單晶爐設備的保養與維修

韓永龍

（陽光能源（青海）有限公司，青海西寧 810007）

0 引言

單晶爐是一種在惰性氣體（氮氣、氦氣為主）環境中，用石墨加熱器將多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生長無錯位單晶的設備。從實際應用情況來看，單晶爐在多個領域中發揮著不可替代的作用。為充分發揮設備能力，要明確了解設備運行情況，做好設備日常保養與維護，確保設備處于最佳工作狀態，為生產提供便利條件。

1 單晶爐常見故障、原因及排除方法

1.1 真空抽不到指標

故障原因主要有：①真空密封室密封達不到要求；②球閥發生松動或者被破壞；③真空泵出現故障。

排除方法：①加強真空室分段檢驗，準確找出相應漏點，及時排除故障。在磁流體密封的地方，應該按照要求加注磁液；②對于球閥出現松動的情況，要及時調整或者更換；③真空泵維修相對復雜，要結合真空泵說明，及時查找故障原因，維護真空泵運行的穩定性。

1.2 堝升異常

故障原因主要有：①絲桿、螺母上面有雜物，潤滑性能受到影響；②電磁閥離合器工作穩定性差；③齒輪帶出現松動或者齒合滿足不了要求；④給定電位器接觸達不到要求；⑤測速電機運行出現問題。

排除方法：①定期清洗絲桿螺母，及時添加潤滑油，確保絲桿潤滑程度符合基本要求；②將電磁離合器的間隙控制在合理范圍，通常在0.4～0.6 mm，確保電磁閥運行穩定；③做好齒輪帶的調整，以提升其運行的可靠性、穩定性；④定期更換電位器，避免出現接觸不良；⑤做好測速機刷頭的檢查，出現故障時要及時更換電機，確保測速電機穩定運行。

1.3 漏硅和滲硅

漏硅和滲硅的處理：拆爐時找到石英坩堝的初始漏點或裂紋，再根據漏點或裂紋情況（位置、形狀、異常發生時間等），仔細分析可能存在的情況，主要看石英坩堝在裝料結束之前是否受損。再確定原料的原因以及石英坩堝本身質量原因。導致坩堝滲硅漏硅的因素不是很多，但在沒有明顯特征的情況下很難定性到底是什么原因，可能是其中一種也可能是其中幾種共同作用的結果。

故障原因主要有：①熔料的方法不當，上部硅料熔化后，沿著坩堝內壁下流，當底部溫度較低時會形成二次結晶，在這種情況下，硅料會發生膨脹，引發石英堝破裂；②上部硅料熔完后，由于硅的液體密度比固體密度大，底部沒熔完的料往往會翻上來，上翻過程中有可能將堝拉破；③熔料溫度太高，加劇析晶程度，增大破裂的可能性；④原料內雜質太多對石英堝腐蝕嚴重，導致漏硅；⑤新的石墨堝煅燒不徹底就使用，使石英坩堝外層嚴重析晶而破裂；⑥石英堝在使用時因操作不當，如與石墨堝磕碰，裝料時與料磕碰，塌料時料與堝磕碰等原因，產生隱裂而導致漏硅；⑦當石墨堝與加熱器打火時，有可能因打火將石墨件打穿，導致石英堝破裂漏硅。

排除方法：①要確保石英坩堝的生產質量符合基本要求，主要涉及原材料選擇、各個生產環節控制等；②在單晶生產階段，要嚴格按照操作流程進行，減少其他材料對石英堝的碰撞，不得將大塊料尖角對準底部，石英堝底部放小塊料，防止化料過程底部沒熔完的料翻上來拉破坩堝；③化料過程中加熱功率不能過高，堝位不能降得太低；④嚴格控制拉晶原料的純度，經過酸、堿處理的原料，如果未徹底沖洗酸堿殘液或混入雜質，易造成原料與坩堝起反應，導致漏硅。

1.4 石墨件異常

石墨件是可反復使用的部件，同時石墨件不直接接觸原料，因此石墨件發生異常主要由人為操作不當、石墨件質量差兩個可能原因引起。表現出的現象主要為裂紋、打火。

故障原因主要有：①石墨件是否被磕碰過。在操作過程中，石墨件被磕碰而產生隱裂甚至裂紋；②若出現打火情況，也有可能由于打火起弧產生瞬間的高壓、高溫，導致裂紋；③存放環境，長期不用后未煅燒就使用或未煅燒徹底；④升溫、降溫時的加熱功率是否按照工藝進行，在冷卻降溫階段要嚴格進行控制。如果降溫速率較快，由于內外壁溫差會產生較大應力，超出坩堝承受能力會引發破裂。

排除方法：①在安裝前，須認真檢查石墨件是否出現裂紋。確認無誤后，方可安裝；②升溫、降溫階段須嚴格按照作業指導書進行，特別是加熱化料階段，溫度變化大，可能導致產生裂紋；③加熱器與石墨電極，石墨電極與銅電極，加熱器與加熱器螺栓之間必須緊密接觸。

1.5 拉制異常

主要包括晶棒高、低阻、晶棒裂紋。

故障原因主要有：①備料時，混入雜質，料未洗凈；②裝料時，原料被污染（汗水、灰塵等）；③未放入母合金；④A 段冷卻時間未達到規定的3 h 或收尾未按規定冷卻5 h；⑤晶棒取出、搬運或磕碰產生裂紋；⑥截斷時由于各種原因產生裂紋。

排除方法：①在整個過程中應嚴格按照工藝規程認真操作；②裝料應勤換PVC 手套，盡快完成裝料；③裝料前先將合金放入石英堝，防止遺忘；④裝料時不要接觸其他物體，防止交叉污染；⑤應在提斷后給定晶升拉速，通過提升單晶至導流筒中上部，然后根據其晶長提升到導流筒上部；在這個過程中，要將提升速度控制在合理范圍內。單晶提升到副室后，應將晶升歸零并關閉電源；⑥收尾完成提斷后，晶升拉速調整到1.0 mm/min，使單晶自動上升，晶轉設定為2 r/min，堝轉為0 r/min。18 寸熱場冷卻4 h，20 寸熱場冷卻5 h，22 寸熱場冷卻5.5 h。

2 單晶爐保養與維護策略

2.1 坩堝軸驅動部件的維修

在單晶爐設備中，坩堝軸驅動是核心部件，對于精度要求較高，要進行重點維護。坩堝軸作為多晶硅料的支撐軸，工藝操作復雜程度較高，精度要求嚴格，應重點關注。主要涉及以下方面。

（1）做好冷卻水的檢查工作，避免冷卻水不充分造成影響。

（2）在坩堝軸驅動裝置中，導柱和直線運動軸承十分關鍵，工作人員要確保導柱的清潔程度，防止雜物、灰塵附著物造成的負面影響，可以定期涂抹油脂，避免發生銹蝕。直線軸承出廠時，由于潤滑比較充分，在應用時要定期加注潤滑脂，通常每年一次。加油時，要認真清洗軸承，如果導柱和軸承出現磨損，可以微調軸承的角度，避開磨損的痕跡，提升運行的穩定和可靠性。

（3）要保證傳動部件的清潔程度，例如，齒輪、渦輪、滾珠絲桿等，減少灰塵、雜物造成的影響，確保零部件正常運轉。

（4）坩堝軸快速升降傳動渦輪，要定期在渦輪齒加潤滑脂，及時清除波紋管內的雜物，確保坩堝軸安全、可靠工作。

2.2 籽晶提拉部件的維修

單晶爐運行中，籽晶提拉部件是關鍵部件之一，要做好其保養與維護，主要從以下3 方面開展。

（1）卷輪箱上面有觀察孔，主要檢查內部卷輪和軟軸鋼絲繩的狀態，卷輪箱通常設有限位裝置，其目的是避免卷輪箱運轉過快，減速箱要定期加注潤滑油，通常每3 個月加一次。

（2）不銹鋼絲軟軸承載能力有限，開爐后要嚴格檢查不銹鋼絲繩頭部。出現燒損時，應及時剪除燒損部位，可以在外層打節，或者用氬弧焊進行封頭。鋼絲繩修整后仍可以繼續使用，修整后要確保其長期滿足基本要求，達不到要求應及時更換。

（3）卷輪箱設有調整螺母，在正常情況下不能隨意拆動。必須拆卸時，應按照要求進行調整，確保軟軸對中滿足要求，避免運行時出現抖動。

2.3 水冷系統的維修

裝爐前要嚴格檢查各個水路的暢通情況，關鍵部位的水溫巡檢傳感器安裝是否正常。拉單晶時，如果水壓出現報警，要盡快處理。如漏水，應及時采取措施，定期祛除水垢，可以使用醋酸，然后用清水沖洗干凈，最后清除里面的雜物。

2.4 隔離閥的維修

裝爐前要嚴格檢查隔離閥口密封圈的情況，確保隔離閥運轉時不會出現卡滯。隔離閥存在問題時，要盡快排除故障。

2.5 管道的維修

真空管道可以起到聯結真空泵和主機的作用，其運行狀態直接影響設備運行的穩定性，工作人員要對此加以重視。例如，定期清理除塵器的過濾網和抽氣管道，管道溫升對于泵的壽命、抽氣速率和密封圈產生直接影響，要做好管道冷卻水的檢查，確保管道通暢。

2.6 諧波減速器的維修

作為一種由波發生器產生的機械波，諧波減速器在柔性齒輪的作用下，產生齒間相對位移，達到減速效果。諧波減速器使用時，通常不需要加油，不必拆卸，要確保各零件的清潔度。軸承按照要求涂抹潤滑脂，齒面需要加特種脂，以提升系統運行的整體效果。

3 結語

隨著單晶爐在工業生產中的普及應用，其保養與維護的重要性愈發凸顯，工作人員要明確單晶爐出現故障的原因，并及時采取有效的解決對策。在日常應用中，要強化保養與維護，不斷提升技術人員的整體水平，確保單晶爐設備處于良好狀態，提升單晶生產的成品率，推動工業生產的健康、平穩發展。