单晶炉自动引晶系统及方法

xiaoxiao2020-09-10  1

专利名称:单晶炉自动引晶系统及方法
技术领域
本发明涉及单晶硅领域,尤其涉及一种单晶炉引晶系统及方法。
背景技术
单晶炉是多晶硅转化为单晶硅工艺过程中的必备设备,而单晶硅又是光伏发电和 半导体行业中的基础原料。单晶硅作为现代信息社会的关键支撑材料,是目前世界上最重 要的单晶材料之一,它不仅是发展计算机与集成电路的主要功能材料,也是光伏发电利用 太阳能的主要功能材料。单晶炉引晶过程如下在硅单晶拉制过程中,当籽晶插入熔体时,由于受到籽晶与 熔硅的温度差所造成的热应力和表面张力作用产生位错,因此在熔接上要进行引细晶,引 细晶到3 5mm,这样在冷却过程中热应力很小,不会产生位错,引晶长度12(Tl50mm后可以 进行放肩。现有技术中引晶时通过人工目测不断估测籽晶的生长直径大小,若偏大,则加快 电机的转速,提高籽晶生长速度;若偏小,降低电机的转速,降低籽晶生长速度,以保证引晶 的顺利进行。这种人工目测手动调节的方法可靠性差,对员工经验要求很高。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种单晶炉自动引晶系统及方法,通过PLC自 动控制籽晶的生长速度和硅液温度,提高了产品质量。本发明是这样实现的一种单晶炉自动引晶系统,包括炉体、电机、绕线轮、籽晶 绳、重锤、红外测温仪、CXD摄像机、加热器和盛料杯,所述的电机和绕线轮固定在炉体的顶 部,电机的输出轴与绕线轮相连;所述的炉体上开有第一观察窗和第二观察窗,所述的红外 测温仪固定在炉体外部对应第一观察窗,所述的CCD摄像机固定在炉体外部对应第二观察 窗;所述的重锤设置在炉体内,所述的籽晶绳一端与绕线轮相连,籽晶绳另一端与重锤相 连,籽晶绳悬吊住重锤;所述的盛料杯设置在炉体内位于炉体的底部,所述的加热器设置在 盛料杯外圈;所述加热器的控制电源与PLC控制器相连,所述的红外测温仪和CCD摄像机的 数据输出端与PLC控制器相连,所述的PLC控制器控制连接电机。所述的第一观察窗设置在炉体的顶部,所述的第二观察窗设置在炉体的侧壁。—种单晶炉自动引晶方法,包括以下步骤
步骤一、通过PLC控制器控制加热器将盛料杯中的硅料加热到145(Γ1500度熔化成硅 液,再逐步稳定到引晶温度1420士2度;
步骤二、硅液温度达到设定的引晶温度后,PLC控制器根据设定的速度控制电机旋转, 使籽晶浸入硅液中,稳定30飞0分钟后开始引晶;
步骤三、引晶时通过调节电机的转速控制籽晶的生长直径,使籽晶的生长直径稳定在 4^6mm,并在引晶时保证硅液的温度稳定在1420 士 2度,完成引晶。本发明单晶炉自动引晶系统及方法通过PLC控制器自动控制引晶过程中的硅液 温度和籽晶的生长直径,使得引晶表面更加光滑,位错排除的更好,同时在拉晶过程中晶体
3不易断线,对员工的操作技能要求低,设备操作性好,能保证大规模的工业生产质量。


图1为本发明单晶炉自动引晶系统结构示意图。图中1炉体、2电机、3绕线轮、4籽晶绳、5重锤、6红外测温仪、7CXD摄像机、8加 热器、9盛料杯、10籽晶、11第一观察窗、12第二观察窗。
具体实施例方式下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明表述的内容之后,本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。实施例1
如图1所示,一种单晶炉自动引晶系统,包括炉体1、电机2、绕线轮3、籽晶绳4、重锤5、 红外测温仪6、CXD摄像机7、加热器8和盛料杯9,所述的电机2和绕线轮3固定在炉体1 的顶部,电机2的输出轴与绕线轮3相连;所述的炉体1上开有第一观察窗11和第二观察 窗12,所述的第一观察窗11设置在炉体1的顶部,所述的第二观察窗12设置在炉体1的侧 壁,所述的红外测温仪6固定在炉体1外部对应第一观察窗11,所述的CXD摄像机7固定在 炉体1外部对应第二观察窗12 ;所述的重锤5设置在炉体1内,所述的籽晶绳4 一端与绕 线轮3相连,籽晶绳4另一端与重锤5相连,籽晶绳4悬吊住重锤5,籽晶10悬挂在重锤5 的底部;所述的盛料杯9设置在炉体1内位于炉体1的底部,所述的加热器8设置在盛料杯 9外圈;所述加热器8的控制电源与PLC控制器相连,所述的红外测温仪6和CXD摄像机7 的数据输出端与PLC控制器相连,所述的PLC控制器控制连接电机2。一种单晶炉自动引晶方法,包括以下步骤
步骤一、首先PLC控制器从PC工控机接收设定参数,然后通过PLC控制器调节加热器 8的控制电源功率,使盛料杯9中的硅料被加热到145(Γ1500度熔化成硅液,再逐步稳定到 引晶温度1420 士 2度;
步骤二、硅液温度达到设定的引晶温度(1420士2度)后,PLC控制器根据设定的速度 (25(T350mm/min)控制电机2旋转使绕线轮3缓慢放下重锤5,使籽晶10浸入硅液中,稳定 3(Γ60分钟后开始引晶;
步骤三、引晶时通过调节电机2的转速控制籽晶10的生长直径,若直径偏大,则加快电 机2的转速,提高籽晶10生长速度;若直径偏小,降低电机2的转速,降低籽晶10生长速 度,使籽晶10的生长直径稳定在4飞讓,并在引晶时保证硅液的温度稳定在1420士2度,完 成引晶。本方法中,通过红外测温仪6探测硅液温度后反馈给PLC控制器,通过CXD摄像机 7探测到籽晶10的生长直径后反馈给PLC控制器,实现精确的自动控制。
权利要求
1.一种单晶炉自动引晶系统,其特征是包括炉体(1)、电机O)、绕线轮(3)、籽晶绳 (4)、重锤(5)、红外测温仪(6)、CCD摄像机(7)、加热器(8)和盛料杯(9),所述的电机(2) 和绕线轮(3)固定在炉体(1)的顶部,电机O)的输出轴与绕线轮(3)相连;所述的炉体 (1)上开有第一观察窗(11)和第二观察窗(12),所述的红外测温仪(6)固定在炉体(1)外 部对应第一观察窗(11),所述的CCD摄像机(7)固定在炉体(1)外部对应第二观察窗(12); 所述的重锤(5)设置在炉体⑴内,所述的籽晶绳⑷一端与绕线轮(3)相连,籽晶绳⑷ 另一端与重锤( 相连,籽晶绳(4)悬吊住重锤(5);所述的盛料杯(9)设置在炉体(1)内 位于炉体⑴的底部,所述的加热器⑶设置在盛料杯(9)外圈;所述加热器⑶的控制电 源与PLC控制器相连,所述的红外测温仪(6)和CCD摄像机(7)的数据输出端与PLC控制 器相连,所述PLC控制器控制连接电机O)。
2.如权利要求1所述的单晶炉自动引晶系统,其特征是所述的第一观察窗(11)设置 在炉体(1)的顶部,所述的第二观察窗(1 设置在炉体(1)的侧壁。
3.一种使用如权利要求1或2所述的单晶炉自动引晶系统进行的单晶炉自动引晶方 法,其特征是,包括以下步骤步骤一、通过PLC控制器控制加热器(8)将盛料杯(9)中的硅料加热到145(Γ1500度 熔化成硅液,再逐步稳定到引晶温度1420士2度;步骤二、硅液温度达到设定的引晶温度后,PLC控制器根据设定的速度控制电机⑵的 旋转,使籽晶(10)浸入硅液中,稳定3(Γ60分钟后开始引晶;步骤三、引晶时通过调节电机O)的转速控制籽晶(10)的生长直径,使籽晶(10)的生 长直径稳定在r6mm,并在引晶时保证硅液的温度稳定在1420 士 2度,完成引晶。
全文摘要
本发明涉及单晶硅领域,尤其涉及一种单晶炉引晶系统及方法。一种单晶炉自动引晶系统,包括炉体、电机、绕线轮、籽晶绳、重锤、红外测温仪、CCD摄像机、加热器和盛料杯,所述的红外测温仪固定在炉体外部对应第一观察窗,所述的CCD摄像机固定在炉体外部对应第二观察窗,所述加热器的控制电源与PLC控制器相连,所述的红外测温仪和CCD摄像机的数据输出端与PLC控制器相连,所述的PLC控制器控制连接电机。本发明单晶炉自动引晶系统及方法通过PLC控制器自动控制引晶过程中的硅液温度和籽晶的生长直径,使得引晶表面更加光滑,位错排除的更好,同时在拉晶过程中晶体不易断线,对员工的操作技能要求低,设备操作性好,能保证大规模的工业生产质量。
文档编号C30B15/20GK102134739SQ20111005426
公开日2011年7月27日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者刘书强 申请人:宁夏日晶新能源装备股份有限公司

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