[发明专利]单晶炉的自动加料装置及其操作方法

说明书

本发明涉及一种单晶炉的自动加料装置及其操作方法，所述自动加料装置包括称重机构、主控制器、加料机构和储料箱；加料机构包括料箱、电机、转轴和挡板；料箱上具有进料口和出料口；转轴转动连接在料箱上且与电机的输出轴固定连接，转轴的轴向中部的周缘上具有开口，开口径向向内延伸形成舱口；所述挡板固定连接在料箱上且靠紧在转轴的轴向中部的周缘上；所述储料箱固定连接在料箱的进料口处且与该进料口连通。所述电机和称重机构均与主控制器电连接或者无线信号连接。采用本发明的自动加料装置的单晶炉在进行单晶棒的连续拉制过程中，坩埚内的液体硅料在连续加料中液面保持平稳、晶体能稳定生长，不会出现多晶生长现象。

技术领域

本发明涉及一种单晶炉的部件，特别涉及一种单晶炉的自动加料装置及其操作方法。

背景技术

硅材料按照晶体结构可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。单晶硅材料是指硅原子在三维空间有规律周期性的不间断排列，形成一个完整的晶体材料，材料性质体现的是各向异性，即在不同的晶体方向上各种性质都存在差异。多晶硅材料则是指由两个以上尺寸不同的单晶硅组成的硅材料，它的材料性质体现的是各向同性。非晶硅材料是指硅原子在短距离内有序排列而在长距离内无序排列的硅材料，其材料的性质显示各向同性。对于多晶硅来说，熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，结晶成多晶硅。若熔融的单质硅在凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。

目前制造单晶硅的方法主要有直拉法、磁场直拉法、区熔法以及双坩埚拉晶法。单晶炉是一种在保护性气体（氮气、氦气为主）环境中，用加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生长无错位单晶的设备。单晶炉广泛用于太阳能光伏发电的单晶硅棒制造和半导单晶硅棒的制造。太阳能光伏发电是全世界公认的清洁能源，它取之不尽，用之不竭，是人类发展所需的理想的能源，世界各国都在大力发展。但是，其发展受制于两个瓶颈，一是受制于材料的光电转换效率，二是太阳能光伏发电组件制造成本较高，尤其是前期制造所需要消耗的能源比较高，因此整体应用和普及速度不快。在光电转换效率方面，虽然近几年有了一定的提高，单位组件的成本也有下降，推动了光伏产业的发展。但由于转换效率有极限限制，提升空间越来越窄，后续发展空间很少，从而转换效率的因素对后续快速发展光伏发电的动能越来越小。

目前降低制造单晶硅的能耗的改进主要围绕两个方面进行，一是改变投料的方式，也即将停炉投料改变为不停炉投料。二是改变拉制单晶硅棒方法，也即由分步法拉制单晶硅棒改变为连续法拉制单晶硅棒。

对于不停炉投料，中国专利文献CN101403136A（专利申请号为200810175871.1以下简称文献1）公开了一种硅单晶炉连续投料装置及设有该装置的硅单晶炉。文献1多出了一个设置在硅单晶炉主室上部的硅单晶炉副室，所述的硅单晶炉连续投料装置设置在副室中。所述的硅单晶炉装置包括料筒，料筒的底边内翻并卡设一硅片。使用时料筒中装有硅原料，料筒进入副室后，由上向下由其上部外侧坐落在设置在主室的上端开口处的销轴上，通过相应的传动机构使得压杆向下运动，从而压碎硅片，而使得硅片与硅原料一起落入石英坩埚的溶硅液面，而完成投料。文献1的投料装置能够在不开炉的条件下，连续向石英坩埚内投料，使得硅单晶炉产量和成品率增高，降低能耗和成本，但是却存在结构及操作较为复杂的问题。另外，由于这种投料方式是将一炉料一次性投下，在完成一炉原料拉晶生产后，在不停炉的情况下，为准备新一炉的原料，而进行的投料方面的改进，故无法进行单晶硅棒的连续拉制。