一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统的制作方法

本发明涉及单晶硅制备，具体是指一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统。

背景技术：

1、单晶硅是一种高纯度的半导体材料，具有优异的电学性能和热学性能。由于其晶体结构的高度有序性，单晶硅被广泛应用于半导体行业，用于制造集成电路(ic)、太阳能电池、光伏电池、激光器等高科技产品。其高纯度和晶体结构的完整性使得单晶硅成为现代电子和能源领域不可或缺的关键材料。

2、单晶炉是制备单晶硅的关键设备。其中包括主室和副室两个腔室。在单晶硅的拉制过程中，必须保持高度的纯净度和惰性氛围，以确保单晶硅的质量。在主室和副室分隔、加料、提棒等操作中，通常需要使用高纯氩气构建真空状态下的惰性气氛，以保护单晶硅的拉制。在主室和副室分隔后，副室需要进行气体置换，使用高纯氩气将副室充入以恢复真空状态下的惰性气氛。

3、然而，传统技术中氩气的使用效率低，回收利用率低，且在副室置换过程中，使用高纯氩气造成回收成本偏高，这不仅增加了生产成本，还浪费了宝贵的气体资源。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服以上的技术缺陷，提供为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统，包括单晶炉、氩气供气子系统、尾气回收子系统以及气体置换子系统；

2、所述单晶炉内通过单晶炉隔离阀分成主室和副室；

3、所述氩气供气子系统包括氩回收纯氩精馏装置、高纯氩缓冲罐、第一过滤器、减压阀以及氩气供气总管路，所述氩回收纯氩精馏装置的出气端通过氩气供气总管路依次与高纯氩缓冲罐、第一过滤器和减压阀连接，所述第一过滤器出气端连接有分别与主室和副室连通的主室供气管路和副室供气管路；

4、所述尾气回收子系统包括主泵、副泵、第一除尘器、第二除尘器、气柜、氩回收催化纯化装置、主室尾气回收管路和副室尾气回收管路，所述主室尾气回收管路的两端分别与主室和氩回收纯氩精馏装置连接且主室尾气回收管路依次将主泵、第一除尘器、第二除尘器、气柜和氩回收催化纯化装置连接，所述副室尾气回收管路与副室连接且副泵设置在副室尾气回收管路上，所述副室尾气回收管路的出气端与主室尾气回收管路连接；

5、所述气体置换子系统包括氩回收高氮精馏装置、高纯氮缓冲罐、第二过滤器以及高纯氮供气管路，所述高纯氮供气管路依次将氩回收高氮精馏装置、高纯氮缓冲罐和第二过滤器连接且高纯氮供气管路的出气端与副室供气管路连接，所述副室尾气回收管路上通过第一三通阀连接有副室尾气排放管，所述主室尾气回收管路上通过第二三通阀连接有主室尾气排放管。

6、优选地，所述氩气供气子系统还包括液氩后备贮槽、液氩气化设备以及氩气补充管路，所述氩气补充管路依次将液氩后备贮槽和液氩气化设备连接，所述氩气补充管路上设有阀门且氩气补充管路的出气端与高纯氩缓冲罐进气端的氩气供气总管路连接。

7、优选地，所述尾气回收子系统还包括液氮后备贮槽、液氮气化设备以及氮气补充管路，所述氮气补充管路依次将液氮后备贮槽、液氮气化设备连接，所述氮气补充管路上设有阀门且氮气补充管路的出气端与高纯氮供气管路连接。

8、优选地，所述主室尾气排放管上设有压力表，所述主室尾气排放管与主室尾气回收管路之间连接有放气管且放气管上设有安全阀。

9、优选地，所述氩气供气总管路上设有质量流量控制器且主室供气管路和副室供气管路上分别设有第一截止阀和第二截止阀。

10、优选地，位于所述氩回收纯氩精馏装置出气端的氩气供气总管路上设有第三截止阀。

11、优选地，所述主室尾气回收管路上还设有压缩机。

12、优选地，所述高纯氮供气管路的出气端设有第四截止阀。

13、优选地，所述氩气供气总管路上还设有手阀管路。

14、本发明与现有技术相比的优点在于：

15、整套回收制氩设备采用无氢制氩装置的设计，其中副室置换时选择氮气置换的方案，不仅能够有效地节约用气成本，而且避免了氮气供应管路与氩气供应管路的交叉污染，提高了系统的可靠性和稳定性。通过手动阀与质量流量计控制两条管路，实现了对副室置换供氮的精确控制，不仅有效降低了置换时间，还能够保证单晶炉内的压力，避免了氮气供应与氩气供应管路的交叉污染。

16、此外，在副室置换供氮管路中，采用了手阀管路与质量流量控制器控制两条管路的设计，这不仅提高了置换的效率，还确保了单晶炉内的压力达标。同时，为氩气供给的副室供气管路加装第二截止阀，既能够保持压力平衡，又作为失效后的后续保障，增加了系统的安全性。

17、这一装置设计的另一个亮点是其能够在主室投料后对主副室进行同时置换，这进一步提高了系统的操作灵活性和效率。通过这些设计方案，整套回收制氩设备在气体置换和供给方面都表现出优越的性能，为单晶炉的生产提供了更加可靠和经济的气体控制解决方案。

技术特征：

1.一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统，其特征在于，包括单晶炉(1)、氩气供气子系统、尾气回收子系统以及气体置换子系统；

2.根据权利要求1所述的一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统，其特征在于，所述氩气供气子系统还包括液氩后备贮槽(27)、液氩气化设备(28)以及氩气补充管路(29)，所述氩气补充管路(29)依次将液氩后备贮槽(27)和液氩气化设备(28)连接，所述氩气补充管路(29)上设有阀门且氩气补充管路(29)的出气端与高纯氩缓冲罐(5)进气端的氩气供气总管路(8)连接。

3.根据权利要求1所述的一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统，其特征在于，所述尾气回收子系统还包括液氮后备贮槽(30)、液氮气化设备(31)以及氮气补充管路(32)，所述氮气补充管路(32)依次将液氮后备贮槽(30)、液氮气化设备(31)连接，所述氮气补充管路(32)上设有阀门且氮气补充管路(32)的出气端与高纯氮供气管路(22)连接。

4.根据权利要求1所述的一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统，其特征在于，所述主室尾气排放管(26)上设有压力表(33)，所述主室尾气排放管(26)与主室尾气回收管路(17)之间连接有放气管(34)且放气管(34)上设有安全阀(35)。

5.根据权利要求1所述的一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统，其特征在于，所述氩气供气总管路(8)上设有质量流量控制器(36)且主室供气管路(9)和副室供气管路(10)上分别设有第一截止阀(37)和第二截止阀(38)。

6.根据权利要求1所述的一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统，其特征在于，位于所述氩回收纯氩精馏装置(4)出气端的氩气供气总管路(8)上设有第三截止阀(39)。

7.根据权利要求1所述的一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统，其特征在于，所述主室尾气回收管路(17)上还设有压缩机(40)。

8.根据权利要求1所述的一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统，其特征在于，所述高纯氮供气管路(22)的出气端设有第四截止阀(41)。

9.根据权利要求1所述的一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统，其特征在于，所述氩气供气总管路(9)上还设有手阀管路(42)。

技术总结
本发明公开了一种单晶炉炉内使用气体综合控制系统，包括单晶炉、氩气供气子系统、尾气回收子系统以及气体置换子系统，单晶炉通过隔离阀分隔成主室和副室。氩气供气子系统包括氩回收纯氩精馏装置、高纯氩缓冲罐、第一过滤器和减压阀，通过供气总管路连接主室和副室。尾气回收子系统包括主泵、副泵、第一除尘器、第二除尘器、气柜和氩回收催化纯化装置。气体置换子系统包括氩回收高氮精馏装置、高纯氮缓冲罐、第二过滤器和高纯氮供气管路。发明与现有技术相比的优点在于：本申请在气体置换和供给方面都表现出优越的性能，为单晶炉的生产提供了更加可靠和经济的气体控制解决方案。

技术研发人员：张黎静,史燕松,戴刚,刘明利,杨磊,廖小龙
受保护的技术使用者：安徽华气气体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25