[發(fā)明專(zhuān)利]多晶硅生產(chǎn)用還原爐

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810249625.6
• 申請(qǐng)日: 2008-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101456557A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉文;陳光輝;馬文華;劉新安;李建隆;王春燕
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 青島科技大學(xué);化學(xué)工業(yè)第二設(shè)計(jì)院寧波工程有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B33/03
• 分類(lèi)號(hào): C01B33/03
• 代理公司: 青島高曉專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 吳 澄

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，更明確地說(shuō)涉及西門(mén)子法多晶硅生產(chǎn)用還原爐的改進(jìn)和創(chuàng)新。?

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的多晶硅生產(chǎn)一般采用西門(mén)子法。多晶硅還原爐的結(jié)構(gòu)大致如下。生產(chǎn)時(shí)將提純后的SiHCI₃與H₂混合后，從底部九個(gè)進(jìn)氣口噴入還原爐。氣體亦從底部出氣口排出。器內(nèi)還排布了12對(duì)電極。生產(chǎn)前先將直徑8mm的細(xì)硅棒固定在電極上，硅棒高2350mm，24根硅棒在頂部再由直徑8mm的硅棒兩兩相接，將12對(duì)電極連通。然后再將還原爐外殼體吊裝到底座上，把硅棒罩住。外殼體與底座由緊固件連為一體并密封。工作時(shí)，硅棒溫度為1100℃，器內(nèi)壓力為0.6MPa，出口氣體溫度在550℃左右。?

現(xiàn)有多晶硅還原爐的進(jìn)、出氣口均為與還原爐內(nèi)部底平面平齊的圓形開(kāi)口，進(jìn)氣速度較快。原設(shè)計(jì)的意圖是：進(jìn)口氣體以高速?lài)娙霠t內(nèi)，形成氣柱，到達(dá)頂部后再折返向下從底部出口排出。由于高速氣流的擾動(dòng)與折返，在爐內(nèi)形成強(qiáng)湍流流場(chǎng)，一方面保證各斷面上氣體組成均一，另一方面湍流流場(chǎng)可強(qiáng)化氣固間的傳質(zhì)，加快硅在硅棒表面的沉積速度。?

但是，目前的多晶硅還原爐存在以下缺陷：?

1.上升氣柱在底部即會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散，導(dǎo)致部分流體未與硅棒充分接觸，即產(chǎn)生短路直接從出氣口排出，降低了生產(chǎn)的一次性轉(zhuǎn)換率。?

2.頂部存在流體流動(dòng)的死區(qū)，尤其在剛開(kāi)爐時(shí)，氣體的流入量低，噴射氣柱不能到達(dá)頂部，再加之氫氣的密度小，在頂部易形成氫濃度高的區(qū)域，導(dǎo)致硅棒上部硅沉積速度低；由于底座上僅一個(gè)出氣口并靠近中心，故底部周邊亦存在流體流動(dòng)的死區(qū)，同樣造成硅沉積速度低。現(xiàn)所產(chǎn)硅棒的頂部和底部細(xì)，中部粗即可證明上述推論。?

3.爐內(nèi)氣體溫度不便于控制。由于從開(kāi)爐到出爐期間，氣體的流量變化很大，此外硅棒的直徑也在不斷增加，若硅棒表面維持1100℃不變，上述兩因素均導(dǎo)致氣體溫度變化，且調(diào)整困難。?

4.一次性轉(zhuǎn)換率低。目前多晶硅還原爐的一次性轉(zhuǎn)換率在10％～18％。?要提高一次性轉(zhuǎn)換率，應(yīng)提高某些生產(chǎn)階段的氣體流量，以加強(qiáng)爐內(nèi)氣體湍動(dòng)，強(qiáng)化傳質(zhì)，即提高硅在硅棒表面的沉積速度。但氣體流量增加，縮短了氣體在爐內(nèi)的停留時(shí)間，又會(huì)導(dǎo)致一次性轉(zhuǎn)換率低。以現(xiàn)有還原爐結(jié)構(gòu)與操作方式無(wú)法解決上述矛盾。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，就在于克服上述缺點(diǎn)和不足，提供一種多晶硅生產(chǎn)用還原爐。其結(jié)構(gòu)合理，可避免上升氣柱在底部的擴(kuò)散，流體可與硅棒充分接觸，硅的一次性轉(zhuǎn)換率高。還原爐頂部和底部不存在流體流動(dòng)的死區(qū)，提高了硅棒上部和底部的硅沉積速度，改善了所產(chǎn)硅棒頂部和底部細(xì)、中部粗的缺點(diǎn)。便于控制、調(diào)整爐內(nèi)的氣體溫度，既可加強(qiáng)爐內(nèi)氣體湍動(dòng)強(qiáng)化傳質(zhì)，提高硅在硅棒表面的沉積速度，又不會(huì)縮短氣體在爐內(nèi)的停留時(shí)間，從而進(jìn)一步提高一次性轉(zhuǎn)換率。?

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括帶有底部和支座的底座、與底座由緊固件連為一體并密封的外殼、固定安裝在底座的底部且位于外殼中的多對(duì)電極、固定在電極上的細(xì)硅棒、固定安裝在還原爐上以通入并排出混合氣體的進(jìn)氣口和出氣口。外殼帶有夾套，夾套上固定、連通著冷卻水進(jìn)水口和出水口。進(jìn)氣口固定安裝在底座的底部，出氣口固定安裝在外殼頂部的封頭上，還原爐外殼的高度較過(guò)去提高400mm，出氣口為均布的五至七管口式結(jié)構(gòu)，出氣口還有一路通過(guò)管路和文丘里管引入進(jìn)氣口進(jìn)入循環(huán)。?

進(jìn)氣口的端部伸入爐內(nèi)100～300mm，頂部以堵板封堵或在堵板中心開(kāi)一φ6～φ12的喇叭口，伸入爐內(nèi)的進(jìn)氣口端部側(cè)壁上均布設(shè)置3至6個(gè)螺旋切向出口。?

進(jìn)氣口為均布的9～16管口式結(jié)構(gòu)，9～16管口式進(jìn)氣口端部的螺旋切向出口的螺旋方向相同或者不同。?

電極及硅棒可以有12對(duì)24根，24根電極及硅棒在頂部再由硅棒兩兩相接。電極及硅棒也可以有15對(duì)30根，30根電極及硅棒在頂部再由硅棒兩兩相接。電極及硅棒也可以有18對(duì)36根，36根電極及硅棒在頂部再由硅棒兩兩相接。電極及硅棒也可以有24對(duì)48根，48根電極及硅棒在頂部再由硅棒兩兩相接。?

本發(fā)明將氣體進(jìn)出口形式改為下進(jìn)上出，進(jìn)口采用9～16管口分布形式，?頂部通過(guò)均布的五至七管口引出。為防止頂部各出氣口處形成的收縮流，影響爐內(nèi)氣體軸向流速的均勻性，爐外殼高度提高400mm。下進(jìn)上出的形式可避免進(jìn)出口間的流體短路，且能保證各橫斷面上軸向流速均一，使?fàn)t內(nèi)多根硅棒產(chǎn)品的直徑均勻一致。?