硅芯炉拉单晶工艺多晶硅是单晶硅生产企业必不可少的主要原料，而硅芯是多晶硅生产过程中生长多晶的载体。多晶硅生长载体-硅芯的生产，是多晶硅生产不可缺少的主要装备之一。1硅芯晶体生长工艺特点硅芯晶体生长一般采用垂直区熔法。原料棒固定在下轴上，籽晶装在上轴，上下轴同轴心。用高频感应线圈在氩气气氛中加热，使原料棒的顶部和在其上部靠近的同轴固定的单晶籽晶间形成熔滴，随着硅芯晶体的不断生长，硅芯晶体向上作慢速提拉，与此同时，原料棒以与之匹配的速度向上作慢速移动，需要时原料棒可转动。硅芯炉设备工作时，先对设备进行抽空，等炉内真空度≤3Pa时，切断抽空，然后充以氩气保护气氛，加热料棒，晶体生长开始。在硅芯晶体的生长过程中，充气、排气一直在进行，以保证硅芯晶体的纯度；拉晶开始、结束及更换籽晶卡头需要上、下轴有快速移动功能。设备应具备以下条件：(1)上轴慢速提拉运动(工作速度)，拉速0．5-60mm／min：(2)上轴快速，l000mm／min，500mm／min两档；(3)下轴慢速0．02-10mm／min；(4)下轴快速，75mm／min，150mm／min两档；(5)下轴旋转：0～60r／min；(6)真空度≤3Pa；(7)充气；(8)高频电源部分；(9)6根／炉次。2硅芯晶体生长炉总体设计按照硅芯晶体生长条件，设备由3大部分组成：机械部分、电气控制部分及高频电源部分。机械部分由底座、下轴升降及旋转机构、炉室、过渡副室、籽晶托盘及机头、硅芯提升机构、真空系统、充气系统、水路、摄像头等部分构成。下面主要介绍设备的几个重要组成部分。2.1真空炉室及过渡副室炉室是设备中晶体生长的工作问，置于底座上平面。按照硅芯生长要求，下轴通过密封从炉体下端进入炉内，籽晶从炉体顶部向下进入炉内，炉室下半部分为双层水冷结构，上半部分不带水冷，上、下部分都开有炉门，炉门上设有观察窗，便于观察拉晶状况；另外炉体上设有高频线圈接口、拨叉口、后视镜口、摄像口、上下充气口、真空抽口、压力表口、及水咀接口，以满足硅芯炉工作各功能要求，使设备操作更加便利。炉室各处需密封可靠。过渡副室起承上启下及限位的作用。下面与炉室相连，上面装有硅芯提拉机构。在过渡副室上设有限位口及观察窗口，与炉室相通，需要密封可靠。2.2下轴升降旋转机构下轴升降旋转机构运动工况。该机构需具有下轴快速升降、慢速升降及下轴旋转功能。整个下轴运动机构正常工作时运行在低速轻载情况下，连续工作；运行时应平稳，无振动，无爬行。为了满足下轴升降旋转机构的使用要求，采用直流伺服电机蜗轮减速机驱动，滚动导轨、滚珠丝杠等精密传动元件传动，可在一定的范围内进行无级调速，运行平稳可靠。2.3籽晶托盘及控制系统硅芯晶体直径一般为8～10mm，细而长，一根原料棒可生长6根硅芯棒，这样就省去了每生长一根硅芯晶体后，开炉、抽空、准备的时间，既提高了效率，又提高了设备的利用率。2.4硅芯提升机构由于硅芯晶体棒细而长，为了降低设备高度，提升机构采用卷轮箱软轴结构。籽晶提升运动分为籽晶快速和籽晶慢速。正常拉晶时用籽晶慢速，卸放、抓取操作及调整位置等采用籽晶快速。运动工况低速轻载，连续工作；运行时应平稳，无振动，无爬行。按照使用要求硅芯提升机构运动系统为：由直流伺服电机系统经过精密的蜗轮蜗杆减速器带动卷轮，卷轮通过滚动花键传递扭矩并承担支承。卷轮由牵引螺纹螺母套实现平移，卷绕软轴钢丝始终在对中位置。卷轮的平移又带动限位杆，实现软轴的极限限位，以保护提升机构不受损害。卷轮联有光电编码器，可以精确显示硅芯生长长度。2.5真空系统、充气系统及水路在气氛下进行运作。从气源来的气氛通过手动针阀流量计分成两路，一路通过手动针阀从炉室下部进入炉室，另一路通过手动针阀从炉室上部进入炉室，再从炉室另一侧通过手动针阀排出。炉室上装有压力表，显示炉内压力。工作时先抽空，真空度达到要求后方可进行下一步操作，真空度≤3Pa属于中真空，采用直连旋片泵即可，各处需密封状况良好。采用高频感应加热，工作时各处人可接触的地方温度不应超过50℃，为此炉室必须设计水冷却，另外密封处温度高的地方也必须有水冷却系统。3电气控制系统3.1高精度的速度控制方式由于生产工艺和操作可靠性的需要，需要很高的控速精度，因而需要采用速度闭环控制的调速系统。包括上、下轴慢速控制和下轴旋转控制系统。3．2高精度的籽晶托盘定位控制系统采用单片机控制步进电机系统来对籽晶托盘进行定位控制。系统组成：电源系统、单片机籽晶托盘控制系统、步进电机控制器及步进电机。