一种用于单晶硅生长炉的掺杂机构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及直拉单晶炉设备，旨在提供一种用于单晶硅生长炉的掺杂机构。该种用于单晶硅生长炉的掺杂机构包括推动轴组件、真空腔体、磁钢、磁钢安装套、装料勺和操作杆，用于向单晶硅生长炉的石英坩埚内掺杂物质，石英坩埚设置在隔离阀座内，隔离阀座的内部是真空区域，隔离阀座设有一个连通口，真空腔体与隔离阀座的连通口密封连接，真空腔体的内部是真空区域；装料勺的末端与推动轴组件通过螺纹连接，并通过直线运动和旋转运动实现向石英坩埚内投放物质。本发明通过操作杆控制，利用磁力作用实现直线运动和旋转运动，从而将事先储存在装料勺里的掺杂物质投入石英坩埚中，能够在单晶炉拉制过程中达到所需元素掺杂的目的。
【专利说明】-种用于单晶硅生长炉的掺杂机构
【技术领域】
[0001] 本发明是关于直拉单晶炉设备，特别涉及一种用于单晶硅生长炉的掺杂机构。
【背景技术】
[0002] 根据客户对单晶硅电阻率范围要求，有时需要掺杂磷、砷等元素。掺杂的方法主要 有共熔法和投入法。共熔法是将掺杂的物质与多晶硅原料一起投入石英坩埚中熔化。投入 法是多晶硅在石英坩埚内完全熔化后，再将掺杂物质投入熔化，实现掺杂的目的。
[0003] 投入法掺杂方式目前普遍采用的漏斗式及导管式掺杂装置，但这些方式都具有一 定的局限性，要么其掺杂方法工艺过程比较复杂，要么其结构比较复杂。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种易于安装和实现，能避 免外界杂质对硅料产生污染的掺杂机构。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：
[0005] 提供一种用于单晶硅生长炉的掺杂机构，用于向单晶硅生长炉的石英坩埚内掺杂 物质，石英坩埚设置在隔离阀座内，隔离阀座的内部是真空区域，所述一种用于单晶硅生长 炉的掺杂机构包括推动轴组件、真空腔体、磁钢、磁钢安装套、装料勺和操作杆；隔离阀座设 有一个连通口，真空腔体通过螺钉和0形圈，与隔离阀座的连通口密封连接，真空腔体的内 部是真空区域；装料勺的末端与推动轴组件通过螺纹连接，装料勺用于盛装物质，并通过直 线运动和旋转运动实现向石英坩埚内投放物质；
[0006] 所述推动轴组件设在真空腔体内，推动轴组件包括滚动副、推动轴、铁素体元件及 直线运动轴承；滚动副（结构类似滚动轴承）包括保持架、滚珠，保持架焊接在推动轴上，用 于保证推动轴组件能在真空腔体内进行旋转运动，直线运动轴承用于保证推动轴组件能在 真空腔体内做直线运动；铁素体元件为铁磁性材料制备的原件，焊接在推动轴上，用于通过 磁力作用与外部的磁钢吸合一起运动；
[0007] 磁钢通过磁钢固定套设置在真空腔体外，且磁钢在真空腔体外部对称设置，操作 杆与磁钢固定套连接固定；能通过拉动操作杆做直线运动，带动磁钢固定套和磁钢运动，进 而利用磁钢的磁力带动推动轴组件和装料勺运动，使装料勺到达隔离阀座内投料位置后， 通过拉动操作杆做径向旋转运动，从实现装料勺一起运动并翻转，完成投料。
[0008] 作为进一步的改进，所述磁钢设有两块，对称设置在推动轴组件外部，并使两块磁 钢和铁素体元件在一条直线上。
[0009] 作为进一步的改进，所述铁素体元件是两面切边的圆柱体形状的结构。
[0010] 作为进一步的改进，所述单块磁钢的磁力大于临界值F，临界值F满足公式：F = μ (M+m)g，其中，μ为直线运动轴承摩擦系数，且μ的取值范围为0.002?0.003, M为推 动轴组件和装料勺的质量之和，m为装料勺内盛装的物质的质量，g为重力加速度。
[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0012] 通过操作杆控制，利用磁力作用实现直线运动和旋转运动，从而将事先储存在装 料勺里的掺杂物质投入石英坩埚中，能够在单晶炉拉制过程中达到所需元素掺杂的目的， 并且不影响整个拉晶过程，利用磁力的作用，用静密封替代动密封，结构简单，易于安装和 实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的结构示意图。
[0014] 图2为图1中的A-A截面图。
[0015] 图中的附图标记为：1真空腔体；2推动轴组件；3滚动副；4操作杆；5隔离阀座；6 装料勺；7磁钢；8磁钢固定套；9铁素体元件；10真空区域。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述：
[0017] 石英i甘祸设置在隔尚阀座5内，隔尚阀座5的内部是真空区域10,如图1所不的用 于单晶硅生长炉的掺杂机构，用于向单晶硅生长炉的石英坩埚内掺杂物质。
[0018] 一种用于单晶硅生长炉的掺杂机构包括推动轴组件2、真空腔体1、磁钢7、磁钢固 定套8、装料勺6和操作杆4。隔离阀座5设有一个连通口，真空腔体1通过螺钉和0形圈， 与隔离阀座5的连通口密封连接，真空腔体1的内部是真空区域10。如图2所示，推动轴组 件2设在真空腔体1内，推动轴组件2包括滚动副3、推动轴、铁素体元件9,及直线运动轴 承。滚动副3结构类似滚动轴承，由保持架及滚珠组成，保持架焊接在推动轴上，保证推动 轴组件2可以在真空腔体1内进行旋转运动，而直线运动轴承保证推动轴组件2在真空腔 体1内做直线运动；铁素体元件9为铁磁性材料，形状为圆柱体，其中两面切边，也焊接在推 动轴上，便于通过磁力作用与外部磁钢7吸附。装料勺6与推动轴组件2末端通过螺纹连 接，装料勺6用于盛装物质，并通过直线运动和旋转运动实现向石英坩埚内投放物质。所述 磁钢7设有两块，且通过磁钢固定套8对称设置在推动轴组件2外部，并使两块磁钢7和铁 素体元件9在一条直线上。操作杆4与磁钢固定套8连接固定，通过拉动操作杆4做直线 运动，带动磁钢固定套8和磁钢7做旋转运动，进而利用磁钢7的磁力吸引铁素体元件9,带 动推动轴组件2和装料勺6运动，用静密封代替动密封，从而带动装料勺6 -起从准备位置 移动至工作位置。此时拉动操作杆4做径向旋转运动，带动磁钢7吸引推动轴组件2和装 料勺6 -起做旋转运动，完成投料过程。
[0019] 要使本发明实现直线运动，单块磁钢7的磁力要大于临界值F，临界值F满足公式： F = μ (M+m)g，其中，μ为直线运动轴承摩擦系数，且μ的取值范围为0.002?0.003, M 为推动轴组件2和装料勺6的质量之和，m为装料勺6内盛装的物质的质量，g为重力加速 度。
[0020] 当需要向石英坩埚中投入所需掺杂元素时，拉动操作杆4做直线运动，此时与操 作杆4固定的磁钢固定套8内的磁钢7通过磁力的作用和推动轴组件2 -起运动,而推动 轴组件2与装料勺6连接，从而使装料勺6 -起运动；当推至工作位置时，将操作杆4沿圆 周方向运动，带动装料勺6 -起翻转，将事先装在装料勺6内的掺杂元素投入石英坩埚内， 达到掺杂的目的。
[0021] 最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于 以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导 出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种用于单晶硅生长炉的掺杂机构，用于向单晶硅生长炉的石英坩埚内掺杂物质， 石英坩埚设置在隔离阀座内，隔离阀座的内部是真空区域，其特征在于，所述一种用于单晶 硅生长炉的掺杂机构包括推动轴组件、真空腔体、磁钢、磁钢安装套、装料勺和操作杆；隔离 阀座设有一个连通口，真空腔体通过螺钉和O形圈，与隔离阀座的连通口密封连接，真空腔 体的内部是真空区域；装料勺的末端与推动轴组件通过螺纹连接，装料勺用于盛装物质，并 通过直线运动和旋转运动实现向石英坩埚内投放物质； 所述推动轴组件设在真空腔体内，推动轴组件包括滚动副、推动轴、铁素体元件及直线 运动轴承；滚动副包括保持架、滚珠，保持架焊接在推动轴上，用于保证推动轴组件能在真 空腔体内进行旋转运动，直线运动轴承用于保证推动轴组件能在真空腔体内做直线运动； 铁素体元件为铁磁性材料制备的原件，焊接在推动轴上，用于通过磁力作用与外部的磁钢 吸合一起运动； 磁钢通过磁钢固定套设置在真空腔体外，且磁钢在真空腔体外部对称设置，操作杆与 磁钢固定套连接固定；能通过拉动操作杆做直线运动，带动磁钢固定套和磁钢运动，进而利 用磁钢的磁力带动推动轴组件和装料勺运动，使装料勺到达隔离阀座内投料位置后，通过 拉动操作杆做径向旋转运动，从实现装料勺一起运动并翻转，完成投料。
2. 根据权利要求1所述的一种用于单晶硅生长炉的掺杂机构，其特征在于，所述磁钢 设有两块，对称设置在推动轴组件外部，并使两块磁钢和铁素体元件在一条直线上。
3. 根据权利要求1所述的一种用于单晶硅生长炉的掺杂机构，其特征在于，所述铁素 体元件是两面切边的圆柱体形状的结构。
4. 根据权利要求2所述的一种用于单晶硅生长炉的掺杂机构，其特征在于，所述单块 磁钢的磁力大于临界值F，临界值F满足公式：F= μ (M+m)g，其中，μ为直线运动轴承摩擦 系数，且μ的取值范围为〇. 002?0. 003, M为推动轴组件和装料勺的质量之和，m为装料 勺内盛装的物质的质量，g为重力加速度。
【文档编号】C30B29/06GK104213186SQ201410414496
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】朱亮, 王巍, 俞安州, 孙明, 沈兴潮 申请人:杭州慧翔电液技术开发有限公司, 浙江晶盛机电股份有限公司