一种多晶硅生产用的硅芯制备装置及方法与流程

1.本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体而言，涉及一种多晶硅生产用的硅芯制备装置及方法。


背景技术：

2.采用改良西门子法生产多晶硅，在化学气相沉积反应器内安装多根细硅芯作为载体，搭建硅芯横梁形成导电回路。反应器运行时在硅芯内加载电流，以电加热的方式维持硅棒表面在一定的温度范围，满足通入炉内的含硅气体与还原气体反应条件，在硅棒表面沉积单质硅，实现多晶硅棒的增长。硅芯是成品硅棒的一部分，其杂质含量的控制直接影响成品硅棒的品质等级，因而多晶硅制备领域愈加重视硅芯的质量控制与提升。
3.一般的，制备多晶硅的cvd反应器使用的细硅芯通过直拉单晶硅棒切割工艺以及多晶硅母料区熔拉制制备。直拉单晶硅棒切割工艺将多晶硅料熔融，引晶拉制成大直径单晶或准单晶硅棒，纵向切割制备相应规格的方硅芯。区熔拉制工艺将多晶硅棒母料局部熔融，引晶拉制相应规格的细圆硅芯。两者共同之处在于需要将原生硅料熔融，熔融状态下的硅化学性质活泼，易与接触物质反应引入污染，且杂质易扩散渗入行成体杂质。此外，直拉、区熔过程存在杂质分凝现象，即杂质含量在制备硅芯的上、下端存在浓度梯度，硅芯质量不均匀，使得最终多晶硅产品等级分类繁琐。综上所述，可以考虑采用原生硅棒切割高纯硅芯，但是还原炉内温场、流场分布不均匀，硅棒不同区域具有不同的直径、形貌，此外，生长的多晶硅棒内部存在应力，硅棒在切割过程中易断，机械强度低，因而影响切割硅芯的长度，所切割的硅芯无法满足大炉型的使用要求。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种多晶硅生产用的硅芯制备装置，以改善上述的问题。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
6.基于上述的目的，本发明公开了一种多晶硅生产用的硅芯制备装置，包括：
7.第一连接块，所述第一连接块的第一端设置有第一凹槽，所述第一凹槽沿所述第一连接块的轴线设置，所述第一连接块的第二端设置有第一连接件；以及
8.第二连接块，所述第二连接块的第一端设置有第二凹槽，所述第二凹槽沿所述第二连接块的轴线设置，所述第二连接块的第二端设置有用于与所述第一连接件配合的第二连接件，所述第二连接件与所述第一连接件可拆卸配合，且所述第二连接件和所述第一连接件在一个垂直于第二连接块的轴线的至少一个方向上具有约束。
9.可选地：所述第一连接件包括第一卡槽，所述第一卡槽的一端延伸至所述第一连接件的端面，且所述第一卡槽沿第一方向贯穿所述第一连接件；所述第一连接件上设置有第一挡块和第二挡块，所述第一挡块与所述第一卡槽在与所述第一方向垂直的第二方向上的投影具有重合部分，所述第二挡块在所述第一连接块的周向上与所述第一卡槽的投影具有重合部分；
10.所述第二连接件上设置有卡接部，所述卡接部与所述第一卡槽卡接配合。
11.可选地：所述第一卡槽包括第一槽和第二槽，所述第一槽位于所述第一连接件内，且所述第一槽沿所述第一连接件的轴线方向延伸，所述第一槽与所述第一连接件的端面间隔设置，所述第二槽的一端与所述第一槽连通，所述第二槽的另一端延伸至所述第一连接件的侧壁；所述卡接部包括第一卡块和第二卡块，所述第一卡块和所述第一槽卡接配合，所述第二卡块与所述第二槽卡接配合。
12.可选地：所述第二槽与所述第一槽垂直设置。
13.可选地：所述第一槽的横截面呈圆形，所述第二槽沿所述第一槽的周向呈扇形。
14.可选地：所述第二连接件的侧壁上设置有第二卡槽，所述第二卡槽的一端延伸至所述第二连接件的端面，且所述第二卡槽沿第一方向贯穿所述第二连接件，所述第二挡块与所述第二卡槽卡接配合。
15.可选地：所述第二卡槽包括第三槽和第四槽，所述第三槽的一端延伸至所述第二连接件的侧壁，所述第三槽的另一端朝向所述第二连接件的轴线方向延伸，所述第四槽与所述第三槽连通，且所述第四槽沿所述连接件的轴线方向延伸；所述第二挡块包括第三卡块和第四卡块，所述第三卡块与所述第三槽卡接配合，所述第四卡块与所述第四槽卡接配合。
16.可选地：所述第三槽与所述第四槽垂直设置。
17.可选地：所述第三卡块的宽度与所述第二槽的长度相等，且所述第四卡块的宽度与所述第一槽的宽度相等。
18.基于上述的目的，本发明公开了一种基于上述的硅芯制备装置的硅芯制备方法，包括如下步骤：
19.步骤一：将生长的多晶硅致密棒出炉后去除顶部横梁部分和石墨底座夹持部分，然后放入洁净度高温退火炉；
20.步骤二：经退火后消除硅棒内部的残余应力，然后用切割机进行切割得到高纯度硅芯；
21.步骤三：利用上述的硅芯制备装置进行连接；
22.步骤四：将两组通过上述硅芯制备装置连接后的硅芯连接在一起，且其中一个硅芯制备装置沿其轴线转动，以使两组所述硅芯制备装置对所述硅芯的约束方向相互倾斜。
23.与现有技术相比，本发明实现的有益效果是：
24.本发明公开的多晶硅生产用的硅芯制备装置及方法获得的大直径高纯致密多晶硅棒机械强度高，可加工性强，可直接采用切割方式进行切割，切割时不容易断棒，提升了硅棒的利用率，节约生产成本；
25.利用第一连接块和第二连接块实现硅芯的连接，使其在尺寸、结构上满足各类还原炉反应器的使用要求，用多个连接部分进行连接，增加了硅芯的利用率。另一方面，此种硅芯制备装置及方法制备的硅芯没有额外的污染和杂质引入，对低消耗高纯硅芯的规模化生产具有重要意义。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
27.图1示出了本发明实施例公开的第一种多晶硅生产用的硅芯制备装置的示意图；
28.图2示出了本发明实施例公开的第二种多晶硅生产用的硅芯制备装置的示意图；
29.图3示出了本发明实施例公开的第三种多晶硅生产用的硅芯制备装置的示意图；
30.图4示出了本发明实施例公开的第一连接块示意图；
31.图5示出了本发明实施例公开的第二连接块示意图；
32.图6示出了本发明实施例公开的两组多晶硅生产用的硅芯制备装置的连接示意图；
33.图7示出了本发明实施例公开的多晶硅生产用的硅芯制备方法的流程图。
34.图中：
35.110-第一连接块；111-第一凹槽；112-第一连接件；113-第一卡槽；1131-第一槽；1132-第二槽；114-第二挡块；1141-第三块；1142-第四块；115-第一挡块；120-第二连接块；121-第二凹槽；122-第二连接件；123-卡接部；1231-第一块；1232-第二块；124-第二卡槽；1241-第三槽；1242-第四槽。
具体实施方式
36.下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
38.因此，以下对在附图中公开的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
41.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.在本技术实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。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技术中的具体含义。
43.实施例：
44.参阅图1至图3，本发明实施例公开了一种多晶硅生产用的硅芯制备装置，其包括第一连接块110和第二连接块120。第一连接块110和第二连接块120为可拆卸连接，将第一连接块110和第二连接块120安装在一起后，第一连接块110和第二连接块120在其轴线方向上被限制，即第一连接块110和第二连接块120无法沿其轴线相对移动。此外，第一连接块110和第二连接块120在垂直其轴线的方向上也至少具有一个方向被约束，即第一连接块110和第二连接块120无法沿该方向相对滑动。第一连接块110背离第二连接块120的一端设置有用于安装硅芯的第一凹槽111，第二连接块120背离第一连接块110的一端设置有用于安装硅芯的第二凹槽121。在第一凹槽111和第二凹槽121内被分别安装上硅芯，这两个硅芯即被固定。
45.本实施例公开的多晶硅生产用的硅芯制备装置利用第一连接块110和第二连接块120实现硅芯的连接，不仅可以切割制得高纯硅芯，还可以通过硅芯连接的方式使切割的高纯硅芯使其在尺寸、结构上满足各类还原炉反应器的使用要求，用多个连接部分进行连接，增加硅芯的利用率。连接部件易于加工，操作便捷。
46.第一连接块110呈柱状，在第一连接块110的第一端设置有第一凹槽111，该第一凹槽111用于安装硅芯。第一凹槽111沿第一连接块110的轴线方向延伸，且第一凹槽111与第一连接块110同轴设置。在第一连接块110的第二端设置有第一连接件112。
47.第二连接块120呈柱状，在第二连接块120的第一端设置有第二凹槽121，该第二凹槽121也是用于安装硅芯。第二凹槽121沿第二连接块120的轴线方向延伸，且第二凹槽121与第二连接块120同轴设置。在第二连接块120的第二端设置有第二连接件122，第二连接件122用于与第一连接件112形成配合，且第二连接件122与第一连接件112为可拆卸配合。当第二连接件122与第一连接件112形成卡接时，第一连接块110和第二连接块120相互之间被固定。
48.在本实施例的一些实施方式中，在第一连接件112上设置有第一卡槽113。第一卡槽113的一端延伸至第一连接件112的端面，且第一卡槽113沿第一方向贯穿第一连接件112。第一连接件112上设置有第一挡块115和第二挡块114。第一挡块115与第一卡槽113在与第一方向垂直的第二方向上的投影具有重合部分，第二挡块114在第一连接块110的周向上与第一卡槽113的投影具有重合部分。第二连接件122上设置有卡接部123，卡接部123与第一卡槽113卡接配合。
49.其中，参阅图4，以图中垂直与纸面的方向为第一方向，以图中的水平方向为第二方向。
50.参阅图1，第一卡槽113可以是呈直线设置，此时第一卡槽113与第一连接件112倾斜设置。参阅图2和图3，第一卡槽113也可以是呈折线形状。
51.当第一卡槽113为折线形状时，参阅图4，第一卡槽113包括第一槽1131和第二槽1132。第一槽1131位于第一连接件112内，第一槽1131沿第一方向将第一连接件112贯穿，第二槽1132的侧壁在第二方向上与第一连接件112的侧壁间隔设置。第一槽1131沿第一连接件112的轴线方向延伸，且第一槽1131的长度小于第一连接件112的长度，以使第一槽1131
的两端与第一连接件112的两个端面均间隔设置。第二槽1132的一端与第一槽1131连通，第二槽1132的另一端延伸至第一连接件112的侧壁，且第二槽1132沿第一方向贯穿第一连接件112。
52.参阅图5，基于第一连接件112的上述结构，卡接部123包括第一卡块1231和第二卡块1232，第一卡块1231用于与第一槽1131配合，第二卡块1232用于与第二槽1132配合。安装时，将第一连接块110和第二连接件122沿第一方向相互靠近，之后第一卡块1231可以沿第一方向卡入第一槽1131内，同时，第二卡块1232也沿第一方向卡入第二槽1132内，完成安装，此时第一连接块110和第二连接块120在第二方向上形成约束，以使第一连接块110和第二连接块120无法沿第二方向相对移动。
53.进一步地，第二槽1132可以与第一槽1131垂直设置，这样在进行加工时，更加的方便。当然，令第二槽1132与第一槽1131垂直设置仅为本实施例的一种实施方式，在其他的实施方中，第二槽1132与第一槽1131倾斜设置也是可以的，只需令第二槽1132将第一槽1131与第一连接件112的外部连通，方便进行第二卡块1232的安装即可。此外，第二槽1132可以被设置为直线型，也可以被设置为曲线形。
54.在本实施例的一些实施方式中，可以令第一槽1131的横截面呈圆形。此时，令第二槽1132与第一槽1131垂直设置，且第二槽1132被设置为扇形，即第二槽1132沿第一槽1131的周向延伸，但第二槽1132的延伸角度均小于180度。此时在将第一连接块110和第二连接块120沿第一方向移动完成连接后，还可以令第二连接块120和第一连接块110相互转动，转动之后，第一连接块110和第二连接块120在垂直与第一连接块110的轴线方向上就都受到的约束，此时第一连接块110和第二连接块120连接的更加稳定。
55.参阅图3，在本实施例中，在第二连接件122上还设置有第二卡槽124，第二卡槽124的一端延伸至第二连接件122的端面，且第二卡槽124沿第一方向贯穿第二连接件122，第二挡块114与第二卡槽124卡接配合。第二卡槽124与第二挡块114配合能够进一步的加强第一连接块110和第二连接块120的连接稳定性。
56.第二卡槽124与第一卡槽113的形状相同，其可以是直线型，此时与第二连接件122的轴线倾斜设置，其也可以是折线型。
57.参阅图5，当第二卡槽124为折线型时，第二卡槽124包括第三槽1241和第四槽1242。第三槽1241沿第一方向贯穿第一连接件112，第三槽1241的结构与第二槽1132的结构类似，其一端延伸至第二连接件122的端面，其第二端向第二连接件122的内部延伸，其延伸方向可以是与第二连接件122的轴线垂直设置，也可以是与第二连接件122的轴线倾斜设置。第四槽1242沿第一方向贯穿第二连接件122。第四槽1242的结构与第一槽1131的结构类似，第四槽1242沿第二连接件122的轴线方向延伸，且第四槽1242与第三槽1241连通。
58.相应的，第二挡块114包括第三卡块1141和第四卡块1142，第三卡块1141与第三槽1241卡接配合，第四卡块1142与第四槽1242卡接配合。
59.参阅图4和图5，在本实施例中，可以令第二连接块120和第一连接块110的结构相同，此时在进行加工时更加的方便。
60.当第一连接块110和第二连接块120结构相同时，为了便于进行安装，需要令第三卡块1141的宽度与第二槽1132的长度相等，且第四卡块1142的宽度与第一槽1131的宽度相等。
61.为了避免第二连接块120和第一连接块110安装之后留下缝隙，令第四卡块1142的长度与第一槽1131的长度相等，这样在完成第一连接块110与第二连接块120的安装后，第一卡块1231能够将第一槽1131完全填满，第二卡块1232能够将第二槽1132完全填满，第三卡块1141能够将第三槽1241完全填满，第四卡块1142能够将第四槽1242完全填满。
62.参阅图6，在使用时，可以两组多晶硅生产用的硅芯制备装置相互配合来对硅芯进行固定。具体地，两组多晶硅生产用的硅芯制备装置间隔设置，在两组多晶硅生产用的硅芯制备装置之间再设置一个硅芯，硅芯的两端分别与两个位置相互对应的硅芯连接。在进行安装时，令其中一个多晶硅生产用的硅芯制备装置沿其轴线转动90度，这样在将两个多晶硅生产用的硅芯制备装置相互连接之后，两个多晶硅生产用的硅芯制备装置会相互形成限制。当然，将其中一个多晶硅生产用的硅芯制备装置旋转90度仅为本实施例的一种实施方式，在其他的实施方式中，令其中一个多晶硅生产用的硅芯制备装置进行旋转，但是旋转角度不为90度也是可以的，只需其旋转角度不为180度的整数倍，以使两个多晶硅生产用的硅芯制备装置内的第一连接块110的滑动方向相互倾斜即可。
63.参阅图6，对于左边的多晶硅生产用的硅芯制备装置而言，其第一连接块110和第二连接块120只能沿垂直于纸面的方向相对滑动，而对于右边的多晶硅生产用的硅芯制备装置而言，其第一连接块110和第二连接块120只能沿水平方向相对滑动，在将其顶部的硅芯与横向的硅芯连接后，两组多晶硅生产用的硅芯制备装置相互之间形成限制，令左边的第一连接块110和第二连接块120无法沿垂直于纸面的方向相对移动，令右边的第一连接块110和第二连接块120无法沿水平方向相对移动，从而形成固定。
64.参阅图7，本发明实施例还公开了一种多晶硅生产用的硅芯制备方法，其包括如下步骤：
65.步骤一：将生长的多晶硅致密棒出炉后去除顶部横梁部分和石墨底座夹持部分，然后放入洁净度高温退火炉；
66.步骤二：经退火后消除硅棒内部的残余应力，然后用切割机进行切割得到高纯度硅芯；
67.步骤三：利用上述的硅芯制备装置进行连接；
68.步骤四：将两组通过上述硅芯制备装置连接后的硅芯连接在一起，且其中一个硅芯制备装置沿其轴线转动，以使两组所述硅芯制备装置对所述硅芯的约束方向相互倾斜。
69.本实施例公开的硅芯制备方法在切割前会先去除硅芯内的残余应力，以使硅芯连接后满足还原炉的使用要求。此外，相互倾斜一定角度的两组硅芯制备装置能够更好的对硅芯进行限制，从而保证硅芯连接后更加的稳定。
70.以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。