[实用新型]用于拉晶设备的可调式多晶料夹持装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及非金属晶体的制造设备，尤其是一种用于拉晶设备的可调式多晶料夹持装置。

背景技术

硅材料是现代信息社会的基础，它不仅是光伏发电等产业的主要功能材料，也是半导体产业，特别是电力电子器件的基础材料。区熔法(FZ)生产单晶硅是区别于直拉炉(CZ)的一种新型的单晶生长方法，它利用高频感应加热线圈将高纯度的多晶料局部融化，熔区依靠熔硅的表面张力和加热线圈提供的磁托浮力而处于悬浮状态，然后从熔区的下方利用籽晶将熔硅拉制成单晶。由于没有坩埚污染，区熔炉生长的单晶硅纯度高，均匀性好，低微缺陷，其优良的电学性能非常适合制作高反压、大电流、大功率的电力电子器件。

一般区熔单晶生产的过程是按照如下的顺序进行的：炉室清理——多晶料装炉——晶体生长——停炉冷却——取出单晶。其中炉室清理、装料等准备工作时间占整个生产周期比例较高，造成生产效率不高。同时由于区熔法生产单晶纯度、均匀性要求较高，且区熔生长法熔区呈悬浮状态，多晶硅料微小的震动都可能打破熔区的平衡状态。这对多晶料的装夹稳定、可靠性和装夹时间都提出了更高的要求，否则容易造成单晶生长失败，甚至是设备的损坏。

在一般的圆柱形坯料夹持机构中，最经典的是车床卡盘式夹持方式，采用的是靠卡盘等机构加压夹持被夹持多晶料，利用被夹持件的挤压变形来实现夹持的。针对区熔单晶炉多晶料的夹持机构尚未有见报道。中国专利CN 1413785A中公开了一种柱状物的夹持机构，是对车床卡盘式夹持方式的改进，能够适应端部形成突缘的柱状物的场合，夹持效果较为理想。但是，传统的这种靠挤压圆形料变形而实现夹持的夹持机构无法满足现在区熔炉多晶料夹持的要求：这种夹持机构一般都采用了连杆机构，较为复杂，尺寸较大，而区熔单晶炉炉室内空间较小，难以满足区熔炉的安装要求；采用挤压变形夹持，可靠性不高，因为在区熔单晶炉生产中，多晶料会被局部加热到1450℃以上，通过辐射热传导等方式，夹持部位也会温度上升，热变形和挤压变形相互影响可能会造成夹持不可靠，对设备造成损坏；夹持和调整较为麻烦，影响生产效率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种稳定可靠的用于拉晶设备的可调式多晶料夹持装置。在区熔单晶生产中，可通过简单的操作实现多晶料的装夹、对心和水平调整，同时可以适应不同尺寸的多晶料要求，减少拉晶准备时间，提高生产效率。

为了解决技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种用于拉晶设备的可调式多晶料夹持装置，包括坯料夹头，其下端设台阶状突起；该装置还包括均具有圆盘状主体的直槽夹料盘、弯槽夹料盘和固定夹料盘，其中：直槽夹料盘的中心设有圆柱段，圆柱段的上端为球头，且球头的直径大于圆柱段的横截面直径；在圆盘状主体上设有至少一条径向的直槽，该直槽为贯通的开孔；弯槽夹料盘具有与直槽夹料盘上直槽数量对应的曲线状的弯槽，该弯槽为贯通的开孔，具有从弯槽夹料盘的中心向边缘延伸的方向；位于直槽夹料盘上方的固定夹料盘，具有一条从中心至边缘的径向的贯通的槽；在圆盘状主体的中心处设有贯通开孔的球形凹槽，直槽夹料盘的圆柱段能够通过固定夹料盘的槽进入球形凹槽处；直槽夹料盘的球头的直径大于所述槽的宽度及球形凹槽的开孔尺寸，球头与球形凹槽为配合关系，并使球头嵌套于其中；弯槽夹料盘位于直槽夹料盘的下方，所述坯料夹头贯穿直槽和弯槽，并通过与夹紧螺钉的配合实现直槽夹料盘和弯槽夹料盘的活动连接和平面贴合；坯料夹头与直槽具有相对应的数量，且一一对应。

坯料夹头下端的台阶状突起能够嵌入多晶料头部预先切割好的沟槽中，实现夹紧和定位。

本实用新型中，所述直槽夹料盘和弯槽夹料盘通过质口定位，即：在两者相对一侧的中心各设置相互配合的突起部位和凹陷部位，当平面贴合时由该突起部位和凹陷部位实现定位。

本实用新型中，所述直槽夹料盘上的直槽数量为3～5条，各直槽完全一致，均布于直槽夹料盘上；与此相适应地，弯槽夹料盘具有相同数量的弯槽，各弯槽完全一致，均布于弯槽夹料盘上。

本实用新型中，所述弯槽夹料盘上的弯槽的长度为50～400mm，所述直槽夹料盘上直槽的长度为50～400mm，可以适应2～15英寸多晶料的夹持要求。

本实用新型中，所述弯槽夹料盘上弯槽的曲线形状具有如下特征：曲线的半径随着角度变化而增大。

作为优选的，弯槽曲线可以是阿基米德落线，曲线半径随着随着角度变化线性均匀增大，即满足如下极坐标方程：r(θ)＝a+b(θ)。

作为优选的，弯槽曲线可以是渐开线，即满足如下极坐标方程：