一种LPCVD双层炉管结构的制作方法

本实用新型涉及多晶硅制造领域，尤其涉及一种lpcvd双层炉管结构。

背景技术：

lpcvd是一种低压化学气相沉积设备，用于沉积氧化硅、多晶硅、非晶硅的真空镀膜设备，硅烷sih4在600度以上分解生成多晶硅，600度以下为非晶硅光伏发电近年发展迅速。光电转换效率在逐步提高，生产成本也在逐渐降低，其度电成本已经接近传统火力发电的水平，各个光伏公司都在进行大规模扩产，随着技术进步和发电成本的降低，可预见的光伏产业后期更将迎来爆发性增长。目前主流晶硅电池结构为perc背钝化电池，其光电转换效率在22%左右，下一代高效晶硅电池为topcon电池，其电池效率可以达到23.5%以上，多家企业已开始量产和布局topcon电池。该高效电池制备过程中需使用lpcvd设备在硅片背面沉积一层多晶硅薄膜，但是lpcvd设备目前并不是很成熟，主要问题一个是薄膜沉积的均匀性较差，另外一个问题是多晶硅沉积在石英炉管上，由于多晶硅和石英的热膨胀系数不同，经过一段时间的使用设备维护或其它异常造成炉体降温时，应力差异会导致炉管破裂，因此炉管的寿命比较低，频繁更换炉管势必严重影响产能，增加设备使用成本。现有的改善方案是采用双层石英管结构，外层炉管作为真空炉管，内层炉管作为工艺炉管，内部炉管通过法兰、密封垫、密封圈实现固定密封。但是这种方式存在一个问题，密封圈在600度以上高温条件下长时间使用，密封性会变差，因此还是会有少量多晶硅沉积到内外管环状间隙，长时间使用仍然外管也容易破损。专利号cn109338333a炉管两端均露空一段距离用于空冷给密封圈降温，延长密封圈寿命的方式，由于两端没包覆保温棉石英管直接暴露在空气中会导致炉管两侧温度急剧降低，炉管中间部分温度也会受到影响导致波动较大，而lpcvd对温度要求极高，温度波动进而会导致工艺不稳定。本发明设计了一种双层炉管结构，鉴于内管维护损坏周期较短便于拆装维护，同时包括在内外管中间增加一套氮气控制系统，在多晶硅沉积工艺过程中，向内外管间可控的通入少量氮气，使内外管环形空间内保持一定的正压，避免了由于密封圈高温长时间使用后密封性变差导致的多晶硅沉积到外管内的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中密封圈高温长时间使用密封性会变差多晶硅会在外管内侧沉积、炉管破损率高，维护周期短，影响工艺稳定性的缺点，而提出的一种lpcvd双层炉管结构。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种lpcvd双炉层炉管结构，包括双层炉管，所述双层炉管包括有石英内管、石英外管、炉门、内管法兰、外管法兰、管内支撑装置、密封圈，石英内管作为工艺管，石英外管作为真空密封管，管内支撑装置包括有支撑块，所述支撑块设置在石英内管与石英外管之间，石英外管通过外管法兰与加热炉腔固定在一起，内管法兰、外管法兰均加工有密封垫和密封圈凹槽，两个法兰衔接处通过密封圈进行密封，炉门包括有前炉门、后炉门，前炉门为实心表面平整圆形构造，后炉门采用开孔，桨可配合后炉门开孔插入。

进一步的技术方案，所述支撑块采用与石英内管外壁相同的弧度结构耐高温支撑块，支撑块主体表面包覆一层柔性聚四氟乙烯缓冲垫；

进一步的技术方案，所述内管法兰四周均匀分布大小一致的圆形出气孔；

进一步的技术方案，所述密封圈所用材质为耐高温的聚四氟乙烯材料；

进一步的技术方案，所述石英内管长度大于石英外管长度并通过内管法兰固定在石英外管内侧；

进一步的技术方案，所述桨垂直插入在炉门尾端开口孔处。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型中，所述石英内管通过支撑装置进行支撑固定，同时所述石英外管通过外管支撑法兰与加热炉腔固定在一起，所述支撑装置为具有与石英内管外壁相同的弧度结构耐高温支撑块，所述支撑装置主体采用氧化锆、氧化铝等耐高温材质，其支撑块主体表面包覆一层柔性聚四氟乙烯缓冲垫，所述支撑装置为石英内管提供了支撑避免两侧单纯靠法兰固定较大的作用力，其次石英内管由于破损维护更换频率较高，柔性支撑装置在内管便于内管安装拆卸，所述内外法兰均加工有密封垫和密封圈凹槽，两个法兰衔接处同样通过密封圈进行密封。所述内管法兰四周均匀分布大小一致的圆形出气孔，所述外管法兰相同的安装有进气弥散口，通入气体为氮气，多晶硅沉积过程中，气动阀开启通入微量氮气，使石英内管、石英外管间隙处于正压状态，避免了长期使用过程中由于密封圈高温变形漏气多晶硅沉积到外管的情况。炉门为实心表面平整圆形构造，尾部炉门开孔用于抽真空，通气，所述密封圈所用材质为耐高温的聚四氟乙烯材料。另外所述炉门优选的可与桨整合到一起，桨垂直固定在炉门上。工艺过程中承载石英舟的桨伸入炉内，炉门将内外管密封住，采用此结构，桨支撑石英管使其悬浮在石英内管，可以避免管壁和舟直接接触，防止多晶硅沉积导致的石英舟（或碳化硅舟）和管壁的粘连，采用此种炉门和桨集成在一起的方式，节省了桨从炉管中抽出来的时间，这样桨将石英舟送入炉管后无需再移除来，镀膜工艺直接运行，进一步节省了工艺时间，提升了产能。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种lpcvd双炉层炉管结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种lpcvd双炉层炉管结构剖视图；

图3为本实用新型提出的一种lpcvd双炉层炉管结构内管法兰示意图。

图4为本实用新型提出的一种lpcvd双层炉管结构后炉门示意图。

图中：1-外管法兰；2-石英外管；3-石英内管：4-内管法兰；5-密封圈；6-进气弥散口；8-炉门；9-后炉门；10-桨。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1；

如图1-4所示，一种lpcvd双炉层炉管结构，包括双层炉管，所述双层炉管包括有石英内管3、石英外管2、炉门、内管法兰4、外管法兰1、管内支撑装置、密封圈5，石英内管3作为工艺管，石英外管2作为真空密封管，所述管内支撑装置包括有支撑块，所述支撑块设置在石英内管3与石英外管2之间（图中未标注），石英外管2通过外管法兰1与加热炉腔固定在一起，内管法兰4、外管法兰1均加工有密封垫和密封圈凹槽，上述两个法兰衔接处通过密封圈5进行密封，炉门8包括有前炉门、后炉门9，前炉门为实心表面平整圆形构造，后炉门9采用开孔，桨10可配合后炉门9开孔插入如图4所示。

本实施例中，所述支撑块采用与石英内管3外壁相同的弧度结构耐高温支撑块，支撑块主体表面包覆一层柔性聚四氟乙烯缓冲垫；

本实施例中，所述内管法兰4四周均匀分布大小一致的圆形出气孔如图3所示；

本实施例中，所述密封圈5所用材质为耐高温的聚四氟乙烯材料；

本实施例中，所述石英内管3长度大于石英外管2长度并通过内管法兰4固定在石英外管2内侧；

本实施例中，所述桨10垂直插入在后炉门9尾端开口孔处。

具体的工作原理；

所述石英内管3长度大于石英外管2长度并通过内管法兰4固定在石英外管2上，进一步的所述石英内管3可通过支撑装置进行支撑固定，同时所述石英外管2通过外管法兰1与加热炉腔固定在一起，所述支撑装置为具有与石英内管3外壁相同的弧度结构耐高温支撑块，所述支撑块采用氧化锆、氧化铝等耐高温材质，支撑块主体表面包覆一层柔性聚四氟乙烯缓冲垫，所述支撑装置为石英内管3提供了支撑避免两侧单纯靠内管法兰4固定较大的作用力，其次石英内管4由于破损维护更换频率较高，具有柔性的支撑块便于石英内管3安装拆卸。

所述内外法兰4均加工有密封垫和密封圈凹槽，所述内管法兰4四周均匀分布大小一致的圆形出气孔，所述出气孔可通过单个出气孔增加环状开弥散出气孔的方式，也可以通过机加工在内管法兰4上直接加工多个内管出气孔的方式，所述内管法兰4可选择性的通入sih4/o2/n2/ph3/bh3气体。

所述外管法兰1相同的安装有进气弥散口，通入气体为氮气，多晶硅沉积过程中，气动阀开启通入微量氮气，使石英内管3、石英外管2间隙处于正压状态，避免了长期使用过程中由于密封圈5高温变形漏气多晶硅沉积到外管的情况。

所述炉门8采用炉门和桨10独立的结构，所述炉门8的前炉门为实心表面平整圆形构造，后炉门9采用开孔用于抽真空、通气，以及开孔安装向石英内管3均匀通气的石英弥散管和温度探头的安装，尾部用内管法兰4和外管法兰1进行固定，石英外管2通过密封圈5密封垫进行密封，所述密封圈5所用材质为耐高温的聚四氟乙烯材料。

工艺过程中承载石英舟的桨10伸入炉内，炉门8将内管法兰4、外管法兰1密封住，采用此结构，桨10支撑石英管使其悬浮在石英内管3中，可以避免管壁和舟直接接触，防止多晶硅沉积导致的石英舟（或碳化硅舟）和管壁的粘连，采用此种炉门8和桨10集成在一起的方式，节省了桨10从炉管中抽出来的时间，这样桨10将石英舟送入炉管后无需再移除来，镀膜工艺直接运行，进一步节省了工艺时间，提升了产能。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。