[实用新型]一种区熔硅生产用的用于夹持硅芯的石墨电极夹头

说明书

本实用新型公开了一种区熔硅生产用的用于夹持硅芯的石墨电极夹头，包括夹头本体，夹头本体从上到下依次分为夹头上部、夹头中部和夹头下部；所述夹头上部为圆锥体，圆锥体侧面的母线与夹头本体的垂直中心线的夹角为20～40°。夹头本体的外表面设有碳化硅涂层，碳化硅涂层的厚度为50～100μm。本实用新型的石墨电极夹头可以将正常停炉阶段硅棒根部裂棒比例由原来的40％以上降低为5～7％；硅料中碳含量由原来的100ppbw以上降低为70～80ppbw，可以满足客户的需求。

技术领域

本实用新型涉及石墨电极夹头，具体涉及一种区熔硅生产用的用于夹持硅芯的石墨电极夹头。

背景技术

在西门子法生产多晶硅的过程中，石墨电极夹头是连接硅芯和电极的重要部件，其主要功能为固定硅芯，避免硅芯底部在运行初期的晃动；另外则是作为导体实现电流在硅芯上导通。高压元器件生产用区熔硅料在生产过程中对硅料的杂质含量和沉积形态要求极高，首先区熔硅在生产过程中需要避免沉积速率过快，硅料沉积致密无缺陷，这种情况下硅棒内容易有应力残余，其次，区熔硅料对杂质含量要求极高，尤其需要控制硅料内碳含量，硅料中局部碳浓度过高容易生成碳化硅颗粒，造成局部晶体缺陷。

在实际生产过程中石墨夹头若几何结构不合适容易出现石墨夹头表面沉积硅料量过大造成硅料炸裂，加大倒棒风险；另外石墨夹头表面的细小碳粉在运行初期容易进入硅棒表面造成局部碳含量过高，进而导致局部沉积缺陷，另外碳元素在高温状态下容易无规律释放进而引起硅料中碳含量整体偏高且波动性过高，影响产品质量。

实用新型内容

实用新型目的：为了解决现有区熔硅生产过程中裂棒和硅料碳污染的问题，本实用新型提供了一种区熔硅生产用的用于夹持硅芯的石墨电极夹头。

技术方案：本实用新型所述一种区熔硅生产用的用于夹持硅芯的石墨电极夹头，包括夹头本体，夹头本体从上到下依次分为夹头上部、夹头中部和夹头下部；所述夹头上部为圆锥体，圆锥体侧面的母线与夹头本体的垂直中心线的夹角为20～40°。其中，夹角的角度过小容易引起硅料在石墨夹头上大量沉积，在停炉阶段存在底部炸裂风险，角度过大则会导致硅芯的插入深度不足。

进一步地，所述夹头本体的外表面设有碳化硅涂层，碳化硅涂层的厚度为50～100μm，涂层的涂覆范围为石墨电极夹头的外表面部分，其中硅芯与石墨、石墨与电极接触的部分应该避免碳化硅涂覆。碳化硅中的Si和C的共价键键能很高，具有化学性质稳定、热导率高、线膨胀系数低和耐高温耐氧化等特点，是一种石墨热防护材料。本实用新型的石墨电极夹头通过CVD法沉积一层碳化硅涂层，可以有效阻断石墨与还原炉内物料的直接接触，控制碳元素在高温条件下的释放。

进一步地，所述碳化硅涂层和石墨电极夹头的接触面为碳化硅晶体的111面。

进一步地，所述夹头本体的垂直高度为120～150mm。高度过高会导致硅芯固定不牢固导致沉积初期硅芯晃动过大，引起硅芯倒棒；高度过低则可能使得沉积初期硅芯底部温度过低导致沉积速率过低引起硅棒倒棒。

进一步地，所述夹头上部设有用于夹持硅芯的卡接孔，且所述卡接孔沿硅芯伸入方向逐渐减小。所述卡接孔的垂直深度为50～80mm，插入的深度过大则容易引起石墨夹头外部硅沉积量过大提高裂棒的风险，插入的深度过小则对硅芯的固定不牢固，加大初期倒棒的风险。

进一步地，所述夹头下部设有与电极相适配的圆台形凹槽，且所述圆台形凹槽沿电极伸入方向逐渐减小。所述圆台形凹槽下底面直径为30～50mm，所述圆台形凹槽高度为40～50mm，所述圆台形凹槽侧面的母线与石墨电极夹头的垂直中心线的夹角为12～15°。