[实用新型]区熔单晶炉单晶硅棒夹持机构

说明书

本实用新型是一种供区熔单晶炉拉制单晶硅棒（特别是拉制φ56mm以上  大直径单晶硅棒）的夹持机构。

现有技术引证：美国：USP4·045·183

西德：DEP  27·31·011、26·52·199、28·33·615

无位错高阻率的大直径（φ60～100mm）单晶硅是现代化高精尖及大型、复杂机电产品中不可缺少的半导体材料。生产大直径单晶硅棒除需要具有长而大的真空炉室的区熔炉和增大高频振荡器功率外，还要有保证单晶硅棒拉制过程中“不倒棒”的稳定机构。

为解决“不倒棒”问题，国外采用的方法可归纳为：

1.用石英砂填满于外筒和单晶硅棒及籽晶之间；

2.用低熔点金属充注于单晶硅棒缩颈部位，待金属冷固后增加硅棒稳定性。

3.用特种玻璃环托持硅棒，随着拉制温度的升降，玻璃环受热、变形再冷固而与硅棒紧密接触。

4.用电器或液压装置控制一个用钛或钼合金制造的夹持体和用电磁开关同步释放三根钛或钼制成的金属销来夹持单晶硅棒。

以上方法除充填物的蒸发造成炉室内气氛混浊、含杂影响硅棒质量外，还存在夹持装置结构复杂，需要全部高贵的耐高温金属制造，要有特殊的加热线圈，低熔点金属充注器和容器，内外托座，液压及电气控制机构等附属设备，工艺难度大、成本高等缺点。

本实用新型的目的是设计一种结构简单合理、操作方便、夹持稳定可靠，用国产金属制作，造价低廉，尺寸规格系列化，能适合于拉制多种直径规格（φ56～104mm）的无位错高阻率单晶硅棒夹持机构。

本实用新型的目的是通过以下方案来达到的：

夹持机构包括一个夹持体，一个夹持环，三根夹持棒和三个支持块、支持柱。整个夹持机构与真空炉室上、下轴、加热线圈同轴安装于炉室内。可随同下轴边旋转、边升降。夹持体安装的上端平面离高频加热线圈下端平面距离为60～100毫米。夹持体制成中空并焊有二块对称的隔水板，内腔上下相通，可通以循环水进行冷却，它还有三个均布对称的圆形斜孔，斜孔中心线与夹持体轴心线夹角为5°～45°，孔内插有等径或阶梯形不等径中空圆柱形夹持棒，夹持棒由支持块托住，支持块下方是支持柱，支持块用螺钉连接于夹持环上，可通过螺钉调节三个支持块的相对位置。夹持环由两个半圆环组成由螺钉连接成整圆并可微量调节其内径尺寸，拨叉焊于夹持环上。支持柱端头制成球面或阶梯形，夹持环，夹持体、夹持棒可制成系列化尺寸供拉制不同直径单晶硅棒。夹持体、夹持环，支持块、支持柱用普通耐酸不锈钢Cr18Ni9或Cr18Ni9Ti制作，夹持棒用耐高温的有色金属钛或钼制成，以适应摄氏千余度的高温。

使用时，当机械手拨动拨叉，拨叉带动夹持环转动，支持块脱离支持柱并同步释放三根夹持棒，夹持棒在重力作用下沿夹持体斜孔下滑，其端部接触单晶硅棒达到夹持目的。

本实用新型附图图面说明如下：

图1.单晶硅棒在拉制过程中运用夹持机构的分步动作示意图；

图2.是图1——C夹持部位正视图；

图3、是图2的    俯视示意图；

图4、是图2A部分结构节点图。

以下结合附图对本实用新型作进一步叙述：

在拉制单晶硅棒时将多晶硅棒悬挂于上轴（a）的下方，上轴（a）垂直装于主炉体（b）的上方，由传动系统带动，可作上、下移动也可作正反方向旋转，多晶硅棒穿过高频加热线圈（c）被高频电磁场感应加热熔化，温度为1420℃，经过引晶、缩颈、放肩等一系列工艺操作，生成无位错、高阻率单晶硅棒（d）。单晶硅下端由较细的籽晶支承着固定在下轴（f）上，下轴（f）也能作正反方向旋转并可随伸缩炉体（e）上下移动，伸缩炉体（e）与主炉体（b）由氟橡胶“O”形密封圈连接构成一体，炉室内可以抽成真空状或充以保护性气体（图1A－E），熔区中是被熔化的硅。熔态硅由于表面张力和受高频磁场的约束因而不会塌下来。拉制时单晶硅棒逐渐增长，多晶硅棒越来越短，最后经过拉断处理只剩下一段小小的料头，至此，整根单晶硅棒长成。当被拉制的单晶硅棒直径不大（如φ50毫米）时，长500毫米的硅棒重量仅为2公斤；而拉制直径增大到φ100mm，拉制长度为1000毫米时（直径增大，相应的长度必然增长）硅棒重量则为18公斤，只靠一只纤细的籽晶来支承是不可靠和不稳定的，特别是籽晶经不起水平方向分力的冲击，容易发生“倒棒”现象，因而必须有一个夹持机构“扶着”单晶硅棒，以增加它的稳定性。