一种直拉单晶硅棒取晶装置及其取晶工艺
阅读说明：本技术 一种直拉单晶硅棒取晶装置及其取晶工艺 (Crystal taking device and crystal taking process of straight pulling single crystal silicon rod ) 是由 郭志荣 张文霞 高润飞 王林 张石晶 郭谦 霍志强 于 2020-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种直拉单晶硅棒取晶装置,包括第一转轴、第二转轴、绕设于所述第一转轴设置的缆绳、用于驱动所述第一转轴旋转的第一驱动件和用于驱动所述第二转轴的第二驱动件,所述缆绳一端与所述第一转轴连接,另一端通过籽晶与单晶硅棒连接；所述第一驱动件带动所述第一转轴使所述单晶硅棒沿所述单晶硅棒轴线方向上下移动；所述第二驱动件带动所述第二转轴使所述单晶硅棒沿所述单晶硅棒轴线旋转移动。本发明还提出一种直拉单晶硅棒取晶工艺。本发明提出的取晶装置,结构设计简单且易于操作,能安全地使单晶硅棒取出并放置在取晶筒中,提高了取晶装置的使用寿命,适合各种直径的单晶硅棒的取晶操作,适普性广,取晶效果好,工作效率高。(The invention provides a crystal taking device for a czochralski monocrystalline silicon rod, which comprises a first rotating shaft, a second rotating shaft, a cable arranged around the first rotating shaft, a first driving part for driving the first rotating shaft to rotate and a second driving part for driving the second rotating shaft, wherein one end of the cable is connected with the first rotating shaft, and the other end of the cable is connected with the monocrystalline silicon rod through a seed crystal; the first driving part drives the first rotating shaft to enable the single crystal silicon rod to move up and down along the axis direction of the single crystal silicon rod; the second driving part drives the second rotating shaft to enable the single crystal silicon rod to rotate and move along the axis of the single crystal silicon rod. The invention also provides a crystal taking process of the Czochralski single crystal silicon rod. The crystal taking device provided by the invention is simple in structural design and easy to operate, can safely take out and place the single crystal silicon rod in the crystal taking cylinder, prolongs the service life of the crystal taking device, is suitable for crystal taking operation of the single crystal silicon rods with various diameters, and has the advantages of wide universality, good crystal taking effect and high working efficiency.)
技术领域
本发明属于太阳能直拉单晶硅单晶硅技术领域，尤其是涉及一种直拉单晶硅棒取晶装置及其取晶工艺。
背景技术
单晶硅棒逐步倾斜大尺寸化，现有拉制大尺寸单晶硅棒的直径最大可达到310mm，一般单晶硅棒直径超出240mm即为大直径单晶硅棒。现有拉晶工艺能拉制4-5m的大直径单晶硅棒，这类单晶硅棒长度较长，使得其整体重量较重，取晶时，在下降或者提升过程中若突然停顿，单晶硅棒受惯性跳的作用，很容易发生光缆断，尤其是提拉头铜十字架的磨损严重，对后期运行造成断揽风险，而且单晶硅棒受提拉或速降的影响极易产生晃动和抖动，更易导致籽晶断裂。
发明内容
本发明提供一种直拉单晶硅棒取晶装置及其取晶工艺，尤其是适用于大直径单晶硅棒的取晶操作，解决了现有因在取晶操作过程中无法改变速度而导致断揽或籽晶断裂的技术问题，本发明提出的取晶装置，结构设计简单且易于操作，能安全地使单晶硅棒取出并放置在取晶筒中，提高了取晶装置的使用寿命，适合各种直径的单晶硅棒的取晶操作，适普性广，取晶效果好，工作效率高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种直拉单晶硅棒取晶装置，包括第一转轴、第二转轴、绕设于所述第一转轴设置的缆绳、用于驱动所述第一转轴旋转的第一驱动件和用于驱动所述第二转轴的第二驱动件，所述缆绳一端与所述第一转轴连接，另一端通过籽晶与单晶硅棒连接；所述第一驱动件带动所述第一转轴使所述单晶硅棒沿所述单晶硅棒轴线方向上下移动；所述第二驱动件带动所述第二转轴使所述单晶硅棒沿所述单晶硅棒轴线旋转移动。
进一步的，所述第一转轴水平设置，所述第二转轴竖直设置，所述第一转轴与所述第二转轴通过连件连接设置，所述第二转轴可带动所述第一转轴一同旋转。
进一步的，还包括外设的控制器，所述控制器分别与所述第一驱动件和所述第二驱动件连接。
进一步的，所述第一驱动件和所述第二驱动件均为变速电动机。
一种直拉单晶硅棒取晶工艺，采用如上任一项所述的取晶装置，步骤包括：
上升：所述第一驱动件通过所述第一转轴带动所述单晶硅棒上升移动；
旋转：所述第二驱动件通过所述第二转轴带动所述单晶硅棒旋转移动；
下降：所述第一驱动件通过所述第一转轴带动所述单晶硅棒下降移动。
进一步的，在所述上升过程中，所述单晶硅棒先以设定的速度向上移动再减速直至停止，所述单晶硅棒向上移动的速度为300-600mm/min。
进一步的，在所述下降过程中，所述单晶硅棒先以设定的速度向下移动再减速直至停止，所述单晶硅棒向下移动的速度为200-600mm/min。
进一步的，所述单晶硅棒以所述速度300-600mm/min上升移动的距离至少为整体上升距离的2/3。
进一步的，所述单晶硅棒以所述速度300-600mm/min上升移动的距离大于以所述速度200-600mm/min下降的距离。
进一步的，在所述旋转过程中，所述单晶硅棒的旋转速度为定值，所述单晶硅棒的旋转速度为1-3r/min。
与现有技术相比，本发明提出的取晶装置，尤其是适用于大直径单晶硅棒的取晶操作，解决了现有因在取晶操作过程中无法改变速度而导致断揽或籽晶断裂的技术问题，结构设计简单且易于操作，能安全地使单晶硅棒取出并放置在取晶筒中，提高了取晶装置的使用寿命，适合各种直径的单晶硅棒的取晶操作，取晶效果好，工作效率高，实用性强且易于推广。
附图说明
图1是本发明一实施例的取晶装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例的取晶装置的俯视图。
图中：
10、第一转轴 20、第二转轴 30、第一驱动件
40、第二驱动件 50、缆绳 60、籽晶
70、连件 80、立柱 90、控制器
100、取晶筒
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本实施例提出一种直拉单晶硅棒取晶装置，如图1所示，包括第一转轴10、第二转轴20、绕设在第一转轴10设置的缆绳50、用于驱动第一转轴10旋转的第一驱动件30和用于驱动第二转轴20的第二驱动件40，缆绳50的一端与第一转轴10连接，另一端通过籽晶60与单晶硅棒连接，第一驱动件30带动第一转轴10从而使单晶硅棒沿其轴线方向上下移动；第二驱动件40带动第二转轴20从而使单晶硅棒沿其轴线旋转移动。
其中，第一转轴10水平设置，第二转轴20竖直设置在立柱80的上端部，第二驱动件40与第二转轴20远离立柱一侧的一端连接，第一驱动件30与第一转轴10的一端连接，且第一转轴10和第二转轴20相互垂直设置，第一转轴10和第二转轴20通过连件70连接设置，连件70的一端设有通孔并被第二转轴20贯穿设置且与第二转轴20齿轮连接，连件70的另一端悬空设置，第一转轴10水平设置在连接70悬空设置的上端面上，且第一驱动件30驱动件与第一转轴10连接一同被连件70支撑设置，第一驱动件30远离第一转轴10的一端悬空设置，进而第二转轴20旋转可带动第一转轴10一同旋转，同时第一转轴10通过缆绳50带动单晶硅棒一同旋转移动。进一步的，取晶装置还包括外设的控制器90，控制器90分别与第一驱动件30和第二驱动件40连接，分别用于控制第一转轴10和第二转轴20的转速，以随时可以调整单晶硅棒的上下移动或旋转的速度。
在本实施例中，优选地，缆绳50位钢丝绳，强度大且有弹性；第一驱动件30和第二驱动件40均为变速电动机，变速电动机可提供多级不同速度的动力，使控制器90更好地设定单晶硅棒在上升、旋转和下降时的速度。
本实施例中的工作过程：控制器90打开，并与第一驱动件30连接，通过第一驱动件30向第一转轴10提供动力，使第一转轴30顺时针旋转，从而使缆绳50也绕第一转轴10的轴线顺时针旋转，使缆绳50带动籽晶60和单晶硅棒一同竖直向上移动。在上升过程中，单晶硅棒先以一定的速度向上移动再减速直至停止，单晶硅棒向上移动的速度为300-600mm/min，当单晶硅棒以速度300-600mm/min上升移动的距离至少为整体上升距离的2/3，开始减速移动，直至上升到设置的最高点时单晶硅棒移动的速度为零。由于第一驱动件30为变速电动机，可以随时调整第一转轴10的速度，进而调整单晶硅棒的速度，从快速上升到逐步缓慢减速上升直至到达终点停止。
再通过控制器90与第二驱动件40连接，此时第一驱动件30和第一转轴10停止工作；第二驱动件40带动第二转轴20旋转移动，进而带动单晶硅棒旋转，目的是使单晶硅棒离开单晶炉的主室所在位置，移动旋转到取晶筒100所在位置的正上方，单晶硅棒旋转的角度需要根据取晶筒100的位置而定，在此不具体限制。在移动旋转过程中，必须保证单晶硅棒均匀地缓慢地旋转移动，也即是第二转轴20的旋转速度为定值，单晶硅棒的旋转速度为1-3r/min，缓慢旋转有利于单晶硅棒可竖直稳定地被缆绳50吊起，避免单晶硅棒出现晃动或摇摆，防止籽晶60断裂，出现生产事故。
最后控制器90再次与第一驱动件30连接，此时第二驱动件40和第二转轴20停止工作；第一驱动件30向第一转轴10提供动力，使第一转轴30逆时针旋转，从而使缆绳50也绕第一转轴10的轴线逆时针旋转，使缆绳50带动籽晶60和单晶硅棒一同竖直向下移动。在下降过程中，单晶硅棒先以一定的速度向下移动再减速直至停止，所述单晶硅棒向下移动的速度为200-600mm/min，也即是当单晶硅棒下降到一定距离后，开始减速移动，直至下降到取晶筒100底部，也即是单晶硅棒的下端面与取晶筒100的筒低接触时单晶硅棒移动的速度为零。优选地，单晶硅棒以速度200-600mm/min下降的距离小于以速度300-600mm/min上升移动的距离，这是由于在下降过程中，由于受单晶硅棒下降速度的惯性和自身的重力，使得单晶硅棒下降时的冲力较大，需要提前减速缓慢下降移动，同时，由于取晶筒100也有一定高度，至少为单晶硅棒长度的1/3，若单晶硅棒快速下降的距离过长，会使单晶硅棒与取晶筒100内壁磕碰或干涉的风险，会影响单晶硅棒的外观，出现其它安全事故，同时，单晶硅棒在下降过程中的减速值小于在上升过程中的减速值，也即是说单晶硅棒在减速下降过程中的速度会较低，不仅有利于单晶硅棒安全的下降，而且有利于单晶硅棒精准放置在取晶筒100内。
一种直拉单晶硅棒取晶工艺，采用如上所述的取晶装置，步骤包括：
上升：第一驱动件30通过第一转轴10带动单晶硅棒上升移动。
具体地，控制器90打开，并与第一驱动件30连接，通过第一驱动件30向第一转轴10提供动力，使第一转轴30顺时针旋转，从而使缆绳50也绕第一转轴10的轴线顺时针旋转，使缆绳50带动籽晶60和单晶硅棒一同竖直向上移动。在上升过程中，单晶硅棒先以一定的速度向上移动再减速直至停止，单晶硅棒向上移动的速度为300-600mm/min，当单晶硅棒以速度300-600mm/min上升移动的距离至少为整体上升距离的2/3，开始减速移动，直至上升到设置的最高点时单晶硅棒移动的速度为零。由于第一驱动件30为变速电动机，可以随时调整第一转轴10的速度，进而调整单晶硅棒的速度，从快速上升到逐步缓慢减速上升直至到达终点停止。
旋转：第二驱动件40通过第二转轴20带动单晶硅棒旋转移动。
具体地，再通过控制器90与第二驱动件40连接，此时第一驱动件30和第一转轴10停止工作；第二驱动件40带动第二转轴20旋转移动，进而带动单晶硅棒旋转，目的是使单晶硅棒离开单晶炉的主室所在位置，移动旋转到取晶筒100所在位置的正上方，单晶硅棒旋转的角度需要根据取晶筒100的位置而定，在此不具体限制。在移动旋转过程中，必须保证单晶硅棒均匀地缓慢地旋转移动，也即是第二转轴20的旋转速度为定值，单晶硅棒的旋转速度为1-3r/min，缓慢旋转有利于单晶硅棒可竖直稳定地被缆绳50吊起，避免单晶硅棒出现晃动或摇摆，防止籽晶60断裂，出现生产事故。
下降：第一驱动件30通过第一转轴10带动单晶硅棒下降移动。
具体地，控制器90再次与第一驱动件30连接，此时第二驱动件40和第二转轴20停止工作；第一驱动件30向第一转轴10提供动力，使第一转轴30逆时针旋转，从而使缆绳50也绕第一转轴10的轴线逆时针旋转，使缆绳50带动籽晶60和单晶硅棒一同竖直向下移动。在下降过程中，单晶硅棒先以一定的速度向下移动再减速直至停止，所述单晶硅棒向下移动的速度为200-600mm/min，也即是当单晶硅棒下降到一定距离后，开始减速移动，直至下降到取晶筒100底部，也即是单晶硅棒的下端面与取晶筒100的筒低接触时单晶硅棒移动的速度为零。优选地，单晶硅棒以速度200-600mm/min下降的距离小于以速度300-600mm/min上升移动的距离，这是由于在下降过程中，由于受单晶硅棒下降速度的惯性和自身的重力，使得单晶硅棒下降时的冲力较大，需要提前减速缓慢下降移动，同时，由于取晶筒100也有一定高度，至少为单晶硅棒长度的1/3，若单晶硅棒快速下降的距离过长，会使单晶硅棒与取晶筒100内壁磕碰或干涉的风险，会影响单晶硅棒的外观，出现其它安全事故，同时，单晶硅棒在下降过程中的减速值小于在上升过程中的减速值，也即是说单晶硅棒在减速下降过程中的速度会较低，不仅有利于单晶硅棒安全的下降，而且有利于单晶硅棒精准放置在取晶筒100内。
与现有技术相比，本发明提出的取晶装置，尤其是适用于大直径单晶硅棒的取晶操作，解决了现有因在取晶操作过程中无法改变速度而导致断揽或籽晶断裂的技术问题，结构设计简单且易于操作，能安全地使单晶硅棒取出并放置在取晶筒中，提高了取晶装置的使用寿命，适合各种直径的单晶硅棒的取晶操作，取晶效果好，工作效率高，实用性强且易于推广。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。