单晶炉自动引晶系统及方法
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
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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