[发明专利]制造硅单晶的设备

说明书

本发明涉及一中配备加料装置的制造硅单晶的设备，该加料装置可将硅粒原料连续加进坩埚。

在此之前，用引上法（Chochralski）制造硅单晶的公知设备包括这样一类设备，它可连续提拉单晶硅，同时将颗粒原料加进坩埚。在此情况下，一般选用振动加料器作原料加料器是由于它结构简单。振动加料器就是把原料颗粒加到振动板上，通过振板振动加进原料粒。采用这种办法，加料速度仅通过控制振板的振动幅度或振动次数来进行控制。日本专利公开JP-61-17537提供了一种类型的振动加粒器。

使用这种加料器，原料尺寸的大小显著影响原料的进料速度。换言之，进料速度将随原料颗粒尺寸的增大而增加，随颗粒尺寸的减小而降低。硅粒的实际尺寸变化很大，它的粒度分布范围为大约0.1-5mmΦ。

此外，将这些颗粒完全混和是困难的。所以，只分离大颗粒或只分离小颗粒的情况在所难免。因此在振动加料器的情况下，因原料粒的这一分离现象而造成进料速度的改变亦不可避免。从单晶生长的角度看，由于这种速度的变化改变了单晶生长坩埚的热场，所以它不合要求。

回转阀是另外一类的、可运行的加料装置。图11是回转阀的剖视图。数标41是转子，41a是轴，41b是叶片。42是外壳，43是颗粒贮存斗。在这种回转阀中，转子41有多个固定在轴41a上的叶片41b，并在外壳42内旋转。从上部贮料斗43排出的颗粒被送进叶片41b和外壳42之间的空间，随后相继从外壳42的下部排出。

另一方面，颗粒在回转阀中转子叶片和外壳之间易于堵塞。发生这种情况时转子不再转动。

还有，由于颗粒在外壳内以转子旋转而运动，则颗粒在外壳内表面产生磨擦。结果，外壳内壁磨损。外壳内壁磨损将导致硅晶体内的杂质。考虑到这两个问题，使用回转阀作为原料的加料方法并非优选。

本发明的目的是提供一种硅粒加料装置，该装置用在连续加料型引上法制造硅单晶的设备中，该引上法生长单晶的同时可将原料硅粒加进坩埚。

为实现上述目的，本发明提供一种硅粒加料装置，它包括一种转筒，该转筒外圆表面上备有多个凸起或沟槽;并且包括一个卧式旋转轴;硅粒贮存斗安置在转筒上方;以及与转筒和贮料斗相配套的箱体，箱体内用惰性气体代替大气气氛;贮料斗底部排出口和转筒外圆表面之间的距离要进行选择，使得该距离大于硅粒的最大直径，还要使得从贮料斗底部排出口排出的硅粒在转筒上边堆积，形成一个停止转筒旋转的静止角，从而停止加料。

从贮料斗底部排出口排出的硅粒原料先降落到转筒的外圆表面上。因为转筒外圆表面上有多个凸起或沟槽，硅粒原料不能脱离而停在外圆表面。硅粒料只能随转筒转动而向下降落。降落的硅原料被送进坩埚。硅料的进料速度将受转筒的转速控制。

转筒停转时，由于有颗粒料的静止角，从贮料斗底部排出口排出的硅粒料堆积在转筒的外圆表面。换言之，停止原料加进坩埚。如果贮料斗底部排出口与转筒外圆表面之间的距离过大，就不会形成静止角，因之硅粒也不会在停转的转筒上停留。与之相反，如果该距离小于硅粒的最大直径，硅粒将在转筒与底部排出口之间被挤塞，于是阻止转筒旋转。

影响硅粒原料进料速度的因素是贮料斗底部排出口与转筒外圆表面之间的距离和转筒转速。进料速度实际上不受原料颗粒尺寸的影响。因此在运行中，硅粒的进料速度可用控制筒转速的方式来控制。

图1是本发明一种实施方案中硅粒原料加料装置的纵向剖视图。

图2是本发明实施方案中转筒外圆表面制成齿状凸起的一个实施例示意图。

图3是制成图2凸起的转筒的贮料斗底部排出口之间以静止角使硅粒停留的状态示意图。

图4是本发明另个实施方案中转筒外圆表面形成弯拱状沟槽的原料加料装置剖视图。

图5是本发明实施方案中转筒外圆表面部位形成平行平板状凸起实例的示意图。

图6是本发明实施方案中转筒外圆表面部位形成圆柱状凸起实例的示意图。

图7是本发明实施方案中转筒外圆表面部位形成平行垅沟状沟槽实例的示意图。

图8是由图7所示沟槽改进成网状形式的示意图。

图9是作成凹坑状沟槽实例的示意图。

图10是由图6所示圆柱状凸起和图9所示凹坑状沟槽相结合使用的示意图。

图11是常规回转阀实例的纵向剖视图。

图12是另个常规回转阀实例的纵向剖视图。