘区域晶粒生长速度，获得比较较凸的固液界面，进一步提高单晶硅的质量。

在另一实施例中，第二支撑柱17的凸台上套设10mm的石墨硬毡材质的垫块18，垫块18支撑底保温板22，在隔热笼12的侧面底端四周贴合有侧部隔热板21，侧部隔热板21采用石墨硬毡材质，隔热笼12与所述侧部隔热板21采用卡口卡接贴合在一起，侧部隔热板21的厚度为50～70mm，侧部隔热板21的高度不超过热交换台16到底保温板22之间的距离。

进一步地，侧部隔热板21的厚度为50～55mm、55～60mm、60～65mm或65～70mm。

进一步地，该实施例中可与热交换台16底部边缘四周设置隔热板20的技术方案相结合。其中，侧部隔热板21的高度与热交换台16底部边缘四周设置的隔热板20的下表面齐平。

在本实施例中，底保温板22上移，使得在硅料熔化阶段，加热空间少，热量损耗变小，成本降低。在长晶阶段，底保温板22整体上移改变了热辐射角，减少坩埚边缘区域散热效果。在隔热笼12侧面底端四周贴合有侧部隔热板21也可增加石英坩埚边角区域的保温效果，抑制坩埚壁附近晶粒的优先生长，获得比较凸的固液界面，有效避免边缘长晶的优先生长，有利于中间区域往四周生长，增大单晶面积比例。

在本实施例中，所述减震机构4包括底座23、套设柱24、弹簧25与支撑杆26，且底座23的内壁顶端设置有套设柱24，套设柱24的底端外壁衔接有弹簧25，且弹簧25的底端外壁安置有支撑杆26，弹簧25的底端外壁与支撑杆26的内壁底端之间为焊接一体化结构，且套设柱24通过弹簧25与支撑杆26构成弹性结构，在该铸锭炉对单晶硅进行加工生产时，容易因机器晃动导致压力表8结构不稳定出现损坏，通过套设柱24、弹簧25与支撑杆26的设置，可以在机器进行晃动时达到缓震的效果，弹簧25具有良好的减震、抗震功能，提高了铸锭炉的稳定性与安全性，延长了铸锭炉的使用寿命。

在本实施例中，所述冷却机构5包括出气管道27、抵接板28、吸附块29、储冰室30、螺纹盖31、风机32与出风管道33，且出气管道27的内壁底端设置有抵接板28，出气管道27的内壁中部安置有吸附块29，且出气管道27的端部衔接有储冰室30，储冰室30的顶端左侧安装有螺纹盖31，且储冰室30的右侧外壁粘接有出风管道33，出风管道33的中部固定有风机32，吸附块29紧密贴合于出气管道27的内壁中部，且出气管道27、储冰室30和出风管道33之间为连通，通过打开螺纹盖31可以将冰块放置于储冰室30内，接着通过风机32的配合，从而在压力值报表时使得排出的气体在出气管道27的设置下传输至储冰室30内，利用吸附块29气体中的有害物质进行处理和吸附，接着通过储冰室30内部冰块上的冷气对气体进行降温，从而有效的完成对排出气体的处理，避免因铸锭炉温度和压力值超标容易导致爆炸，使得铸锭炉排出液态物体导致事故发生，测温点11关于炉体2的底端中心位置呈对称分布，且顶板1、第一支撑柱7、承接壁9和炉体2之间为焊接一体化结构，通过炉体2外壁多个测温点11的设置，从而使得炉体2在加工时更加稳定，保证了炉体2的安全。

本发明的工作原理：首先通过进料口3的设置，可以将加工所用的材料放置于炉体2内部，顶板1、第一支撑柱7和底座23之间固定，炉体2通过承接壁9和卡箍10的设置，从而与第一支撑柱7之间固定，弹簧25具有良好的减震、抗震功能，通过套设柱24、弹簧25与支撑杆26的设置，可以在机器进行晃动时达到缓震的效果，提高了铸锭炉的稳定性与安全性，炉体2加工过程中，通过底端设置的测温点11可以对内部温度及时检测，并且利用压力表8对炉体2内部的压力进行监测，当压力值超标时，出气管道27底端的抵接板28会爆破，接着炉体2内部的气体通过出气管道27进入储冰室30内部，吸附块29的设置，可以有效的防止气体中的有害物质排出，利用打开螺纹盖31可以将冰块放置于储冰室30内，利用冰块上的冷气对气体进行降温，接着通过风机32、出风管道33和单片机控制器6的设置，使得气体排出，避免因铸锭炉温度和压力值超标容易导致爆炸，使得铸锭炉排出液态物体导致事故发生。

当炉体需要冷却时，冷却水从炉体的进水口进入，通过出水口流出，起到了冷却的效果，防止炉体在加热的过程中造成热裂，冷却水通过出水口排出后进入过滤箱，将冷却水的杂质去除，防止堵塞喷头，过滤后通过喷头，进入余热回收机构，采用喷头可以更大面积的和余热回收机构内的冷水管接触，冷水管的外侧面设置有鳞片，增大了与冷却水的接触面积，可以更好的降低冷却水的温度，其中在余热回收机构内产生的蒸汽，通过蒸汽出口排出供其它设备使用，降温后的冷却水通过泵又送往铸锭炉，这样不仅将余热回收利用，还形成了水循环，节约资源，总之本发明具有设计简单、冷却效果好、节省能源的优点。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。