Кріпильний конус для кремнієвих осаджувальних стержнів

Реферат: Винахід належить до кріпильного конуса, на якому розміщують кремнієві осаджувальні стержні, які використовують в реакторах для осадження полікремнію. Задачу, що поставлена в основу винаходу, який використовують в реакторах для осаджування полікремнію, вирішують за рахунок того, що кріпильний конус включає вісесиметричну основну частину корпусу, в центрі верхньої поверхні якої містить цільний кріпильний елемент для кріплення кремнієвих осаджувальних стержнів, при цьому основна частина корпусу має отвір у формі кришки горщика, виконаний з можливістю розташування болта клеми, і, при цьому його бокова поверхня виконана з можливістю вставлення в лінію електроживлення, що проходить по днищу реактора, причому кремнієвий осаджувальний стержень, кріпильний елемент, основна частина корпусу і кріплення лінії електропостачання, а також болт клеми за формою та силовим замиканням виконані з можливістю вставлятися одна в одну. Конструкція, що відзначається особливо малою масою кріпильного конуса з мінімальною товщиною стінок в поєднанні з центральним теплопостачанням через кріпильну цангу, забезпечує суттєве зниження виділення тепла через систему електроживлення та, відповідно, зниження споживання тепла при нагріванні реактора. Окрім цього, кріпильна цанга, яка використовується в конусі та має спеціальну форму, забезпечує просте та надійне кріплення вставлених в корпус кремнієвих осаджувальних стержнів, а також по завершенні процесу осаджування, просте виймання готових стержнів. Завдяки можливості міняти внутрішній контур кріпильної цанги, вона може UA 99570 C2 (12) UA 99570 C2 бути пристосована до форми кремнієвих осаджувальних стержнів майже всіх розмірів, при цьому немає потреби змінювати їхню основну конструкцію. UA 99570 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується кріпильного конусу, на якому розміщуються кремнієві осаджувальні стержні, що використовуються в реакторах для осадження полікремнію. Полікремній у великих кількостях використовується в різноманітних галузях, наприклад, при виробництві елементів сонячних батарей. Оскільки полікремній достатньої чистоти в природі не зустрічається або зустрічається в незначній кількості, його виготовляють за відповідною технологією. Для виробництва полікремнію було, наприклад, розроблено так звану технологію Сіменс, відповідно до якої велика кількість кремнієвих осаджувальних стержнів, які також називають слімродами, розміщується в реакторі, де в процесі випарювання на них осаджується полікремній. Передумовою для використання цієї технології є, зокрема, достатня температура тонких кремнієвих стержнів, яка повинна бути близькою до температури плавлення кремнію. Щоб досягти цього, кремнієві осаджувальні стержні за допомогою резистивного нагрівання доводять до потрібної температури. В цьому випадку кремнієві осаджувальні стержні попарно вставляють у відповідні кріплення реактора таким чином, що тонкі кремнієві стержні на їх верхніх вільних кінцях мають електричне сполучення один з одним. У якості основи для кремнієвих осаджувальних стержнів, як правило, використовуються кріпильні конуси з графіту, що складаються з однієї або декількох частин. Кріпильні конуси забезпечують як електричний контакт, так і механічне закріплення кремнієвих накопичувальних стержнів, вага яких в процесі осаджування суттєво зростає за рахунок формування кремнієвих шарів. Крім цього, готові кремнієві стержні повинні достатньо легко вийматись з кріпильних конусів. Для осаджування полікремнію на тонкі кремнієві стержні при 1100 °C за допомогою парофазного осаджування (яке, за звичай, називають Chemical Vapor Deposition (CVD)), застосовується високо очищений трихлорсилан (SiHCb), при цьому відбувається диспропорціювання за формулою: 4 SiHC13 → Si+SiC14+2 Н2 Кремній, який вивільняється в ході цієї реакції, осаджується на кремнієвих стержнях. Зазвичай, реактор складається з кварцового куполу із зовнішнім захисним металевим куполом, який повністю охолоджується водою, в тому числі і його опорна плита та всі електрокомунікації. У простій конструкції, тобто у її варіанті, що складається лише з однієї частини, кремнієві осаджувальні стержні просто вставляються в отвори у кріпильному конусі. Зрозуміло, що в такому випадку добрий електричний контакт може бути забезпечено лише тоді, коли отвір кріпильного конусу максимально точно повторює контур кремнієвого осаджувального стержня, який в нього вставляється. В конструкціях, що мають декілька частин, кріпильний конус складається з основної частини корпусу та вставленої в неї накидної колодки, яка за допомогою накидної гайки кріпиться до вставленого в отвір корпусу кремнієвого осаджувального стержня. При використанні кріпильного конусу дуже важливе забезпечення достатнього електричного контакту між подачею напруги через стіну реактора до цього кріпильного конусу, між кріпильним конусом та кремнієвими осаджувальними стержнями. Крім цього, в місці сполучення лінії електрозабезпечення, кріпильного конусу та кремнієвих осаджувальних стержнів, виділення тепла повинно бути зведено до мінімуму. У приведених нижче документах конструкції не задовольняють цім вимогам. В патенті DE 600 32 813 Т2, що стосується методу CVD та пристрою для осаджування полікремнію, згідно з яким кремній осаджується на кремнієві трубки, більш детально описаію згаданий вище метод Сіменс. Кремнієві трубки кріпляться в реакторі за допомогою графітних тримачів. Подібні графітні тримачі описані також у патенті US 3 200 009 А. З патенту DE 1 205 950 В відоме кріплення у пристрої для осаджування напівпровідникового матеріалу з газової фази носія, що має форму стержня з напівпровідникового матеріалу з тією ж структурою сітки, та метод його виготовлення. І в цьому випадку використовуються графітні кріплення для тонких кремнієвих стержнів, торцева частина яких має форму конусу або тарілки. Кріплення також може мати форму затискача, який на висвердленому кінці частково розділено навпіл таким чином, що одна половина відділена вирізом, який проходить паралельно до осі стержня. Обидві половинки утримуються разом за допомогою графітового кільця. В основу винаходу покладено задачу розробки кріпильного конусу для кремнієвих осаджувальних стержнів, у якому б було забезпечено надійний контакт із закріпленими в ньому осаджувальними стержнями та суттєве зниження виділення тепла. 1 UA 99570 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Задача, що покладена в основу винаходу, у випадку кріпильного конусу для кремнієвих осаджувальних стержнів, який використовується в реакторах для осаджування полікремнію, вирішується за рахунок того, що кріпильний конус складається з вісесиметричної основної частини корпусу, в центрі верхньої поверхні якої розміщено цільний кріпильний елемент для кріплення кремнієвих осаджувальних стержнів, при цьому основна частина корпусу має отвір у формі кришки горщика, у якому знаходиться болт клеми, і, при цьому, його бокова поверхня вставляється в лінію електроживлення, що проходить по днищу реактора, а окремі деталі, такі як кремнієвий осаджувальний стержень, кріпильний елемент, основна частина корпусу і кріплення лінії електропостачання, а також болт клеми за формою та силовим замиканням вставляються одна в одну. Конструкція, що відзначається особливо малою масою кріпильного конусу з мінімальною товщиною стінок в поєднанні з центральним теплопостачанням через кріпильну цангу, забезпечує суттєве зниження виділення тепла через систему електроживлення та, відповідно, зниження споживання тепла при нагріванні реактора. Окрім цього, кріпильна цанга, яка використовується в конусі та має спеціальну форму, забезпечує просте та надійне кріплення вставлених в корпус кремнієвих осаджувальних стержнів, а також по завершенню процесу осаджування, просте виймання готових стержнів. Завдяки можливості міняти внутрішній контур кріпильної цанги, вона може бути пристосована до форми кремнієвих осаджувальних стержнів майже всіх розмірів, при цьому немає потреби змінювати їхню основну конструкцію. Ще однією перевагою винаходу є те, що пристрій виходить дуже тонким Та легким. Для розміщення кріпильного елемента в центрі основної частини корпусу передбачено глухий отвір. У додатковому варіанті винаходу кріпильний елемент має цільну вісесиметричну конструкцію у формі накидної колодки, а в ньому передбачено наскрізний поздовжній отвір для кріплення кремнієвих осаджувальних стержнів. Для спрощення конструкції, кріпильний елемент на обох торцевих сторонах має паралельні глухі шліци, що поперемінно виходять з боку то однієї то іншої торцевої сторони. Додатково в кріпильному елементі передбачено дві групи по три шліци, які зміщено на 120, при цьому шліци з боку однієї торцевої сторони зміщено відносно шліців з боку іншої торцевої сторони на 60°. В іншій конструктивній формі винаходу кріпильний елемент має на одному кінці фланець, при цьому шліци, що виходять з торцевої сторони кріпильного елемента на сторону фланця, виступають за межи фланця. Частина кріпильного елемента, яка прилягає до фланця, за розміром не перевищує глибину глухого отвору. Для забезпечення достатнього силового замикання між вставленими в кріплення кремнієвими осаджуючими стержнями та кріпильним елементом, а також між кріпильним елементом та основною частиною корпусу, глухий отвір звужується в глибину у формі конусу. Для цього кут конусу повинен складати 0,5-30°, що, з одного боку, забезпечує достатню закріплюючу дію, а, з іншого боку, дозволяє без додаткових зусиль дістати кріпильний елемент із основної частини корпусу. Крім того, передбачається, що поверхня зовнішньої оболонки кріпильного елемента фланцю звужується відносно торцевої сторони, яка лежить навпроти, під тим же кутом, що й кут звуження глухого отвору. В ще одному конструктивному варіанті винаходу бокова поверхня основної частини корпусу, що має форму кришки горщика, звужується конусоподібно, аналогічно звуженню з'єднувальної деталі на лінії електроживлення. Кут конусу бокової поверхні, як і з'єднувальної деталі лінії електроживлення повинен складати 4° - 5°. У спеціальному конструктивному варіанті винаходу, щонайменше, між кріпленням лінії електроживлення та основною частиною корпусу знаходиться електропровідний розмикаючий елемент, що має форму дифузивної перемички, виготовленої з срібла. Для забезпечення максимально повного та широкосмугового роз'єднання, розмикаючий елемент відповідає дзеркально перевернутій формі внутрішнього контуру основної частини корпусу, а у нижній частині - дзеркально перевернутій формі болту клеми лінії електроживлення. Для спрощення операції демонтажу кремнієвого стержня після осадження є вигідним розміщення, щонайменше, між основною частиною корпусу та кремнієвим стержнем, на який відбувається осадження розділяючого засобу. 2 UA 99570 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Такий розділяючий засіб може являти собою електропровідну фольгу або шайбу з матеріалу CFC (армованого вугільним волокном вуглецю), або ж іншої графітної фольги, й може пролягати до дна глухого отвору. В подальшому винахід більш детально поясняється на конструктивному прикладі. Приведені у додатку креслення показують: Фіг. 1: Вид збоку на кріпильний конус відповідно до винаходу, в який вставлено кріпильний елемент та кремнієвий осаджувальний стержень; Фіг. 2: Розріз А-А кріпильного конусу, згідно з фігурою 1; Фіг. 3: Варіант кріпильного конусу відповідно до винаходу, в який вставлено кріпильний елемент та кремнієвий осаджувальний стержень; Фіг. 4: Розріз А-А кріпильного конусу, згідно з фігурою 3; Фіг. 5: Бокова проекція кріпильного конусу, згідно з фігурою 1; Фіг. 6: Розріз А-А кріпильного конусу, згідно з фігурою 5; Фіг. 7: Перспективне зображення кріпильного конусу, згідно з фігурою 5; Фіг. 8: Бокова проекція кріпильного конусу, згідно з фігурою 3; Фіг. 9: Розріз кріпильного конусу, згідно з фігурою 8; Фіг. 10: Перспективне зображення кріпильного конусу, згідно з фігурою 8; Фіг. 11: Розмикаючий елемент для накладання на кріпильний конусу, згідно з фігурами 3, 4; Фіг. 12: Бокова проекція розмикаючого елемента, згідно з фігурою 11; Фіг. 13: Перспективне зображення розмикаючого елемента, згідно з фігурою 11; та Фіг. 14 a-d: Надані зображення окремих частин розмикаючого елемента. Кріпильний конус для кремнієвих осаджувальних стержнів 1, що відповідає даному винаходу, складається з вісесиметричної основної частини корпусу 2, в центрі верхньої поверхні якої розміщено цільний кріпильний елемент 3 (Фіг. 1, 2, 5-7) для кріплення кремнієвих осаджувальних стержнів 1. Основна частина корпусу 2 має отвір у формі кришки горщика, у якому знаходиться болт клеми 4 лінії електроживлення (Фіг. 6). Бокова поверхня 5 основної частини корпусу 2 може вставлятись в лінію. електроживлення, що проходить по днищу реактора, а окремі деталі, такі як кремнієвий осаджувальний стержень 1, кріпильний елемент 3, основна частина корпусу 2 і кріплення лінії електропостачання, а також болт клеми 4 за формою та силовим замиканням можуть вставлятися одна в одну. На фігурах 3, 4, а також 8-10 показано варіант кріпильного конусу, в якому основна частина корпусу 2 не звужується доверху у формі конусу, а має пласку форму. Для розміщення кріпильного елемента 3 на основній частині корпусу 2 передбачено центрований глухий отвір 6. Глухий отвір має форму конусу з кутом 0,5-30, що, з одного боку, забезпечує достатню закріплюючу дію, а, з іншого боку, дозволяє без додаткових зусиль дістати кріпильний елемент 3 із основної частини корпусу 2, що стає зрозумілим з наступних пояснень (Фіг. 2, 4). Кріпильний елемент 3 має цільну вісесиметричну конструкцію у формі накидної колодки, а в ньому передбачено наскрізний поздовжній отвір 7 для кріплення кремнієвих осаджувальних стержнів 1 (Фіг. 14 a-d). Для простоти кріплення, кріпильний елемент 3 на обох торцевих сторонах 8, 9 має паралельні глухі шліци 10, що поперемінно виходять з боку то однієї то іншої торцевої сторони 8, 9. Додатково в кріпильному елементі 3 передбачено дві групи по три шліци 10, які зміщено на 120°, при цьому шліци 10 з боку однієї торцевої сторони 8 зміщено відносно шліців 10 з боку іншої торцевої сторони 9 на 60° (Фіг.6 а-с). Крім цього, кріпильний елемент 3 має на одному кінці фланець 11, при цьому шліци 10, що виходять з торцевої сторони 8 кріпильного елемента 3 на сторону фланцю, виступають за межи фланцю 11. Частина кріпильного елемента 3, яка прилягає до фланцю 11, за розміром не перевищує глибину глухого отвору 6. Для забезпечення достатнього силового замикання між вставленими в кріплення кремнієвими осаджуючими стержнями 1 та кріпильним елементом 3, а також між кріпильним елементом 3 та основною частиною корпусу 2, поверхня зовнішньої оболонки кріпильного елемента 3 за фланцем 11 звужується під тим самим кутом, що й кут звуження глухого отвору 6, в результаті чого створюється пара тертя. Оскільки основна частина корпусу 2, з одного боку, повинна надійно кріпитись в у відповідному з'єднувальному елементі лінії електроживлення, а, з іншого боку, потрібно, щоб її легко було знову зняти, бокова поверхня 5 основної частини корпусу 2, що має форму кришки горщика, звужується конусоподібно аналогічно звуженню з'єднувальної деталі на лінії електроживлення, створюючи ще одну пару тертя (Фіг. 2, 4, 6, 9). 3 UA 99570 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Кут конусу бокової поверхні 5 як і з'єднувальної деталі лінії електроживлення повинен складати 4-5. Бокова поверхня 5 можна легко пристосувати й до інших варіантів кріплення. Tax, наприклад, на внутрішній стороні можна нарізати різьбу, або передбачити кріплення на ній цапфи чи аналогічної деталі. Для того, щоб в процесі осаджування уникнути будь-яких дифузійних процесів, що можуть дуже негативно вплинути на якість готових кремнієвих стержнів, між з'єднувальною деталлю лінії електроживлення та основною частиною корпусу 2 можна розмістити розмикаючий елемент 12, виготовлений з срібла (Фіг. 1-4). Для забезпечення максимально повного та широкосмугового роз'єднання, розмикаючий елемент 12 відповідає дзеркально перевернутій формі внутрішнього контуру основної частини корпусу, а у нижній частині - дзеркально перевернутій формі болта клеми 4 лінії електроживлення. Для спрощення операції демонтажу кремнієвого стержня після осадження є вигідним розміщення, щонайменше, між основною частиною корпусу 2 та кремнієвим стержнем, на який відбувається осадження, додаткового розділяючого засобу 13 (Фіг. 11-13). Такий розділяючий засіб 13 може являти собою електропровідну фольгу або шайбу з матеріалу CFC (армованого вугільним волокном вуглецю), або ж іншої графітної фольги, й може пролягати до дна глухого отвору 6. Конструкція, що відзначається особливо малою масою кріпильного конусу з мінімальною товщиною стінок в поєднанні з центральним теплопостачанням через кріпильну цангу 3, забезпечує суттєве зниження виділення тепла через систему електроживлення та, відповідно, зниження споживання тепла при нагріванні реактора. Окрім цього, кріпильна цанга 3, яка використовується в конусі та має спеціальну форму, забезпечує просте та надіне кріплення вставлених в корпус кремнієвих осаджувальних стержнів 1, а також по завершенню процесу осаджування просте виймання готових стержнів. Завдяки можливості міняти внутрішній контур кріпильної цанги 3, вона може бути пристосована до форми кремнієвих осаджувальних стержнів 1 майже всіх розмірів, при цьому немає потреби міняти основну частину корпусу 2, що дозволяє суттєво знизити затрати. Перелік умовних позначень 1 Кремнієвий осаджувальний стержень 2 Основна частина корпусу 3 Кріпильний елемент 4 Болт клеми 5 Бокова поверхня 6 Глухий отвір 7 Отвір для кріплення 8 Торцева сторона 9 Торцева сторона 10 Шліц 11 Фланець 12 Розмикаючий елемент 13 Розділяючий засіб ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Кріпильний конус для кремнієвих осаджувальних стержнів в реакторах для осаджування полікремнію, виготовлений з графіту, який відрізняється тим, що кріпильний конус включає вісесиметричну основну частину корпусу (2), в центрі верхньої поверхні якої містить цільний кріпильний елемент (3), виконаний з можливістю кріплення кремнієвих осаджувальних стержнів (1), при цьому основна частина корпусу (2) маєотвір у формі кришки горщика, виконаний з можливістю розташування болта клеми (4) лінії електроживлення, а бокова поверхня (5) корпусу виконана з можливістю вставлення в лінію електроживлення, що проходить по днищу реактора, причому кремнієвий осаджувальний стержень (1), кріпильний елемент (3), основна частина корпусу (2), кріплення лінії електроживлення, а також болт клеми (4) за формою та силовим замиканням виконані з можливістю вставлятися один в одного. 2. Кріпильний конус за п. 1, який відрізняється тим, що на основна частина корпусу (2) має центрований глухий отвір (6), виконаний з можливістю розміщення кріпильного елемента (3). 4 UA 99570 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 3. Кріпильний конус за п. 1, який відрізняється тим, що кріпильний елемент (3) має цільну вісесиметричну конструкцію у формі накидної колодки та має наскрізний поздовжній отвір (7), виконаний з можливістю кріплення кремнієвих осаджувальних стержнів (1). 4. Кріпильний конус за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що кріпильний елемент (3) на обох торцевих сторонах має паралельні глухі шліци (10), що поперемінно виходять з боку то однієї, то іншої торцевої сторони (8, 9). 5. Кріпильний конус за п. 4, який відрізняється тим, що кріпильний елемент (3) має дві групи по три шліци (10), які зміщено на 120°, при цьому шліци (10) з боку однієї торцевої сторони (8) зміщено відносно шліців (10) з боку іншої торцевої сторони (9) на 60°. 6. Кріпильний конус за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що кріпильний елемент (3) має на одному кінці фланець (11), при цьому шліци (10), що виходять з торцевої сторони (8) кріпильного елемента (3) на сторону фланця, виступають за межі фланця (11) та, при цьому частина кріпильного елемента (3), яка прилягає до фланця (11), за розміром не перевищує глибину глухого отвору (6). 7. Кріпильний конус за п. 6, який відрізняється тим, що глухий отвір (6) звужується в глибину у вигляді конуса. 8. Кріпильний конус за п. 7, який відрізняється тим, що кут нахилу стінок глухого отвору (6) складає 0,5-30°. 9. Кріпильний конус за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що поверхня зовнішньої оболонки кріпильного елемента (3) з фланцем (11) звужується відносно торцевої сторони (9), яка лежить навпроти, під тим же кутом, що й кут звуження глухого отвору (6). 10. Кріпильний конус за п. 9, який відрізняється тим, що бокова поверхня (5) основної частини корпусу (2), що має форму кришки горщика, звужується конусоподібно аналогічно звуженню з'єднувальної деталі на лінії електроживлення. 11. Кріпильний конус за п. 10, який відрізняється тим, що кут конуса бокової поверхні (5), а також з'єднувальної деталі лінії електроживлення складає 4-5°. 12. Кріпильний конус за будь-яким з пп. 1-11, який відрізняється тим, що щонайменше між з'єднувальною деталлю лінії електроживлення та основною частиною корпусу (2) розташований електропровідний розмикаючий елемент (12). 13. Кріпильний конус за п. 12, який відрізняється тим, що розмикаючий елемент (12), одночасно являє собою дифузійну перемичку, виготовлену з срібла. 14. Кріпильний конус за п. 13, який відрізняється тим, що розмикаючий елемент (12) відповідає дзеркально перевернутій формі внутрішньої основної частини корпусу (2), а у нижній частині дзеркально перевернутій формі болта-клеми (4) лінії електроживлення. 15. Кріпильний конус за будь-яким з пп. 1-14, який відрізняється тим, що щонайменше між основною частиною корпусу (2) та кремнієвим осаджувальним стержнем (1) розміщено розділяючий засіб (13). 16. Кріпильний конус за п. 15, який відрізняється тим, що розділяючий засіб (13) являє собою електропровідну фольгу або шайбу з матеріалу CFC (армованого вугільним волокном вуглецю), або з іншої графітної фольги. 17. Кріпильний конус за п. 16, який відрізняється тим, що розділяючий засіб (13) виконаний з можливістю пролягання до дна глухого отвору (6). 5 UA 99570 C2 6 UA 99570 C2 7 UA 99570 C2 8 UA 99570 C2 9 UA 99570 C2 10 UA 99570 C2 11 UA 99570 C2 12 UA 99570 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 13