多晶硅鑄錠爐中高溫液態(tài)硅中籽晶高度的測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫液態(tài)硅中底部籽晶的高度測量裝置，特別涉及一種多晶硅鑄錠爐中高溫液態(tài)硅固液面的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅鑄錠環(huán)節(jié)的工藝過程控制會影響晶體的重要電學(xué)參數(shù)，直接影響到后續(xù)電池轉(zhuǎn)換效率的高低。多晶硅鑄錠工藝技術(shù)由最初國外掌握的傳統(tǒng)的全熔工藝，如美國GT-SOLAR公司和法國ECM公司，到后續(xù)的由國內(nèi)外同時研發(fā)的準(zhǔn)單晶技術(shù)，如德國的ALD公司和國內(nèi)的晶澳光伏、鳳凰光伏等企業(yè)，再到只有我國進(jìn)行研發(fā)的全熔高效工藝，再到目前的半熔高效多晶鑄錠工藝國內(nèi)已成為主流，每一次鑄錠工藝的提升，都會使硅片的電學(xué)性能更加穩(wěn)定，晶體結(jié)構(gòu)更加理想，位錯進(jìn)一步減少。半熔過程中關(guān)鍵控制點(diǎn)就是底部籽晶高度的控制，籽晶保留過高，會影響得料率，籽晶保留過低，可能變?yōu)槿?，沒有半熔的效果。因此目前所有廠家均采取人工測量，采用高純石英棒緩慢插入高溫液態(tài)硅中，等玻璃棒達(dá)到固態(tài)硅時，通過工人的手感來判斷再標(biāo)識位置，通過直尺的測量計(jì)算完成高度的確定。該操作對人員要就高，而且人員工作量大，誤差大，而且所有的高純石英棒在高溫下容易彎曲變形，影響到原點(diǎn)的判斷，一般最多使用兩次就報(bào)廢了，相對測量的耗材費(fèi)用偏高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種多晶硅鑄錠爐中高溫液態(tài)硅中籽晶高度的測量裝置，解決了多晶硅鑄錠半熔工藝中測量底部籽晶高度時偏差大，操作復(fù)雜和測量成本高的技術(shù)問題。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問題的:
[0005]—種多晶硅鑄錠爐中高溫液態(tài)硅中籽晶高度的測量裝置，包括多晶硅鑄錠爐中的固態(tài)籽晶，在固態(tài)籽晶上設(shè)置有液態(tài)硅，在多晶硅鑄錠爐爐體頂蓋上設(shè)置有測量孔，在測量孔上設(shè)置有測量支架，在測量支架上分別設(shè)置有伺服電機(jī)和導(dǎo)向輪，在伺服電機(jī)的輸出軸上設(shè)置有碳繩收放輪，碳繩的一端纏繞在碳繩收放輪上，碳繩的另一端依次通過導(dǎo)向輪和測量孔后伸入到多晶硅鑄錠爐中，在碳繩的另一端的端部吊接有氮化硅測晶棒，在測量支架上分別設(shè)置有碳繩的張力傳感器和氮化硅測晶棒的光電位置傳感器。
[0006]在測量孔正上方的測量支架上設(shè)置有觀察窗，氮化硅測晶棒的底端面為四分之一圓弧曲面。
[0007]本發(fā)明選取了氮化硅材質(zhì)的測晶棒，其高溫穩(wěn)定性好且不與液態(tài)硅發(fā)生反應(yīng)，伺服電機(jī)驅(qū)動其在自重作用下勻速下降，可下沉到液態(tài)硅中，當(dāng)?shù)竭_(dá)固液界面時，碳繩所受拉力會瞬間為接近零，此時張力傳感器將會檢查到張力突然減小，即可認(rèn)為此位置已經(jīng)到了固液界面，通過伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和碳繩的比例關(guān)系，可換算距離原點(diǎn)的位置，進(jìn)而可以確定剩余籽晶的高度。然后伺服電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)將測溫棒提起，當(dāng)測溫棒到頂部的達(dá)光電位置傳感器時，檢查到原點(diǎn)位置，伺服電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0008]本發(fā)明通過測晶棒在重力作用下和到達(dá)固液界面時的支持作用使碳繩拉力的突變來判斷固液位置，通過系統(tǒng)自動換算確定半熔高效時籽晶的剩余高度，該裝置不需要對現(xiàn)有爐體進(jìn)行任何改動，安裝在原來爐體的觀察窗口位置，具有操作簡單，測量迅速準(zhǔn)確，成本低廉的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是本發(fā)明在俯視方向上的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0012]—種多晶硅鑄錠爐中高溫液態(tài)硅中籽晶高度的測量裝置，包括多晶硅鑄錠爐中的固態(tài)籽晶8，在固態(tài)籽晶8上設(shè)置有液態(tài)硅7，在多晶硅鑄錠爐爐體頂蓋5上設(shè)置有測量孔12，在測量孔12上設(shè)置有測量支架13，在測量支架13上分別設(shè)置有伺服電機(jī)11和導(dǎo)向輪4，在伺服電機(jī)11的輸出軸上設(shè)置有碳繩收放輪I，碳繩2的一端纏繞在碳繩收放輪I上，碳繩2的另一端依次通過導(dǎo)向輪4和測量孔12后伸入到多晶硅鑄錠爐中，在碳繩2的另一端的端部吊接有氮化硅測晶棒6，在測量支架13上分別設(shè)置有碳繩2的張力傳感器9和氮化硅測晶棒6的光電位置傳感器I O。
[0013]在測量孔12正上方的測量支架13上設(shè)置有觀察窗3，氮化硅測晶棒6的底端面為四分之一圓弧曲面。
[0014]在碳繩2經(jīng)過導(dǎo)向輪4下端掛有氮化硅測晶棒6，氮化硅測晶棒6初始位置經(jīng)過光電位置傳感器10確定，伺服電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)時，氮化硅測晶棒6在重力作用下下降，進(jìn)入爐體頂蓋5，一直垂直降到爐內(nèi)坩禍中液態(tài)硅7中，由于氮化硅測晶棒6的密度大于液態(tài)硅的密度，其將繼續(xù)下降，此時張力傳感器9測量到的張力會逐漸減小，當(dāng)?shù)铚y晶棒6到達(dá)固態(tài)籽晶8的界面時，碳繩2所受到的拉力會接近為零，此時張力傳感器9的張力會接近于零，伺服電機(jī)11自動記錄此時為固液分界線，通過計(jì)算自動顯示固態(tài)硅8的剩余高度。同時在整個檢測過程中人員也可以從觀察窗3對測量過程進(jìn)行觀察以確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了防止碳繩2斷裂，氮化硅測晶棒6掉落砸破坩禍造成溢流的危險(xiǎn)，氮化硅測晶棒6下端特采取了大圓弧底設(shè)計(jì)，保證氮化硅測晶棒6在自由下落進(jìn)液態(tài)硅7時，在液態(tài)硅的不平衡沖擊力下自然發(fā)生側(cè)移，傾倒，減少重量直接沖擊坩禍底部的危險(xiǎn)。
[0015]使用該裝置后，測量時均自動完成，伺服電機(jī)從原點(diǎn)開始降落，當(dāng)測量的氮化硅棒到達(dá)固液面時，張力傳感器的拉力瞬時為零，控制器即可判斷此位置為固液面，通過伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)自動換算下降高度，通過原點(diǎn)計(jì)算顯示出目前的固液位置。操作簡單方便，而且氮化硅棒只需定期清理上面的硅殘留，一直可以反復(fù)使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多晶硅鑄錠爐中高溫液態(tài)硅中籽晶高度的測量裝置，包括多晶硅鑄錠爐中的固態(tài)籽晶(8)，在固態(tài)籽晶(8)上設(shè)置有液態(tài)硅(7)，其特征在于，在多晶硅鑄錠爐爐體頂蓋(5)上設(shè)置有測量孔(12)，在測量孔(12)上設(shè)置有測量支架(13)，在測量支架(13)上分別設(shè)置有伺服電機(jī)(11)和導(dǎo)向輪(4)，在伺服電機(jī)(11)的輸出軸上設(shè)置有碳繩收放輪(1)，碳繩(2)的一端纏繞在碳繩收放輪(I)上，碳繩(2)的另一端依次通過導(dǎo)向輪(4)和測量孔(12)后伸入到多晶硅鑄錠爐中，在碳繩(2)的另一端的端部吊接有氮化硅測晶棒(6)，在測量支架(13)上分別設(shè)置有碳繩(2)的張力傳感器(9)和氮化硅測晶棒(6)的光電位置傳感器(10)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅鑄錠爐中高溫液態(tài)硅中籽晶高度的測量裝置，其特征在于，在測量孔(12)正上方的測量支架(13)上設(shè)置有觀察窗(3)，氮化硅測晶棒(6)的底端面為四分之一圓弧曲面。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種多晶硅鑄錠爐中高溫液態(tài)硅中籽晶高度的測量裝置，解決了多晶硅鑄錠半熔工藝中測量鑄錠爐中底部籽晶高度時偏差大和測量成本高的問題。包括在多晶硅鑄錠爐爐體頂蓋（5）的測量孔（12）上設(shè)置有測量支架（13），在測量支架（13）上分別設(shè)置有伺服電機(jī)（11）和導(dǎo)向輪（4），在伺服電機(jī)（11）的輸出軸上設(shè)置有碳繩收放輪（1），碳繩（2）的一端纏繞在碳繩收放輪（1）上，在碳繩（2）的另一端的端部吊接有氮化硅測晶棒（6），在測量支架（13）上分別設(shè)置有碳繩（2）的張力傳感器（9）和氮化硅測晶棒（6）的光電位置傳感器（10）。本實(shí)用新型具有操作簡單，測量迅速準(zhǔn)確，成本低廉的特點(diǎn)。
【IPC分類】G01F23/00
【公開號】CN205175504
【申請?zhí)枴緾N201521011714
【發(fā)明人】周社柱
【申請人】山西中電科新能源技術(shù)有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月8日