一种新型直拉硅芯炉的制作方法

1.本实用新型涉及硅芯制备技术领域，尤其是涉及一种新型直拉硅芯炉。


背景技术：

2.硅芯的制备主要方法有fz法（区熔提拉法）和cz法（直拉法）二种，由于同重量的方硅芯的制备成本比圆硅芯低，因而目前光伏市场主要使用采用cz法生产的硅芯圆棒经过切割和退火工序后加工成的方硅芯。
3.fz法（区熔提拉法）使用的设备主要包括区熔炉；在fz法生产过程中，把直径在20～50毫米的硅棒在区熔炉中充满惰性气体的真空炉膛内用高频感应加热，使硅棒的顶部局部熔化，再从区熔炉的上部放入5～7根直径在5～10毫米的籽晶与硅棒的顶部熔接，然后通过区熔炉的提拉装置慢慢向上提拉（区熔炉的提拉装置呈圆形），使其成为直径在7～10毫米、长度在1900～3000毫米之间的细长硅芯，其缺点是提拉速度慢、生产效率低、电力消耗大、设备投资大。
4.cz法（直拉法）使用的设备主要包括传统的直拉硅芯炉；在cz法生产过程中，将传统直拉硅芯炉的石英坩埚中熔融的原料用一根籽晶拉制成一根直径在200mm左右的硅芯圆棒；通过cz法生产的硅芯圆棒，需要再经过切割和退火工序后方可加工成方硅芯，切割和退火工序包括：头尾截断、方硅芯切割、磨锥打孔、退火和酸洗等工序。
5.cz法使用的传统直拉硅芯炉一次只能拉制一根硅芯圆棒，后续还需要经过切割和退火工序后才可加工制成方硅芯，生产效率较低，有待改进。


技术实现要素：

6.针对上述情况，本实用新型提供一种新型直拉硅芯炉，其对传统的直拉硅芯炉做了改进，即将与区熔炉的提拉装置相似的提拉结构应用到传统直拉硅芯炉中，结合了区熔提拉法和直拉法二者的优点，使得新型直拉硅芯炉能够一次拉制多个圆硅芯（即硅芯圆棒），提高了生产效率。
7.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
8.本实用新型提供一种新型直拉硅芯炉，其主要可以包括：炉体、石英坩埚和提拉结构；石英坩埚用于盛放熔融的原料，提拉结构可活动地设置在石英坩埚的上方，提拉结构用于固定和提拉多个籽晶。
9.在本实用新型的一些实施例中，提拉结构包括提拉件，多个籽晶固定在提拉件的下方。
10.在本实用新型的一些实施例中，提拉件呈圆形，提拉件的外侧与炉体上部的内壁滑动配合。
11.在本实用新型的一些实施例中，炉体的上方设置有提拉头，提拉头与提拉件连接。
12.在本实用新型的一些实施例中，提拉头与提拉件通过钨丝绳连接。
13.在本实用新型的一些实施例中，多个籽晶均匀分布在提拉结构的下方。
14.在本实用新型的一些实施例中，籽晶有36个。
15.在本实用新型的一些实施例中，籽晶有46个。
16.在本实用新型的一些实施例中，新型直拉硅芯炉还包括用于使任意相邻两个籽晶的间距保持稳定的稳定支架。
17.在本实用新型的一些实施例中，稳定支架的下端与籽晶的下部连接。
18.本实用新型实施例至少具有如下优点或有益效果：
19.传统直拉硅芯炉一次只能拉制一根圆硅芯（即硅芯圆棒）；与传统直拉硅芯炉相比，新型直拉硅芯炉做出了改进；新型直拉硅芯炉的提拉结构能够同时固定和提拉多个籽晶，使得新型直拉硅芯炉能够一次拉制多个圆硅芯，而无须再像现有技术一样还要经过切割和退火工序加工成方硅芯，这既提高了生产效率，又减少了工序和设备投入。
20.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得明显，或者通过实施本实用新型而了解。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为传统直拉硅芯炉的结构示意图；
23.图2为新型直拉硅芯炉的结构示意图。
24.图标：
25.11-炉体，12-石英坩埚，13-籽晶，14-钨丝绳，15-提拉头；
26.21-炉体，22-石英坩埚，23-籽晶，24-提拉件，25-提拉头，26-钨丝绳，27-稳定支架。
具体实施方式
27.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。
28.在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。
29.此外，术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
31.下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
32.实施例
33.请参照图1，有一种传统直拉硅芯炉，其主要可以包括：炉体、石英坩埚、籽晶、钨丝绳和提拉头，石英坩埚用于盛放熔融的原料，籽晶用于引晶，钨丝绳用于提拉籽晶得到圆硅芯，提拉头用于提拉钨丝绳和籽晶。
34.请参照图1～图2，本实施例提供一种新型直拉硅芯炉，其在上述传统直拉硅芯炉的基础上作出了改进，新型直拉硅芯炉主要可以包括：炉体、石英坩埚和提拉结构，石英坩埚用于盛放熔融的原料，提拉结构可活动地设置在石英坩埚的上方、用于固定和提拉籽晶，籽晶用于引晶。
35.提拉结构主要可以包括提拉件；在本实施例中，优选地，提拉件参考现有区熔炉的提拉装置设置，提拉件呈圆形，提拉件上可以均匀分布有多个与籽晶相匹配的孔洞，籽晶的上端位于孔洞内；在本实施例中，优选地，提拉件的外侧与炉体上部的内壁滑动配合，以便于使提拉件能够平稳地上移。
36.籽晶例如可以有36个或46个，36个或46个籽晶可以圆形阵列地均匀分布在提拉件的下方，籽晶的下端能够与石英坩埚内熔融的原料接触。
37.炉体的上方设置有提拉头，提拉头位于提拉件的上方，提拉头与提拉件通过钨丝绳连接，提拉头用于上移钨丝绳和提拉件。
38.籽晶的长度较长，为了更好地固定籽晶，新型直拉硅芯炉还可以包括用于使任意相邻两个籽晶的间距保持稳定的稳定支架，具体的，稳定支架的上端固定于提拉件、下端靠近籽晶的下部设置，稳定支架的下端能够与籽晶的下部连接、用于支撑籽晶的下部，以免相邻籽晶之间相互碰撞。需要说明的是，稳定支架的作用是使任意相邻两个籽晶的间距保持稳定，本实施例不限制稳定支架的结构，只要稳定支架能够达到上述目的即可。
39.新型直拉硅芯炉在拉晶过程中能够一次拉制出多根长度超过3米的圆硅芯产品，每次能拉制硅芯36或46根，拉速一般为5～6mm/min，拉制36或46根圆硅芯大约需要10小时；拉制完成后可通过专业取棒工装取下圆硅芯，向石英坩埚内加入新的硅料，以便于继续第二次拉制、实现石英坩埚寿命期内的连续多棒拉制；若按87小时测算，圆硅芯可以产出320支左右。
40.由上述内容可知，传统直拉硅芯炉一次只能拉制一根圆硅芯；与传统直拉硅芯炉相比，本实施例的新型直拉硅芯炉做出了改进，将与区熔炉的提拉装置相似的提拉结构应用到传统直拉硅芯炉中，结合了区熔提拉法和直拉法二者的优点，具体来说，新型直拉硅芯炉的提拉结构能够同时固定和提拉多个籽晶，使得新型直拉硅芯炉能够一次拉制多个圆硅芯，而无须再像现有技术一样还要经过切割和退火工序将硅芯圆棒加工成方硅芯，这既提高了生产效率，又减少了工序和设备投入。
41.需要说明的是，提拉结构的作用是固定和提拉籽晶，上述提拉结构只是一个优选的具体实施方式，提拉结构也可以呈其他形状，只要能够达到上述目的即可，本实施例就不再一一列举。
42.最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化，在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。凡在本实用新型的精神和原则
之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种新型直拉硅芯炉，包括炉体、石英坩埚和提拉结构，所述石英坩埚用于盛放熔融的原料，所述提拉结构可活动地设置在所述石英坩埚的上方，其特征在于：所述提拉结构用于固定和提拉多个籽晶；所述提拉结构包括提拉件，多个籽晶固定在所述提拉件的下方；所述提拉件上分布有多个与籽晶相匹配的孔洞，籽晶的上端位于孔洞内；所述提拉件呈圆形，所述提拉件的外侧与所述炉体上部的内壁滑动配合；所述新型直拉硅芯炉还包括用于使任意相邻两个所述籽晶的间距保持稳定的稳定支架。2.根据权利要求1所述的新型直拉硅芯炉，其特征在于，所述炉体的上方设置有提拉头，所述提拉头与所述提拉件连接。3.根据权利要求2所述的新型直拉硅芯炉，其特征在于，所述提拉头与所述提拉件通过钨丝绳连接。4.根据权利要求1所述的新型直拉硅芯炉，其特征在于，多个籽晶均匀分布在所述提拉结构的下方。5.根据权利要求1所述的新型直拉硅芯炉，其特征在于，所述籽晶有36个。6.根据权利要求1所述的新型直拉硅芯炉，其特征在于，所述籽晶有46个。7.根据权利要求1所述的新型直拉硅芯炉，其特征在于，所述稳定支架的下端与所述籽晶的下部连接。

技术总结
本实用新型提供了一种新型直拉硅芯炉，涉及硅芯制备技术领域，其包括炉体、石英坩埚和提拉结构；石英坩埚用于盛放熔融的原料，提拉结构可活动地设置在石英坩埚的上方，提拉结构用于固定和提拉多个籽晶。传统直拉硅芯炉一次只能拉制一根圆硅芯（即硅芯圆棒）；与传统直拉硅芯炉相比，新型直拉硅芯炉做出了改进；新型直拉硅芯炉的提拉结构能够同时固定和提拉多个籽晶，使得新型直拉硅芯炉能够一次拉制多个圆硅芯，而无须再像现有技术一样还要经过切割和退火工序加工成方硅芯，这既提高了生产效率，又减少了工序和设备投入。又减少了工序和设备投入。又减少了工序和设备投入。


技术研发人员：刘杰 何川
受保护的技术使用者：四川永祥硅材料有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/9/16