单晶炉设备结构详解

单晶炉是采用直拉法进行单晶硅生产的重要设备，单晶炉炉体由不同的部分组成，巩华真空泵油厂家本文为您详细解析单晶炉炉体的结构。
 
 
一、主炉体构造
 
1、基座与炉底板
 
炉底板设计成平板式，具有双层结构，通水冷却。四只电极穿过底板，在坩埚提升机构的波纹管连接处有一个水冷却法兰区。
 
2、主、下炉室
 
主、下炉室为双层筒状结构，两端为法兰结构，通水冷却，并有隔水条保证冷却均匀。主炉室设置了一个测温计窗口，用于测量加热器温度。下炉室有抽真空和真空计接口（0～100Torr和0～1Torr）。下炉室在正常操作过程中始终用压板固定在炉底板上，通过氟橡胶O型圈实现真空密封。
 
3、炉盖
 
炉盖为炉体和隔离阀座提供了一个过渡区。炉盖采用标准炉盖制造，双层通水冷却。在炉盖上设有一个操作者观察窗口（类椭圆形）和一个直径控制窗口（圆形）。操作者观察窗口允许单晶直径测量范围最大至10”，氩气入口设置在炉盖的喉部。
 
4、隔离阀座
 
隔离阀座为双层水冷却结构，前圆后方，正前方设有一道圆门，可以通过圆门方便拆卸和更换籽晶夹头。圆门中心设有圆形观察窗。隔离阀座为隔离阀提供了安装及活动空间，隔离阀的作用是为籽晶或单晶提供进入副炉室的通道，同时可以维持上下炉室的局部压力和温度。隔离阀是翻板阀结构，阀板和阀体均是固定式双层结构，通水冷却。隔离阀座侧面设有两个籽晶位置检测窗口（激光定位），后部有一个氩气入口，可以实现快充氩气。
 
5、副炉室
 
副炉室为圆筒形腔体，双层结构，水冷却。副炉室上部前方设有一个圆形法兰，可以打开用于清理腔体上部，法兰中心设有圆形观察窗。副炉室上部是水平调整机构（见附件12），设有一个氩气入口（正常拉晶时的氩气通道）、一个抽真空接口（当隔离阀关闭时副炉室抽真空用）和一个真空计接口（0～1000Torr）。
 
二、籽晶提升旋转机构
 
籽晶旋转提升机构俗称提拉头，主要由安装盘、减速机、籽晶腔（真空腔）、划线环、快速电机、慢速电机、旋转电机、离合器、磁流体、钢缆、籽晶称重头、软波纹管等其他部件组成 。
 
提拉头的主要功能有使籽晶旋转 提升，并保证匀速旋转变速提升，且记录单晶重量 位移等数据。
 
 
在籽晶提升机构里采用钢索卷筒提升钢丝绳。整个提升装置在一根中空的轴上旋转，该机构经过静平衡和动平衡测试，在整个运行范围内可实现无振动平稳的运行。旋转密封和提升进给密封均采用磁流体密封。提升腔、离合器腔、称重腔和晶升底板均由高强度铝制造而成。


 
三、副炉室旋转机构
 
旋转机构采用直流伺服电机，双级蜗轮蜗杆减速，加强型同步带传动，可在副炉室提升到位时的缓慢旋开和快速旋闭，实现取单晶过程的自动化动作。
 
 
四、坩埚提升旋转机构
 
坩埚提升机构的垂直方向采用了滚珠直线导轨和高精度丝杆，在高负载甚至电机断电的情况下实现自锁。坩埚旋转采用可承受高转矩的多碶带驱动，从而消除了齿形带传动的震颤。旋转密封采用可承受轴向力磁流体密封，垂直密封采用不锈钢波纹管。 坩埚提升机构中直线导轨座和底板成90°固定，两者间采用筋板支撑，从而提高整体的刚度，避免由侧向力矩引起的直线导轨和丝杆的变形。
 
 
在单晶生长过程中会形成硅氧化物（SiO）小颗粒并沉积在波纹管中。这些氧化物应被定期清除出去。将波纹管从坩埚轴密封一恻松开。将它在适当位置系好以防止它往下弹回去。 用真空吸尘器清除所有的灰尘，包括磁流体密封座的密封表面上的灰尘檫拭干净后装回波纹管。
 
五、真空系统
 
真空系统各零件由不锈钢制成，所有连接都采用法兰式氟橡胶O型密封圈，真空阀采用的是高真空气动球阀。
 
1、主真空系统
 
主真空系统提供了为各腔体抽真空或者当隔离阀关闭时仅为上下炉室抽真空的阀和管道。为控制真空腔独立气流压力提供了自动压力控制节流阀。
 
2、辅助（副炉室）真空系统
 
辅助真空系统提供了将副炉室从常压抽至与上下炉室相等压力的阀和管道。在隔离步骤中，它通常是最先使用的，一根柔性波纹管为提升和旋转副炉室提供柔性连接。
 
真空系统在单晶硅生产过程中起到重要作用，真空泵油作为真空设备运转过程中必不可少的工作液，在真空设备运转过程中起到润滑、摩擦和冷却的作用，巩华真空泵油厂家生产的油品如100号真空泵油，在太阳能行业单晶硅、多晶硅的生产中有着广泛的应用，巩华100号真空泵油较好的抗乳化性，适应于常规生产环境和工况要求；较好的抗泡沫性，减少由于溢流、断流引起泵体的磨损。同时100号真空泵油在使用过程中不易氧化，延长换油周期，产生油泥少减少对泵部件的磨损和腐蚀，延长泵的使用寿命。
 
六、氩气系统
 
氩气系统由不锈钢管、电磁截止阀、质量流量控制器、减压器、手动截止阀和柔性波纹管道构成，在炉子的运行过程中向炉子内提供氩气。炉子上有两个氩气入口（副炉室顶部和炉盖喉部）由质量流量控制器控制，另一个氩气入口（隔离阀座后部）是快充口，不由质量流量控制器控制。氩气由副炉室顶部的分流环分配以减少副炉室内的紊流。
 
1、质量流量控制器
 
质量流量控制器为氩气进入主炉体提供精密的流量控制。
 
2、密封和管路
 
氩气系统在不锈钢管、电磁截止阀和质量流量控制器的连接处采用金属卡套密封，柔性不锈钢波纹管间采用快卸法兰式氟橡胶O型密封圈。整个氩气系统经过氦质谱检漏仪检漏，在1×10-8CC(std.atm.)/sec(He)范围内未查出泄漏。
 
 
 
七、冷却系统
 
冷却系统的设计目的是为炉子提供一个安全良好的运行环境，上炉室和副炉室采用不锈钢安全阀进行过压保护。腔体外部出水口处设置安全温度监测，如果温度超过55°C，就会向操作者发出警告。冷却水流量传感器装在炉体总回水管，其作用是万一水流断开后30秒切断加热器电源。