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一种用于监测硅棒的生长直径的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于监测硅棒的生长直径的装置，包括石墨卡帽和垂直安装于石墨卡帽之上的监测棒，所述监测棒和石墨卡帽的轴心平行设置，且所述监测棒与石墨卡帽的轴心之间的距离略大于硅棒的预设半径，所述硅棒形成于石墨卡帽的轴心位置处。本实用新型所述用于监测硅棒的生长直径的装置能够很好地监测硅棒，尤其是原料硅棒的生长直径。
【专利说明】—种用于监测硅棒的生长直径的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及硅生产【技术领域】，具体涉及一种用于监测硅棒的生长直径的装置。
【背景技术】
[0002]多晶硅是太阳能光伏行业的基础材料，其主要生产工艺是改良西门子法，即三氯氧娃还原法:SiHCl3+H2 — Si+3HC1,原理是使用二氣氧娃和氧气在还原炉中进行反应,并在1200°C左右通过气相沉积的方式产生棒状多晶硅。
[0003]现有技术中，需要根据多晶硅的生长规律预先制定出三氯氢硅和氢气进料的料表以及电流\电压曲线，然后再生产多晶硅。在多晶硅的生产过程中，操作人员需通过还原炉上的视镜观察并监测多晶硅的生长情况，例如监测原料硅棒的生长直径。然而，目前的情况是，对原料硅棒的生长直径的监测大多依赖于操作人员的观察及经验，即，操作人员通过肉眼观察原料硅棒，并凭借其经验估算出原料硅棒的生长直径，这种方式不仅对操作人员的经验的要求比较高，还会造成在原料硅棒的生产过程中存在太多不确定性，例如，导致原料硅棒的生长直径过粗或过细，原料硅棒可用长度太少等。而且，单纯地靠预先制定的料表和凭经验估算出的原料硅棒的生长直径也无法保证原料硅棒的表面光洁度，导致经常出现原料硅棒的表观质 量不合格的情况。
实用新型内容 [0004]本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种用于监测硅棒的生长直径的装置，其能够很好地监测硅棒，尤其是原料硅棒的生长直径。
[0005]解决本实用新型技术问题所采用的技术方案:
[0006]所述用于监测硅棒生长直径的装置包括石墨卡帽和垂直安装于石墨卡帽之上的监测棒，所述监测棒和石墨卡帽的轴心平行设置，且所述监测棒与石墨卡帽的轴心之间的距离略大于硅棒的预设半径，所述硅棒形成于石墨卡帽的轴心位置处。
[0007]优选地，所述监测棒为至少两根，该至少两根监测棒和石墨卡帽的轴心互相平行设置，且所述至少两根监测棒以石墨卡帽的轴心为中心均匀分布在石墨卡帽上，每根监测棒与石墨卡帽的轴心之间的距离均略大于娃棒的预设半径。
[0008]优选地，所述监测棒为偶数根。
[0009]优选地，所述监测棒为两根。
[0010]优选地，所述监测棒采用石墨棒。
[0011]优选地，每根监测棒的长度≤80mm。
[0012]优选地，每根监测棒与石墨卡帽的轴心之间的距离均比硅棒的预设半径大I~5mm ο
[0013]优选地，每根监测棒的直径为9~15mm。
[0014]优选地，所述石墨卡帽的安装有监测棒一侧的表面上还设置有以所述表面的中心为圆心的圆形凹槽，所述娃棒的根部形成于所述圆形凹槽中；所述圆形凹槽的直径略大于硅棒根部的预设直径。
[0015]进一步优选地,所述圆形凹槽的直径比娃棒根部的预设直径大I?5mm。
[0016]优选地,所述硅棒为原料单晶硅棒或原料多晶硅棒。
[0017]有益效果:
[0018]本实用新型所述用于监测硅棒的生长直径的装置通过垂直安装于石墨卡帽上的监测棒能够监测位于石墨卡帽轴心位置处的硅棒的生长直径，也即，监测硅棒直径的生长情况，当硅棒的直径逐渐生长至接近于监测棒的位置处时，停炉即可保证硅棒的直径满足工艺要求。所述硅棒既可以是原料单晶硅棒，也可以是原料多晶硅棒。
[0019]以生产原料多晶硅棒为例，生产原料多晶硅棒比生产正品料的电单耗高约29kwh/kgsi，如因现有技术的原因造成原料多晶硅棒报废，则以硅芯料(用以生产原料多晶硅棒的材料)重量为1900kg计算，电耗方面损失为:1900kg/炉次*29kwh/kg*0.3元/kwh=l.653万元/炉次；产量方面损失为:26h (每炉非生产时间)*50kg/h (生产速率)*3万元/吨=3.9万元/炉次；以每月损失一炉硅芯料计算，则使用本实用新型所述监测装置后每年可节约成本(1.653万元+3.9万元)*11个月=61.08万元,十分可观。
【专利附图】

【附图说明】
[0020]图1为本实用新型实施例2中一种用于监测硅棒生长直径的装置的俯视图；
[0021]图2为本实用新型实施例2中另一种用于监测硅棒生长直径的装置的俯视图；
[0022]图3为本实用新型实施例3中用于监测硅棒生长直径的装置的俯视图；
[0023]图4为本实用新型实施例3中用于监测硅棒生长直径的装置的主视图。
[0024]图中:1 —石墨卡帽；2 —监测棒；2’ 一石墨棒；3 —圆形凹槽。
【具体实施方式】
[0025]为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0026]实施例1:
[0027]本实施例提供一种用于监测硅棒的生长直径的装置，包括石墨卡帽和垂直安装于石墨卡帽之上的监测棒，所述监测棒和石墨卡帽的轴心平行设置，且所述监测棒与石墨卡帽的轴心之间的距离略大于硅棒的预设半径，所述硅棒形成于石墨卡帽的轴心位置处。
[0028]本实施例中，对所述监测棒的数量不做限制，可以为一根，也可以为多根，本领域技术人员可根据实际需求自行设定监测棒的数量，但需要满足每根监测棒均与石墨卡帽的轴心平行设置，且每根监测棒与石墨卡帽的轴心之间的距离均略大于硅棒的预设半径。
[0029]目前，无论是单晶硅生产领域还是多晶硅生产领域，石墨卡帽都是必不可少的生产部件之一，而娃棒一般在石墨卡帽的轴心位置处均勻地生长，可见，通过对现有的石墨卡帽稍作改进就可制成本实施例所述装置，因此节约了成本。
[0030]在实际应用中，将本实施例所述装置置于还原炉内，操作人员可通过还原炉上的视镜(一般是通过Al相视镜和Cl相视镜)观察并监测硅棒直径的生长情况，一旦发现硅棒的直径逐渐生长至接近于监测棒的位置处时，说明硅棒的直径已经达到了预先的设计值(即硅棒的预设半径的二倍，所述硅棒的预设半径的值可由本领域技术人员根据实际生产要求来设定)，此时操作人员停炉以保证硅棒的直径满足工艺要求。
[0031]优选地，所述石墨卡帽的安装有监测棒一侧的表面上还设置有以所述表面的中心为圆心的圆形凹槽，所述娃棒的根部形成于所述圆形凹槽中；所述圆形凹槽的直径应略大于硅棒根部的预设直径，例如，所述圆形凹槽的直径比硅棒根部的预设直径大I?5mm，所述硅棒根部的预设直径和所述圆形凹槽的深度可由本领域技术人员根据实际生产要求来设定。在实际应用中，操作人员通过还原炉上的视镜观察到硅棒的根部生长至接近所述圆形凹槽的侧壁时，即可开始收光工艺，此时进行收光控制能提高硅棒的表观质量，进而提高硅棒的利用率。
[0032]优选地,所述硅棒可以为原料单晶硅棒或原料多晶硅棒。优选地,所述监测棒采用石墨棒，因石墨棒具有耐闻温，不易断裂等优点。
[0033]实施例2:
[0034]本实施例与实施例1的区别在于:
[0035]所述监测棒的数量为至少两根，该至少两根监测棒和石墨卡帽的轴心互相平行设置，且所述至少两根监测棒以石墨卡帽的轴心为中心均匀分布在石墨卡帽上(即每根监测棒与石墨卡帽的轴心之间的距离都相等)，每根监测棒与石墨卡帽的轴心之间的距离均略大于硅棒的预设半径。
[0036]实际应用中，所述监测棒的数量可以为奇数根(例如图1所示的3根)，也可以为偶数根(例如图2所示的4根)。但是，为了更加方便地观察硅棒是否生长至接近于各根监测棒的位置处，以更好地判断硅棒的生长直径是否满足工艺要求，优选地，所述监测棒为偶数根。
[0037]本实施例中的其他结构及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。
[0038]实施例3:
[0039]本实施例中，以硅棒采用原料多晶硅棒、监测棒为两根并采用石墨棒为例详细说明用于监测原料多晶硅棒的生长直径的装置。
[0040]如图3、4所示，所述装置包括石墨卡帽I和垂直安装于石墨卡帽I之上的两根石墨棒2’，所述两根石墨棒2’和石墨卡帽I的轴心互相平行设置，且所述两根石墨棒2’以石墨卡帽I的轴心为中心均勻分布在石墨卡帽I上，即所述两根石墨棒2’等距分列于石墨卡帽I的两侧，每根石墨棒2’与石墨卡帽I的轴心之间的距离略大于原料多晶硅棒的预设半径，或者说两根石墨棒2’之间的距离Cl1略大于原料多晶硅棒的预设直径，所述原料多晶硅棒形成于石墨卡帽I的轴心位置处，所述石墨卡帽I的安装有石墨棒2’ 一侧的表面上还设置有以所述表面的中心为圆心的圆形凹槽3，所述原料多晶硅棒的根部形成于所述圆形凹槽3中，所述圆形凹槽3的直径略大于原料多晶硅棒根部的预设直径。
[0041]现有的多晶硅还原炉有多种，例如五芯炉、七芯炉等，对于五芯炉来说，其生产的原料多晶硅棒的预设直径的范围为50?80mm，对于七芯炉来说，其生产的原料多晶硅棒的预设直径的范围为70?90mm，需使两根石墨棒2’之间的距离(I1比对应还原炉生产的原料多晶硅棒的预设直径大2?10_，则原料多晶硅棒的直径生长至接近两根石墨棒2’的位置处时停炉，可保证生成的原料多晶硅棒满足工艺要求，从而提高原料多晶硅棒的成功率，经试验证明，原料多晶硅棒的成功率> 95%。[0042]每根石墨棒2’的直径d2为9?15mm,优选直径d2为12mm。每根石墨棒2’的长度L < 80mm,优选长度L为80mm。这里,设定石墨棒2’的长度最大值的目的是,防止石墨棒因长期使用后发生老化断裂并搭在还原炉内其它石墨卡帽上，进而造成短路，也就是说，即使石墨棒发生断裂，也不会搭在周围的其它石墨卡帽上，因而减少了短路的风险。
[0043]所述圆形凹槽3的直径d3为30?40mm,优选直径d3为35mm,深度为I?2mm,优选深度为1_。当原料多晶硅棒的根部生长至接近所述圆形凹槽3的侧壁时，进行收光控制，以提高原料多晶硅棒的表观质量，进而提高原料多晶硅棒的利用率，经试验证明，原料多晶硅棒的利用率> 70%。
[0044]本实施例中的其他结构及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。
[0045]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于监测硅棒的生长直径的装置，其特征在于，包括石墨卡帽和垂直安装于石墨卡帽之上的监测棒，所述监测棒和石墨卡帽的轴心平行设置，且所述监测棒与石墨卡帽的轴心之间的距离略大于硅棒的预设半径，所述硅棒形成于石墨卡帽的轴心位置处。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述监测棒为至少两根，该至少两根监测棒和石墨卡帽的轴心互相平行设置，且所述至少两根监测棒以石墨卡帽的轴心为中心均匀分布在石墨卡帽上，每根监测棒与石墨卡帽的轴心之间的距离均略大于硅棒的预设半径。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述监测棒为偶数根。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述监测棒为两根。
5.根据权利要求1?4中任一项所述的装置，其特征在于，所述监测棒采用石墨棒。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，每根监测棒的长度<80mm。
7.根据权利要求1?4中任一项所述的装置，其特征在于，每根监测棒与石墨卡帽的轴心之间的距离均比娃棒的预设半径大I?5mm。
8.根据权利要求1?4中任一项所述的装置，其特征在于，每根监测棒的直径为9?1 5mm η
9.根据权利要求1?4中任一项所述的装置，其特征在于，所述石墨卡帽的安装有监测棒一侧的表面上还设置有以所述表面的中心为圆心的圆形凹槽，所述硅棒的根部形成于所述圆形凹槽中；所述圆形凹槽的直径略大于硅棒根部的预设直径。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述圆形凹槽的直径比硅棒根部的预设直径大I?5mm。
11.根据权利要求1?4中任一项所述的装置，其特征在于，所述硅棒为原料单晶硅棒或原料多晶硅棒。
【文档编号】G01B5/08GK203811088SQ201420152952
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】杨勇, 谭忠芳, 呼维军, 梁立刚, 王文 申请人:新特能源股份有限公司