一种单晶炉加热电压信号检测报警装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及单晶硅技术领域，具体涉及一种单晶炉加热电压信号检测报警装置。
【背景技术】
[0002]单晶炉正常运行期间，处于连续的加热状态的时间要在40~80h，在此生产期间，单晶炉内的多晶硅处于融化后1420°C的液态状态，在此期间不允许出现任何异常的加热功率丢失及大幅度波动情况。等径拉制过程中，是利用对多晶硅液态和固态的临界温度的精准控制，保证多晶硅能稳定的从液态变为固态晶棒，对温度的要求更高，炉内液态多晶硅的温度波动量要控制在± I °C之内。
[0003]单晶炉加热控制系统是个非常复杂的系统，偶尔会出现一些硬性或软性故障，导致加热功率突然丢失或大幅度下降。若正处于等径生长拉制期间，5s左右炉内温度波动量就会超出正常拉晶范围，导致炉内单晶硅棒出现晶变，变成废品，Imin左右液态硅就开始在晶棒周围结晶，3min左右液面就会整个结晶，使石英坩祸和晶棒结为一体。由于晶棒和石英坩祸是一直在做相反方向的转动，相对速度为20r/min左右，而此时如果不能及时发现故障，并采取紧急措施使晶棒和石英坩祸停止旋转，就会造成上轴的软钢丝绳因一直朝一个方向绞动而绞断，导致上轴上吊着的籽晶卡具连带已拉制出来的晶棒一起跌落至还未完全凝固的半液态硅料中。特别是拉制出来的晶棒较重的情况下，有可能直接将盛托硅料的石英坩祸砸漏，导致液态硅泄漏至石墨热场中，引起更大的事故，造成整套石墨热场的报废。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种单晶炉加热电压信号检测报警装置，使操作人员能在第一时间对单晶炉设备进行紧急操作，最大限度降低安全风险。
[0005]本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案为:一种单晶炉加热电压信号检测报警装置，单晶炉包括炉体、分别固定在炉体上下端部的炉盖和炉底板、坩祸以及用于提拉硅单晶棒的上立柱，坩祸的外周面设有加热器，所述的坩祸通过下立柱固定在炉体内，上立柱固定在正对坩祸中心位置的炉盖上，炉体内部设有保温桶，保温桶下端部设有下保温层，保温桶上端部设有上保温盖，且上保温盖中心设有供硅单晶棒通过的缺口 ；炉体外壁上设有构成一电连接回路的用于接收加热器输出加热电压信号的数字信号控制器、中间继电器以及报警器，当加热电压信号低于/高于炉体内部正常运行的设定值时，数字信号控制器输出报警信号，报警器报警。
[0006]其中，上保温盖中心的缺口处设有呈圆锥台形的热屏蔽板，且热屏蔽板的下端伸入到坩祸内部。
[0007]本实用新型中，坩祸由石英坩祸和包覆在石英坩祸外的石墨坩祸组成。其中，石墨坩祸的内径尺寸与石英坩祸的外形尺寸相配合，且石墨坩祸需要具有一定的强度，用以承受硅料和适应坩祸的重量。本实用新型采用三瓣式石墨坩祸。
[0008]其中，炉盖上设有观察窗，该观察窗上加装有CCD测径系统，能直接测出硅单晶棒的直径。CXD即电荷藕荷器件测径系统的工作原理:当一束平行光透过硅单晶棒透射到CXD器件上时，由于硅单晶棒的存在，硅单晶棒的阴影将同时投到CCD器件上，将CCD器件输出信号形成凹陷。其中，阴影尺寸就代表了硅单晶棒的尺寸，统计出阴影部分的CCD象元个数，象元个数与象元尺寸的乘积就代表了硅单晶棒的尺寸。
[0009]其中，炉体外壁上设有延伸至保温桶内部的测温窗口。
[0010]本实用新型中，保温桶下端部设置的下保温层，能够加强坩祸底部的保温效果，避免因热量损失对检测效果的影响。
[0011]有益效果:本实用新型的炉体内设有热屏蔽板及多个保温装置，避免热损失对检测效果的影响。其中，本实用新型将单晶炉加热器的加热电压信号作为采样信号，接入数字信号控制器，观察设备正常运行时候的信号值，将数字信号控制器设定为当该采样信号低于或高于正常运行值一定数值后输出报警信号，报警器工作，及时提醒工作人员进行应急操作。该技术操作实施方便，安全性能好，能做大限度防止单晶炉因加热功率丢失、大幅降低或超过正常拉晶范围，不能及时发现而造成的严重后果。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型中单晶炉的示意图；
[0013]图2为图1中炉盖的示意图；
[0014]图3为本实用新型的检测原理图。
[0015]附图标记:1、炉体，2、炉盖，3、炉底板，4、坩祸，5、上立柱，6、下立柱，7、加热器，8、硅单晶棒，9、保温桶，10、上保温盖，11、下保温层，12、缺口，13、数字信号控制器，14、中间继电器，15、报警器，16、热屏蔽板，17、石英坩祸，18、石墨坩祸，19、观察窗，20、CXD测径系统，21、测温窗口。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例对本实用新型的单晶炉加热电压信号的检测报警装置作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
[0017]—种单晶炉加热电压信号检测报警装置，如图1所示，单晶炉包括炉体1、炉盖2、炉底板3、坩祸4、上立柱5、下立柱6和加热器7，其中，炉盖2和炉底板3分别固定在炉体I的上下端部，上立柱5用于提拉硅单晶棒8，加热器7设在坩祸4的外周面。所述的坩祸4通过下立柱6固定在炉体I内，上立柱5固定在正对坩祸4中心位置的炉盖2上。如图2所示，炉盖2上设有观察窗19，该观察窗19上加装有CCD测径系统20，该观察窗19的中心轴线与炉盖2的中心轴线之间的夹角α为20~22°，此角度便于操作者观察炉内的情况。拉晶过程中该观察窗19位置需装上镀金玻璃，以减少辐射。
[0018]其中，下立柱6的高度可以调节，这样可以保证在熔料时，能够调整坩祸4的位置；而在拉晶时，有足够的坩祸4跟随行程。
[0019]其中，炉体I内部设有保温桶9，炉体I外壁上设有延伸至保温桶9内部的测温窗口 21，保温桶9下端部设有下保温层11，保温桶9上端部设有上保温盖10，且上保温盖10中心设有供硅单晶棒8通过的缺口 12，上保温盖10中心的缺口 12处设有呈圆锥台形的热屏蔽板16，且热屏蔽板16的下端伸入到坩祸4内部，坩祸4由石英坩祸17和包覆在石英坩祸17外的石墨坩祸18组成。
[0020]炉体I外壁上设有构成电连接回路的一个用于接收加热器7输出加热的电压信号的数字信号控制器13、两个中间继电器14以及一个报警器15，当加热时，电压信号低于/高于炉体I内部正常运行的设定值时，数字信号控制器13输出报警信号，报警器15报警。其工作原理如图3所示，图3中的FU表示总保险，KA1、KA2表示中间继电器，报警器为IlOV交流输入，ALl表示数字控制器上限位输出报警点，AL2表示数字控制器下限位输出点。
[0021]按图3所示方式，将数字信号控制器13、中间继电器14和报警器15进行连接，该电路回路中还设有复位按钮，电源选取IlOV交流电源等级。从加热器7两端直接取加热电压信号，接入数字信号控制器13。假设，正常工作时加热电压信号值为800V，AL1报警输出点设置为790V上限报警，AL2报警信号设置为780V下限报警，当设备加热初步阶段，加热功率从0~790V开始慢慢向上升高时，AL2动作，但因ALl未动作，故KA2继电器不能得电，不输出报警信号，避免在初步加热过程中报警器一直报警；当加热电压超过790V时，ALl上限位报警点输出，KAl线圈得电动作，同时自保；当炉子加热电压出现丢失或大幅降低，低于780V时，AL2动作，KA2线圈得电，KA2节点动作，报警器得电报警。当人为按需要降低加热功率时，因从正常工作点降温至O按工艺要求需要一定时间，此间为防止报警器一直报警，可按下复位按钮，使报警电路重新处于初始状态，不再输出报警信号。
【主权项】
1.一种单晶炉加热电压信号检测报警装置，单晶炉包括炉体(1)、分别固定在炉体(I)上下端部的炉盖(2)和炉底板(3)、坩祸(4)以及用于提拉硅单晶棒(8)的上立柱(5)，坩祸(4)的外周面设有加热器(7)，所述的坩祸(4)通过下立柱(6)固定在炉体(I)内，上立柱(5)固定在正对坩祸(4)中心位置的炉盖(2)上，炉体(I)内部设有保温桶(9)，保温桶(9)下端部设有下保温层(11)，保温桶(9)上端部设有上保温盖(10)，且上保温盖(10)中心设有供硅单晶棒(8)通过的缺口(12)，其特征在于:炉体(I)外壁上设有一构成电连接回路的用于接收加热器(7)输出加热电压信号的数字信号控制器(13)、中间继电器(14)以及报警器(15)，当加热电压信号低于/高于炉体(I)内部正常运行的设定值时，数字信号控制器(13)输出报警信号，报警器(15)报警。2.根据权利要求1所述的一种单晶炉加热电压信号检测报警装置，其特征在于:上保温盖(10)中心的缺口(12)处设有呈圆锥台形的热屏蔽板(16)，且热屏蔽板(16)的下端伸入到坩祸(4)内部。3.根据权利要求1或2所述的一种单晶炉加热电压信号检测报警装置，其特征在于:所述的坩祸(4)由石英坩祸(17)和包覆在石英坩祸(17)外的石墨坩祸(18)组成。4.根据权利要求1所述的一种单晶炉加热电压信号检测报警装置，其特征在于:所述的炉盖(2)上设有观察窗(19)，该观察窗(19)上加装有CXD测径系统(20)。5.根据权利要求1所述的一种单晶炉加热电压信号检测报警装置，其特征在于:所述的炉体(I)外壁上设有延伸至保温桶(9)内部的测温窗口(21)。
【专利摘要】一种单晶炉加热电压信号检测报警装置，包括炉体、分别固定在炉体上下端部的炉盖和炉底板、坩埚以及用于提拉硅单晶棒的上立柱，坩埚的外周面设有加热器，坩埚通过下立柱固定在炉体内，炉体内部设有保温桶，保温桶下端部设有下保温层，保温桶上端部设有上保温盖，且上保温盖中心设有供硅单晶棒通过的缺口；炉体外壁上设有构成一电连接回路的用于接收加热器输出加热电压信号的数字信号控制器、中间继电器以及报警器，当加热电压信号低于/高于炉体内部正常运行的设定值时，数字信号控制器输出报警信号，报警器报警。该技术操作实施方便，能做大限度防止单晶炉因加热功率丢失、大幅降低或超过正常拉晶范围，不能及时发现而造成的严重后果。
【IPC分类】C30B29/06, C30B15/20
【公开号】CN204825122
【申请号】CN201520612264
【发明人】焦二强, 张明亮, 韩子萌, 司鹏辉, 令狐铁兵
【申请人】麦斯克电子材料有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月14日