[实用新型]一种多晶硅检测用单晶提拉装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多晶硅检测用单晶提拉装置。

背景技术

多晶硅按产品质量主要以纯度和用途来划分，可分为电子级多晶硅和太阳能级多晶硅。多晶硅棒生产出来后，要对每炉多晶硅的质量进行检测，多晶硅质量检测是非常重要的环节。通常产出的每批多晶硅都要经过钻孔取样、区熔单晶拉制后，再对其进行检测，确定多晶硅的产品质量。由于多晶硅脆而硬，在钻料取样的过程中容易断裂，所以对还原炉生产要求非常高。产出的多晶硅棒致密度要高，并且内部不能产生裂纹。因此，在还原炉生长多晶硅棒的过程中，生长速度不能过快，停炉冷却硅棒的时间也不能过短(冷却时间快会因热应力产生裂纹)。多晶硅质量检测环节可以说是影响着还原炉的生长速度和每炉次硅棒的生长时间，增加了多晶硅的生产成本，所以为获得高质量的多晶硅，降低多晶硅的生产成本，研究新的多晶硅质量检测方法非常重要。

在现有技术中，根据国标《GB/T 4509-2007硅多晶气氛区熔基磷检测方法》、《GB/T 4060-2007硅多晶真空区熔基硼检验方法》要求，目前大部分多晶硅厂都利用区熔检测炉(FZ法)将多晶硅拉制成单晶，然后对其质量进行检测。区熔检测炉分为硼检炉和磷检炉两种。硼检炉是在真空状态下拉制单晶，主要用来检测硼含量的设备，由于该设备完成一炉的拉制需区熔提纯14次，完成一炉拉制时间约为12-14小时，所以目前大部分多晶硅厂都很少使用该设备。磷检炉是在氩气气氛下在微正压的状态下生长单晶，主要用来检测磷含量，目前由于检测仪器升级，也可以用来检测硼含量。硼检炉和磷检炉的主要区别是：硼检炉比磷检炉多一台罗茨泵和扩散泵，磷检炉比硼检炉多一套氩气供应系统。区熔检测炉主要由电器控制部分、高频加热部分、机械部分、真空系统，氩气系统、冷却水系统和其它一些附件组成。其中电器控制部分主要包括高频电源控制柜、槽路柜、运动控制柜等组成；高频加热部分主要包括高频加热线圈、预热器等组成；机械部分包括炉体、机架、上轴升降旋转机构、下轴升降旋转机构组成等组成；真空系统包括真空泵、罗茨泵、扩散泵、真空管路等组成；氩气系统包括氩气供气源、氩气进气阀和管路等组成；冷却水系统包括循环水泵、循环水管路等组成。

以下详细描述区熔检测炉的操作原理和步骤：首先将生产出来的多晶硅棒切成段，并用钻孔取样机套取需要检测的多晶硅样棒，样棒套取成功后经过化学清洁处理，装夹在区熔检测炉上轴，在真空状态下(硼检炉)或氩气气氛下(磷检炉)通过高频感应加热线圈加热熔化，待熔体温度稳定后，将籽晶浸入熔体开始熔接籽晶，完全熔融后经过引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶样棒的拉制。熔区悬浮于多晶硅样棒与下方单晶硅样棒之间。在拉制过程中，上轴与下轴相反方向旋转运动，上轴、下轴在拉晶过程同时向下运动。区熔法的基本原理是熔区的悬浮依靠熔硅的表面张力和加热功当量线圈提供的磁托浮力。因为硅熔体具有比重小(2.3g/cm²)和表面张力大(720dny/cm)的特性，加上高频电磁场的托浮作用，熔区易保持稳定。悬浮区熔时，熔区呈悬浮状态，不与任何物质相接触，因而不会被沾污。此外，由于硅中杂质的分凝效应和蒸发效应，可以获得高纯硅单晶。区熔可以在保护气氛中进行，也可在真空状态下进行，反复上下提拉多次，可以制备高纯硅单晶(尤其在真空中蒸发速度更快)。

利用区熔检测炉拉制单晶对样棒进行检测，避免了多晶硅二次污染，能真实的检测出多晶硅产品的质量，但该法仅局限拉制直径15-20mm的圆柱形样棒，如遇到还原炉紧急停车的情况下，硅棒的裂纹比较多，很难套取出样棒，甚至一炉产品全部用来套料，都未能完整套取出一根样棒，给检测带来严重影响，而且造成硅棒污染、损耗严重。为了配合取样检测，保证硅棒的致密度和内部不产生裂纹，大多数厂家还原炉的硅棒生长和停炉冷却时间都较长，从而增加了还原炉硅棒的生产成本和生产周期。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多晶硅检测用单晶提拉装置，能够省略钻孔取样环节，还能提升还原炉的生长速度、缩短还原炉硅棒的冷却时间，并且缩短还原炉的停炉冷却时间。

一种多晶硅检测用单晶提拉装置，包括炉体，以及在该炉体上方安装的上轴升降旋转机构，和在该炉体下方安装的下轴升降旋转机构，其特别之处在于，所述上轴升降旋转机构中的上轴从炉体上方伸入炉室内，而下轴升降旋转机构中的下轴从炉体下方也伸入炉室内，其中上轴通过石墨夹头与籽晶连接，而在下轴上安装有一石墨托盘，在该石墨托盘上安装有一坩埚从而放置硅料，在该坩埚旁环绕有高频感应加热线圈。

其中上轴和下轴与炉室接触处均气密封。

其中坩埚为石英材质。