[實(shí)用新型]單晶硅區(qū)熔拉伸爐控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220407201.X
• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN202865389U
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李杰;陸曉陽
• 申請（專利權(quán)）人: 德陽瑞能電力科技有限公司
• 主分類號(hào): C30B13/28
• 分類號(hào): C30B13/28
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務(wù)所 51106
• 代理人: 劉克勤

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及單晶硅制備技術(shù)，具體說，是一種單晶硅區(qū)熔拉伸爐控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

區(qū)熔爐是一種在惰性氣體環(huán)境中，將多晶硅棒等多晶硅材料熔化，用懸浮區(qū)熔法生長高純度無錯(cuò)位單晶硅的設(shè)備。區(qū)熔爐主爐體機(jī)械部分如圖1所示，它包括一個(gè)用高頻感應(yīng)線圈加熱的爐膛4，一個(gè)將多晶硅棒5緩慢送入爐膛4的送料裝置，一個(gè)將硅棒拉伸成單晶硅棒的拉伸裝置，送料裝置、爐膛4、拉伸裝置按上、中、下順序布置在爐架10上，多晶硅棒5穿越爐膛4的部分被加熱熔融，拉伸裝置拉伸多晶硅棒5的下端，使熔融部分的晶格結(jié)構(gòu)變化，從而提純多晶硅、生成單晶硅。

送料裝置包括一個(gè)上軸2，用于夾持多晶硅棒5的上端，一個(gè)上軸升降機(jī)構(gòu)，使上軸2發(fā)生上下位移，該機(jī)構(gòu)由滑座1和導(dǎo)向柱3組成，上軸2固定連接滑座1，滑座1由其驅(qū)傳動(dòng)裝置（升降電機(jī)、蝸桿蝸輪傳動(dòng)副，圖中未示出）驅(qū)動(dòng)，沿導(dǎo)向柱3上下位移，帶動(dòng)上軸2升降。一個(gè)上軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（旋轉(zhuǎn)電機(jī)、蝸桿蝸輪傳動(dòng)副，圖中未示出），使上軸2旋轉(zhuǎn)。

拉伸裝置包括一個(gè)下軸11，用于夾持多晶硅棒5的下端，一個(gè)下軸升降機(jī)構(gòu)，使下軸機(jī)構(gòu)11發(fā)生上下位移，該機(jī)構(gòu)由上滑座7、下滑座8和導(dǎo)向柱9組成，下軸11連接上滑座7，上滑座7由其驅(qū)傳動(dòng)裝置（升降電機(jī)、蝸桿蝸輪傳動(dòng)副，圖中未示出）驅(qū)動(dòng)，沿導(dǎo)向柱9上下位移，帶動(dòng)下軸機(jī)構(gòu)11升降。一個(gè)下軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（旋轉(zhuǎn)電機(jī)、減速器，圖中未示出），使下軸11旋轉(zhuǎn)。上滑座7與爐膛4之間用波紋套管6連接，當(dāng)上滑座7升降時(shí)，波紋套管6發(fā)生彈性變形，隨上滑座7伸縮，進(jìn)而增加爐膛的單晶棒長度容量，下滑座8與單晶硅棒連接，與上滑座7可以自動(dòng)聯(lián)動(dòng)隨動(dòng)，保證在晶棒拉伸到足夠長度的設(shè)計(jì)規(guī)格。

另外，拉伸多晶硅棒5時(shí)，上軸送料速度和下軸拉伸速度都很緩慢，故上軸滑座、下軸上滑座、下軸下滑座均配有快速升降電機(jī)及傳動(dòng)副，在裝料或卸料階段使用，以提高裝料、卸料階段以及硅棒預(yù)熱階段的工作效率。

在上述結(jié)構(gòu)中，上、下軸旋轉(zhuǎn)的目的，是使硅棒熔融段保持圓柱狀。

拉伸的目的，不僅要獲得圓柱狀單晶硅棒，而且要使單晶硅棒的直徑符合要求，該直徑與爐膛溫度、惰性氣體壓力、上軸送料速度、下軸拉伸速度、硅棒旋轉(zhuǎn)速度、原料棒自身直徑相關(guān)，需要對這些參數(shù)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。

但是，現(xiàn)有的區(qū)熔爐控制系統(tǒng)很簡陋，只是對爐膛溫度、惰性氣體壓力進(jìn)行自動(dòng)控制，上軸送料速度、下軸拉伸速度、硅棒旋轉(zhuǎn)速度則由操作員透過爐膛視窗硅棒拉伸狀況，憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)操作送料電機(jī)、拉伸電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度控制器，上、下軸的位移速度、旋轉(zhuǎn)速度不穩(wěn)定，未能實(shí)現(xiàn)恒速運(yùn)行，拉伸時(shí)硅棒直徑是變化的，不是圓柱狀，硅棒直徑也很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

此外，還有如下缺陷：

上、下滑座的行程限位開關(guān)采用普通機(jī)械式開關(guān)，容易頂壞，導(dǎo)致滑座移動(dòng)過頭而卡死；

控制系統(tǒng)容易受到高頻感應(yīng)電源系統(tǒng)干擾，導(dǎo)致拉伸過程不穩(wěn)定使產(chǎn)品合格率下降；

電機(jī)與傳動(dòng)副的連軸器非常容易損壞；

滑座快速升降電機(jī)傳動(dòng)副的蝸桿容易折斷。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的，是克服現(xiàn)有單晶硅區(qū)熔拉伸爐控制系統(tǒng)的上述缺陷，提供一種功能完善、性能可靠的單晶硅區(qū)熔拉伸爐控制系統(tǒng)，以保證單晶硅棒的質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

一種單晶硅區(qū)熔拉伸爐控制系統(tǒng)，包括：

上軸旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置，用于檢測上軸旋轉(zhuǎn)速度；

上軸送料速度檢測裝置，用于檢測上軸位移速度；

下軸旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置，用于檢測下軸旋轉(zhuǎn)速度；

下軸拉伸速度檢測裝置，用于檢測下軸位移速度；

爐膛溫度檢測裝置，用于檢測爐膛溫度；

爐膛氣壓檢測裝置，用于檢測爐膛惰性氣體充氣壓力；

數(shù)據(jù)采集模塊，用于將上述檢測裝置獲得的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；

存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)信號(hào)數(shù)據(jù)、控制參數(shù)設(shè)定值及信號(hào)處理計(jì)算模型；

中央處理器，用于處理上述檢測信號(hào)，輸出控制信號(hào)；

控制信號(hào)輸出模塊，用于輸出控制信號(hào)，將數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；

上軸旋轉(zhuǎn)速度控制器，用于控制上軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度；

上軸送料速度控制器，用于控制上軸送料電機(jī)的速度；

下軸旋轉(zhuǎn)速度控制器，用于控制下軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度；

下軸拉伸速度控制器，用于控制下軸拉伸電機(jī)的速度；

爐膛溫度控制器，用于控制感應(yīng)加熱器的功率；

爐膛氣壓控制器，用于控制惰性氣體的充氣壓力；