[发明专利]一种可提拉的直拉法单晶硅夹持机构及工作方法

说明书

本发明公开了一种可提拉的直拉法单晶硅夹持机构及工作方法，主要包括电动推杆、单晶硅棒、电动滑块、夹持环机构、电动导轨、凸轴；炉壳上部设有套筒，所述凸轴设于所述电动导轨上部，所述电动推杆与所述凸轴通过螺纹连接；所述电动滑块一侧存在双层凹槽；所述夹持环机构分为夹持基座和夹持环，所述夹持基座侧部的旋块与双层凹槽嵌入配合；所述夹持环设有滚轮，两个夹持环通过插柱与凹槽配合对接。使用该装置时需将硅棒拉制出腰部，电动推杆推动凸轴，带动电动导轨从两侧向中心移动，使夹持环机构夹持住腰部，防止硅棒晃动，同时协助提拉线提拉，降低负载，并防止因单晶硅棒重量过大导致细颈断裂，有利于减小安全隐患并提升单晶硅质量。

技术领域

本发明涉及单晶硅生产制备技术领域，尤其涉及一种直拉法单晶硅棒生产用提拉和夹持机构。

背景技术

单晶硅是半导体电子材料与太阳能电池材料的主要来源。目前，单晶硅正朝着大尺寸、高效率，低成本的方向发展。

直拉法（CZ）是生产单晶硅最常用的一种方法。在单晶炉中将原料放在坩埚中熔化，在合理的温场下，使装在籽晶杆上的单晶籽晶接触到熔体，在籽晶与熔体的固液界面上因温度差形成过冷，于是熔体开始在籽晶表面凝固并生长成与籽晶具有相同晶体结构的单晶，籽晶同时以极缓慢的速度被提拉线往上拉升，并伴随一定的转速旋转，随着籽晶的向上拉升，熔体逐渐凝固在固液界面上，进而形成轴对称的单晶硅棒。整个工艺包括缩颈、放肩、转肩、等径生长、收尾等几个阶段。

目前国内外普遍采用软轴单晶炉进行直拉法单晶硅的制备，随着直拉法单晶硅直径以及长度的不断增加，提拉线长度与晶体重量也在随之增加，导致单晶硅棒晃动的风险增大，同时提拉线的负载增大和溅料的发生还容易引起提拉线强度降低，并且重量过大的单晶硅棒还可能会引发细颈断裂。

坩埚旋转、籽晶提升旋转机构运行不平稳，冷却水的不稳定流动过程中产生的振动，以及由单晶炉外部因素引发的单晶硅棒晃动等，会引发严重的安全性问题且不利于提高单晶硅材料的质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服目前直拉法单晶硅生产过程中现有技术的问题与不足，提供一种可提拉的直拉法单晶硅夹持机构及工作方法，使夹持机构可以夹持正在提拉的单晶硅棒，在防止单晶硅棒晃动的同时不影响单晶硅棒的旋转，并可协助提拉线提升单晶硅棒，减小提拉线的负载，延长提拉线的使用寿命，同时还有利于保留细颈排出位错。

为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明提出的解决方案是：一种可提拉的直拉法单晶硅夹持机构，包括炉壳和单晶硅棒，所述炉壳的两侧对称设置有套筒，所述炉壳内侧设有两条电动导轨，所述电动导轨上设有朝外的凸轴，所述凸轴穿过所述套筒后末端与电动推杆通过螺纹连接，所述凸轴与所述套筒滑动副连接，从而依靠电动推杆来推动所述电动导轨水平移动；每条所述电动导轨上安装有电动滑块，所述电动滑块上安装有夹持基座，所述夹持基座上固定有上下对称设置的两个夹持环，两个夹持环之间安装有若干个转动滚轮，所述单晶硅棒位于所述转动滚轮的中间。

上述方案中，所述电动滑块的一侧设置有双层凹槽，所述双层凹槽内层为扁圆柱形空间，所述双层凹槽外层设有边缘块；所述夹持基座上固定设置旋块，所述旋块具有扇形外层叶片和内层圆柱，所述外层叶片厚度与所述双层凹槽的内层厚度相同，所述外层叶片外层外径与所述双层凹槽的内层直径相同，所述外层叶片轮廓与边缘块轮廓相贴合，所述内层圆柱直径与所述外层叶片内径相同，从而实现将所述旋块与所述双层凹槽嵌入配合在一起。

上述方案中，所述电动滑块底部设有夹持环限制块，所述夹持环限制块一侧设有通孔，通孔内侧为光滑表面，所述电动滑块底部设置有螺纹凸起，所述螺纹凸起顶部存在螺纹，所述夹持环限制块套在所述螺纹凸起上，由螺帽进行固定。

上述方案中，所述电动导轨与所述电动滑块为一体结构，共同连接外部电路来控制所述电动滑块的上下移动。

上述方案中，每个所述夹持环由两个半圆环拼装而成，每个所述半圆环的圆环切端面上对应设置插柱和凹槽，依靠插柱和凹槽的配合将两个半圆环拼装成整个夹持环。