[发明专利]一种增加区熔单晶炉运行时单晶稳定性的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及增加区熔单晶炉运行时单晶稳定性方法及装置，通过提高单晶完整率达到提高生产实收效率，节约生产成本的目的。

背景技术

已有的FZ(区熔)单晶的制备流程：

原料处理——原料装炉——拉晶准备——晶体生长(引晶、放肩、等径生长、收尾)——停炉冷却——取出晶体

由以上流程可以看出，在FZ单晶的制备过程中，核心步骤为晶体生长环节，而晶体生长环节的核心在于单晶的等径生长，因此提高单晶体生长中等径环节的稳定性及增加单晶完整率，在整个FZ单晶制备周期中能够有效的提高生产效率，降低生产成本。

如图1-a无夹持装置状态图所示，原有单晶设备未对于单晶实体的稳定提供直接的保护措施，而是通过在设备的机械结构方面进行了减震处理如：设备基座设立减震隔离沟，设备框架安装减震垫，设备传动采用双光杠，设备转动轴承选用C级轴承等。这种处理方式在一定程度上降低了外界震动的传入，和设备运行中震动的产生，在拉制小直径(装料量在10公斤以下)FZ区熔单晶时能够满足生产要求。

但是随着FZ单晶拉制工艺、技术不断提高，区熔炉设备装料重量在不断增加，以FZ-20为例一般装炉重量已达到了25公斤左右；装炉重量的增加带来的必然结果是单晶的直径和拉制长度随之增加，以FZ-20为例φ4英寸单晶等径长度可达到1米左右。随着新的条件、变化的出现并与单晶生产工艺的必要条件(如：单晶引晶的要求：直径＜3.5mm  长度＞30mm)相结合；致使单晶炉原有的各项减震措施不再充分。

原因分析：

1.单晶重量增加，但是单晶引晶工艺条件不可改变，致使单晶对外界震动的敏感性和对震动反映有明显的加强。现有的设备机械减震措施效果明显下降甚至失效。

2.单晶生长长度增加，单晶体重心位置向远离籽晶夹头位置移动，单晶体自身稳定性、抗震能力有很大下降。

因此在原有条件下随着单晶重量、长度的增加，在大直径单晶(或装料量超过10公斤)拉制过程中，由于单晶晃动最终引发流熔区、倒伏的现象明显增加，单晶完整率大幅下降单晶实收率下降给生产带来很大的成本损失。

此外流熔区、倒伏的现象的频繁出现，对于设备安全也有很大的危害。

发明内容

本发明的目的是提供一种增加区熔单晶炉运行时单晶稳定性的方法及装置，其特点在于增加设备运行中单晶的稳定性的同时，又不影响单晶体生长的外部环境和工艺条件，这就意味着该方法可以在整体流程不变的情况下，为单晶生长环节中的单晶体的稳定性以及单晶完整率的提高提供帮助。

为达到上述目的本发明采用以下技术方案：

这种增加区熔单晶炉运行时单晶稳定性的方法是通过夹持装置与运行中的单晶实体接触，对单晶提供必要的支持力用于消除单晶运行时，晃动和倒伏的现象。

所述的与运行中的单晶实体接触的是夹持针，该夹持针与夹持牵引系统、夹持基座组成夹持装置。

其通过调整夹持针与夹持基座上水平面夹角来调整夹持状态；通过传动钢丝的连接调整夹持针运动的同步一致性，和夹持针的初始位置以及启动位置设置。

所述的夹持装置，它由夹持基座、夹持针、夹持牵引系统三大部分组成，所述的夹持针通过连接轴与夹持基座相连；所述的牵引系统由牵引重坠块、重坠块保护筒、牵引钢丝、重坠块连接螺钉组成；通过传动钢丝将夹持针与重坠块连接，牵引重坠块位于重坠保护筒限制内。

其夹持针通过在加工时预留连接孔，来完成与传动钢丝的连接；重坠块是通过中心打眼的螺钉，完成与传动钢丝的连接。

其主体部件所有材质为可耐高温的高纯材料，例如钼或低碳钢。

附图说明

图1-a：单晶运行中无夹持装置状态图

图1-b：单晶运行中有夹持装置状态图

图2-a：本发明单晶夹持装置装配图

图2-b：本发明单晶夹持装置的上部主视图

图2-c：图2-a的俯视图

图2-d：图2-a中单晶夹持装置局部A-A放大图

图3a夹持针运行的初始状态图

图3b夹持针运行的启动状态图

图3c夹持针运行的夹持状态图

图1-a为无夹持装置的状态：1、单晶，2、引晶部分，3、籽晶夹头，4、内轴轴头，5、外轴，6、内轴，7、内轴定位套。

图1-b为加入夹持装置的状态：8、夹持针，9、夹持针连接轴，10、传动钢丝，11、启动重坠块，12、重坠套筒，13、夹持基座，14、夹持基座连接顶丝，15、就位重坠块。