一種減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，反應(yīng)管的開口端設(shè)有爐門，所述密封裝置包括分別套裝于反應(yīng)管外部的爐門密封法蘭和爐管密封法蘭，所述爐門密封法蘭與爐門接觸的端面設(shè)有圓環(huán)形的內(nèi)溝槽，并在內(nèi)溝槽中安裝爐門密封圈；爐門密封法蘭與爐管密封法蘭之間設(shè)有套裝在反應(yīng)管上的爐管密封圈；所述密封裝置還設(shè)有對爐門密封法蘭進(jìn)行冷卻的爐門密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)、對爐管密封法蘭進(jìn)行冷卻的爐管密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)。通過爐門、爐門密封法蘭及爐門密封圈、爐管密封法蘭及其爐管密封圈相互組合，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)管的軸向和徑向方向的多重密封，保證了密封性能的可靠性，防止密封圈過熱損壞，提高了密封圈的使用壽命。
【專利說明】一種減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子半導(dǎo)體工藝特別是晶體硅太陽能電池生產(chǎn)專用裝備領(lǐng)域，具體為一種減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置。
【背景技術(shù)】[0002]擴(kuò)散工藝的主要用途是在高溫條件下對半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行摻雜，從而改變和控制半導(dǎo)體內(nèi)雜質(zhì)的類型、濃度和分布，以便建立起不同的電特性區(qū)域。在太陽能晶硅電池制造工藝中，常采用熱擴(kuò)散工藝制備PN結(jié)，即在加熱條件下將V族雜質(zhì)元素磷摻入P型硅或?qū)II族雜質(zhì)硼摻入N型硅中，PN結(jié)特性對于太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率有重要影響，是太陽能電池性能的決定性因素之一。隨著太陽能電池向高效方向發(fā)展，硅片表面摻雜濃度不斷降低，PN結(jié)的結(jié)深越來越淺，方塊電阻從40到100Ω/ 口不斷增加，未來的高效晶體硅太陽能電池正在向淺結(jié)擴(kuò)散的方向發(fā)展。目前傳統(tǒng)的太陽能生產(chǎn)線主要采用常壓擴(kuò)散工藝，即擴(kuò)散過程中，擴(kuò)散爐工作腔內(nèi)壓力保持常壓或微正壓，常壓擴(kuò)散工藝對擴(kuò)散爐工作腔的密封性要求低，無需可靠的密封結(jié)構(gòu)，甚至可直接采用非密閉爐管結(jié)構(gòu)，技術(shù)較為簡單，然而，隨著結(jié)深的不斷變淺，常壓擴(kuò)散對硅片摻雜均勻性的控制越來越差，難以制備高質(zhì)量的淺結(jié)PN結(jié)，此外，常壓擴(kuò)散中化學(xué)品的吸收率低，消耗量大，已經(jīng)很難滿足太陽能電池高效、低成本發(fā)展的技術(shù)要求。
[0003]隨著擴(kuò)散技術(shù)的不斷進(jìn)步，研究人員發(fā)現(xiàn)降低擴(kuò)散爐工作腔內(nèi)的氣壓會提高擴(kuò)散爐管內(nèi)氣流的均勻性，避免湍流產(chǎn)生，從而提高擴(kuò)散的均勻性，據(jù)報(bào)道，目前，國外先進(jìn)的減壓擴(kuò)散技術(shù)可使晶體硅電池在高至ΙδΟΩ/sq的方塊電阻范圍內(nèi)仍具有優(yōu)異的擴(kuò)散均勻性，為晶體硅太陽能電池效率的進(jìn)一步提高奠定了基礎(chǔ)。此外，減壓擴(kuò)散還有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如隨著方阻均勻性的提高，裝片石英舟槽間距設(shè)計(jì)可由目前標(biāo)準(zhǔn)的4.72mm降為標(biāo)準(zhǔn)值的一半左右2.38mm,甚至可降至2_以下，這樣帶來的效果是在設(shè)備體積不變的情況下產(chǎn)能大幅提升。另外，采用減壓工藝以后，擴(kuò)散過程化學(xué)品的吸收效率大幅提高，可大大降低工藝過程中化學(xué)品的用量，節(jié)省成本。鑒于減壓擴(kuò)散所具有的高均勻性、高產(chǎn)能、和低消耗的優(yōu)勢，減壓式擴(kuò)散爐能夠在低成本和小占地面積的情況下生產(chǎn)高品質(zhì)的太陽電池，為晶體硅太陽電池?cái)U(kuò)散工藝設(shè)定了全新標(biāo)準(zhǔn)，是未來擴(kuò)散工藝發(fā)展的趨勢。目前在國內(nèi)還沒有減壓擴(kuò)散設(shè)備的報(bào)道，相關(guān)研究文獻(xiàn)報(bào)道也很少，減壓擴(kuò)散設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)作為技術(shù)和商業(yè)秘密掌握于國外少數(shù)幾家大公司，而國內(nèi)產(chǎn)品尚屬空白，突破減壓擴(kuò)散設(shè)備核心技術(shù)，對于打破國外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)設(shè)備國產(chǎn)化，進(jìn)一步降低光伏發(fā)電成本，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。
[0004]擴(kuò)散爐反應(yīng)管在爐口設(shè)有爐門，爐門在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下可打開和關(guān)閉，擴(kuò)散工藝前，爐門打開，送料機(jī)構(gòu)(送料漿)將載有硅片的石英舟送入爐管內(nèi)，然后送料漿退出，爐門關(guān)閉，接著進(jìn)行電加熱和輸送工藝氣體，開始擴(kuò)散工藝過程。減壓擴(kuò)散反應(yīng)管的壓力為負(fù)壓，工藝過程中反應(yīng)管的密封性要求極高，如果密封不良，一方面可能無法形成減壓擴(kuò)散所需要的低壓環(huán)境，不能滿足工藝的負(fù)壓條件要求；另一方面，在外部大氣壓力作用下，反應(yīng)管外氣體、雜質(zhì)等可進(jìn)入反應(yīng)管中，嚴(yán)重影響P N結(jié)制備的質(zhì)量，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。所以工藝過程中需對擴(kuò)散爐反應(yīng)管進(jìn)行嚴(yán)格密封，而對反應(yīng)管實(shí)施密封時(shí)需要考慮反應(yīng)管的高溫環(huán)境，如在三氯氧磷擴(kuò)散過程中，需通過加熱將擴(kuò)散爐工作腔內(nèi)溫度升至850-900度，而采用固態(tài)氮化硼擴(kuò)散時(shí)，擴(kuò)散溫度更高，爐內(nèi)溫度達(dá)到950-1000度，而密封圈可承受的最高溫度一般為300-400度，在如此高的溫度環(huán)境下，密封圈直接跟爐管接觸很容易因溫度過高而熔化損壞，導(dǎo)致密封失效，所以在實(shí)現(xiàn)高溫?cái)U(kuò)散爐工作腔密封時(shí)需要考慮到工作環(huán)境的特殊性，即需要考慮密封結(jié)構(gòu)的耐高溫設(shè)計(jì)，如何實(shí)現(xiàn)減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管在低壓、高溫環(huán)境下的可靠密封，是減壓擴(kuò)散爐設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，通過組合式的密封結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)爐管軸向和徑向的密封，實(shí)現(xiàn)減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管在低壓、高溫環(huán)境下的可靠密封。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，反應(yīng)管的開口端設(shè)有爐門，所述密封裝置包括分別套裝于反應(yīng)管外部的爐門密封法蘭和爐管密封法蘭，所述爐門密封法蘭置于反應(yīng)管的開口端且爐門密封法蘭的一個(gè)端面與封閉后的爐門接觸，而爐門密封法蘭的另一個(gè)端面與爐管密封法蘭貼緊且爐門密封法蘭與爐管密封法蘭之間通過螺栓連接，所述爐門密封法蘭與爐門接觸的端面設(shè)有圓環(huán)形的內(nèi)溝槽，并在內(nèi)溝槽中安裝爐門密封圈；所述爐門密封法蘭與爐管密封法蘭之間設(shè)有套裝在反應(yīng)管上的爐管密封圈；所述密封裝置還設(shè)有對爐門密封法蘭進(jìn)行冷卻的爐門密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)、對爐管密封法蘭進(jìn)行冷卻的爐管密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)。
[0007]爐門關(guān)閉后，在爐門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)氣缸的作用力下爐門與爐門法蘭的一個(gè)端面緊密貼合，爐門密封圈受擠壓產(chǎn)生變形，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散爐反應(yīng)管的軸向密封。再通過爐門密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)對爐門法蘭進(jìn)行冷卻，防止?fàn)t門密封圈周圍環(huán)境溫度過高，有效避免了爐門密封圈的過熱損壞，延長了爐門密封圈的使用壽命。爐管密封圈置于爐門密封法蘭、爐管密封法蘭、反應(yīng)爐管三者中間，在螺紋聯(lián)`接作用下，爐管密封圈與爐門法蘭、爐管法蘭、反應(yīng)管三者緊密貼合，密封圈受擠壓產(chǎn)生變形，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散爐反應(yīng)管的徑向密封。再通過爐管密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)對爐管法蘭進(jìn)行冷卻，防止?fàn)t管密封圈周圍環(huán)境溫度過高，有效避免了爐管密封圈的過熱損壞，延長了爐管密封圈的使用壽命。
[0008]所述爐門密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)包括設(shè)在與爐門接觸的爐門密封法蘭端面上的圓環(huán)形的外溝槽、安裝在外溝槽中的爐門密封法蘭冷卻管道，所述爐門密封法蘭冷卻管道中通入冷卻液。
[0009]所述爐門密封法蘭中的內(nèi)溝槽置于反應(yīng)管外端面與外溝槽之間，冷卻效果更好。
[0010]所述爐管密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)包括設(shè)在爐管密封法蘭端面的環(huán)形凹槽、固定在爐管密封法蘭上并將環(huán)形凹槽覆蓋住的法蘭擋圈、向環(huán)形凹槽內(nèi)通入冷卻液的進(jìn)液接頭、從環(huán)形凹槽內(nèi)排出冷卻液的排液接頭，所述環(huán)形凹槽與法蘭擋圈配合形成供冷卻液流動(dòng)的液體通道。工作時(shí)，冷卻液通過進(jìn)液接頭進(jìn)入爐管密封法蘭，流經(jīng)爐管密封法蘭內(nèi)部的液體通道后，從排液接頭排出，帶走爐管密封法蘭的熱量。
[0011]相對而言，爐門密封法蘭的溫度較低，冷卻要求不高，采用結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的纏繞式爐門密封法蘭冷卻管道比較合適；而爐管密封法蘭的溫度較高，冷卻要求也高，采用在法蘭中加工水路通道，用冷卻水通過水冷接頭直接對法蘭進(jìn)行冷卻的效果更好，只是相對來說結(jié)構(gòu)復(fù)雜些。
[0012]所述進(jìn)液接頭與排液接頭之間的環(huán)形凹槽中設(shè)有隔液片，使進(jìn)入爐管密封法蘭的冷卻液在爐管密封法蘭內(nèi)部的液體通道中充分形成循環(huán)流動(dòng)。
[0013]所述爐門密封圈為O型密封圈。
[0014]冷卻液可選用水，簡單、方便，冷卻效果好。
[0015]所述爐門密封法蘭、爐管密封法蘭均采用氣煉石英材料制成，避免了在高溫環(huán)境下金屬雜質(zhì)進(jìn)入到擴(kuò)散爐反應(yīng)管內(nèi)部，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
[0016]本發(fā)明為一種減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，有如下有益效果:
I )組合式密封結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)管的可靠密封。
[0017]通過爐門、爐門密封法蘭及爐門密封圈、爐管密封法蘭及其爐管密封圈相互組合，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)管的軸向和徑向方向的多重密封，保證了密封性能的可靠性，使擴(kuò)散爐能夠形成減壓擴(kuò)散工藝所需要的低壓條件，也避免了反應(yīng)管外氣體、雜質(zhì)等進(jìn)入反應(yīng)管內(nèi)，保證了 PN結(jié)制備質(zhì)量。
[0018]2 )循環(huán)液冷卻，有效提聞密封圈的使用壽命。
[0019]采用水冷方式對爐門密封法蘭和爐管密封法蘭進(jìn)行冷卻，防止密封圈過熱損壞，提高了密封圈的使用壽命。
[0020]3 )實(shí)現(xiàn)減壓工藝，提升技術(shù)水平。
[0021]通過本發(fā)明提出的一種適用于減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，可形成減壓擴(kuò)散的負(fù)壓工藝條件，使設(shè)備具有高均勻性、高產(chǎn)能、和低消耗的優(yōu)勢，能夠在低成本和小占地面積的情況下生廣聞品質(zhì)的太陽電池，進(jìn)一步提聞晶娃太陽能電池效率，降低成本。
[0022]4 )結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)施簡便。
[0023]適用于減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可直接應(yīng)用于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)化的石英爐管，不僅適用于新型減壓擴(kuò)散爐的設(shè)計(jì)，對于已購置擴(kuò)散爐設(shè)備的生產(chǎn)廠商而言，也可在原有機(jī)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)升級改造，普通推廣應(yīng)用簡便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明所述密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中的A部放大圖；
圖3為爐門密封法蘭的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為爐管密封法蘭的結(jié)構(gòu)主視圖；
圖5為爐管密封法蘭的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1、圖2所示，一種減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，反應(yīng)管2的開口端設(shè)有爐門1，密封裝置包括分別套裝于反應(yīng)管2外部的爐門密封法蘭3和爐管密封法蘭6，爐門密封法蘭3置于反應(yīng)管2的開口端且爐門密封法蘭3的一個(gè)端面與封閉后的爐門I接觸，而爐門密封法蘭3的另一個(gè)端面與爐管密封法蘭6貼緊且爐門密封法蘭3與爐管密封法蘭6之間通過螺栓連接；所述爐門密封法蘭3與爐門I接觸的端面設(shè)有圓環(huán)形的內(nèi)溝槽，并在內(nèi)溝槽中安裝爐門密封圈4 ;所述爐門密封法蘭3與爐管密封法蘭6之間設(shè)有套裝在反應(yīng)管2上的爐管密封圈7 ;所述密封裝置還設(shè)有對爐門密封法蘭3進(jìn)行冷卻的爐門密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)、對爐管密封法蘭6進(jìn)行冷卻的爐管密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)。
[0026]如圖3所示，爐門密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)包括設(shè)在與爐門I接觸的爐門密封法蘭3端面上的圓環(huán)形的外溝槽、安裝在外溝槽中的爐門密封法蘭冷卻管道5，所述爐門密封法蘭冷卻管道5中通入冷卻液；爐門密封法蘭3中的內(nèi)溝槽置于反應(yīng)管2外端面與外溝槽之間。
[0027]如圖4、圖5所示，爐管密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)包括設(shè)在爐管密封法蘭6端面的環(huán)形凹槽10、固定在爐管密封法蘭6上并將環(huán)形凹槽10覆蓋住的法蘭擋圈9、向環(huán)形凹槽10內(nèi)通入冷卻液的進(jìn)液接頭11、從環(huán)形凹槽10內(nèi)排出冷卻液的排液接頭8，所述環(huán)形凹槽10與法蘭擋圈9配合形成供冷卻液流動(dòng)的液體通道；進(jìn)液接頭11與排液接頭8之間的環(huán)形凹槽10中設(shè)有隔液片12。
[0028]爐門密封圈4為O型密封圈。
[0029]爐門密封法蘭3、`爐管密封法蘭6均采用氣煉石英材料制成。
【權(quán)利要求】
1.一種減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，反應(yīng)管(2)的開口端設(shè)有爐門(1)，其特征是，所述密封裝置包括分別套裝于反應(yīng)管(2)外部的爐門密封法蘭(3)和爐管密封法蘭(6)，所述爐門密封法蘭(3)置于反應(yīng)管(2)的開口端且爐門密封法蘭(3)的一個(gè)端面與封閉后的爐門(I)接觸，而爐門密封法蘭(3)的另一個(gè)端面與爐管密封法蘭(6)貼緊且爐門密封法蘭(3 )與爐管密封法蘭(6 )之間通過螺栓連接；所述爐門密封法蘭(3 )與爐門(I)接觸的端面設(shè)有圓環(huán)形的內(nèi)溝槽，并在內(nèi)溝槽中安裝爐門密封圈(4);所述爐門密封法蘭(3)與爐管密封法蘭(6)之間設(shè)有套裝在反應(yīng)管(2)上的爐管密封圈(7);所述密封裝置還設(shè)有對爐門密封法蘭(3)進(jìn)行冷卻的爐門密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)、對爐管密封法蘭(6)進(jìn)行冷卻的爐管密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，其特征是，所述爐門密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)包括設(shè)在與爐門(I)接觸的爐門密封法蘭(3)端面上的圓環(huán)形的外溝槽、安裝在外溝槽中的爐門密封法蘭冷卻管道(5 )，所述爐門密封法蘭冷卻管道(5 )中通入冷卻液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，其特征是，所述爐門密封法蘭(3)中的內(nèi)溝槽置于反應(yīng)管(2)外端面與外溝槽之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，其特征是，所述爐管密封法蘭冷卻機(jī)構(gòu)包括設(shè)在爐管密封法蘭(6 )端面的環(huán)形凹槽(10 )、固定在爐管密封法蘭(6 )上并將環(huán)形凹槽(10)覆蓋住的法蘭擋圈(9)、向環(huán)形凹槽(10)內(nèi)通入冷卻液的進(jìn)液接頭(11)、從環(huán)形凹槽(10)內(nèi)排出冷卻液的排液接頭(8)，所述環(huán)形凹槽(10)與法蘭擋圈(9)配合形成供冷卻液流動(dòng)的液體通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，其特征是，所述進(jìn)液接頭(11)與排液接頭(8)之間的環(huán)形凹槽(10)中設(shè)有隔液片(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，其特征是，所述爐門密封圈(4)為O型密封圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，其特征是，所述爐門密封法蘭(3)采用氣煉石英材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述減壓擴(kuò)散爐反應(yīng)管的密封裝置，其特征是，所述爐管密封法蘭(6)采用氣煉石英材料制成。
【文檔編號】C30B31/06GK103866393SQ201410091791
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】劉良玉, 曹騫, 陳暉 , 蘇衛(wèi)中, 楊曉生, 童暉 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所