[發明專利]底盤設置多出氣口的多晶硅還原爐

無效

• 申請號: 201010558470.1
• 申請日: 2010-11-24
• 公開（公告）號: CN102001660A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 黃國強;段長春;李雪;劉春江
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B33/03
• 分類號: C01B33/03
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及一種多晶硅的生產設備，特別涉及一種多晶硅還原爐。

背景技術

目前多晶硅生產企業主要采用改良西門子法。該方法的生產流程是利用氯氣和氫氣合成氯化氫(或外購氯化氫)，氯化氫和冶金硅粉在一定溫度下合成三氯氫硅，分離精餾提純后的三氯氫硅進入還原爐被氫氣還原，通過化學氣相沉積反應生產高純多晶硅。該流程包括五個主要環節：三氯氫硅的合成、三氯氫硅的精餾提純、三氯氫硅的氫還原、尾氣的回收和四氯化硅的氫化分離。

其中，三氯氫硅的氫還原在大型鐘罩式還原爐中進行。還原爐主要由爐體、硅芯、氣路系統、電極加熱系統和冷卻系統組成，如圖3所示。氫氣和三氯氫硅混合氣體經由進氣管及其上連接的進氣噴嘴高速噴射進入還原爐內，在通電高溫的硅芯表面發生化學氣相沉積反應生成高純多晶硅，得到棒狀多晶硅產品，同時生成四氯化硅、二氯二氫硅、氯化氫等副產物尾氣，尾氣從底盤上設置的出氣口和出氣管排出。

現有多晶硅還原爐的氣路系統結構為：進氣管上連接若干進氣噴嘴，噴嘴均勻設置在底盤上，出氣口設置在底盤中心或者鄰近中心的位置，如圖3、圖4所示。混合氣體經由進氣噴嘴高速噴入爐內，形成氣柱，到達頂部后再折返向下從底盤的出氣口排出。現有技術存在的主要問題有：由于底盤只設置有一個出氣口，使得折返向下的氣體以及反應生成的尾氣流動不均勻，導致整個爐內氣體流場分布不均勻。特別是多晶硅產量要求較大，爐內電極數增多時，氣體流場分布不均勻的問題越發突顯出來。爐內氣體分布不均勻，則會影響多晶硅的沉積速度，同時也導致生成的多晶硅棒上下粗細不均勻，影響產品質量。可見，氣體是否能夠被均勻地排出對于多晶硅還原爐特別是對大容量還原爐的的操作性能和生成多晶硅棒產品的質量及產量有非常大的影響，因此需要對還原爐的氣體出口結構重新進行設計。

發明內容

本發明的底盤設置多出氣口的多晶硅還原爐，目的在于克服現有設備的上述缺點，提供一種能使爐內氣體分布均勻從而提高多晶硅的沉積速度并且使得生產出的多晶硅棒上下粗細均勻的多晶硅還原爐；特別是在大容量的多晶硅還原爐內，底盤設置多個出氣口時，爐內氣體分布均勻的優勢更為顯著。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明的一種多晶硅還原爐，包括爐體，夾套，底盤，支座，多對電極，帶有石墨頭的硅芯，混合氣進氣管及進氣噴嘴，多個出氣口及出氣管，冷卻系統和觀察視鏡等。其特征在于還原爐底盤設置多個出氣口，出氣口分圈均勻設置在底盤上。

多對電極分圈正負交錯均勻地布置在底盤上，與電極連接的帶有石墨頭的硅芯頂部兩兩搭接，電極可以設置為15對或18對或24對或36對或48對；混合氣進氣管上連接若干噴嘴，噴嘴均勻分布在底盤上。根據不同的生產要求，當產量增大，還原爐底盤上設置的電極數和進氣噴嘴數增多時，則出氣口的數量也相應增多，出氣口的位置也可以有多種安排。

本發明的特征在于多晶硅還原爐底盤上設置有多個出氣口，出氣口分圈均勻布置于底盤上。

本發明的效果和優點是，氫氣和三氯氫硅混合氣體由進氣管及進氣噴嘴高速噴射進入還原爐內，到達頂部后再折返向下，由于爐內底盤上在不同位置設置有多個出氣口，使得向下折返的氣體和反應生成的尾氣能夠充滿整個爐內空間，均勻的向下流動至底盤出氣口，并從多個出氣口排出，這樣可保證整個爐內氣體分布均勻。同時由于高速氣體的擾動與折返所形成的強湍流流場，強化了氣固間傳質，混合氣體與通電高溫的硅棒充分接觸并在其表面發生化學氣相沉積反應。爐內氣體分布均勻，可加快硅在硅棒表面的沉積速度，且生成的高純多晶硅能夠均勻沉積于硅棒上，得到上下粗細均勻的棒狀多晶硅產品，既提高了產品產量又提高了產品質量。特別是在大容量的多晶硅還原爐內，底盤設置多個出氣口時，爐內氣體分布均勻的優勢更為顯著。

經模擬計算表明，本發明的底盤設置多出氣口的多晶硅還原爐較之現有多晶硅還原爐內，氣體流場分布變得均勻，流動與傳質死區減小很多，最終使得硅在硅棒表面的沉積速度提高，提高了硅的一次性轉化率，并且得到的硅棒上下粗細較均勻，提高產品質量。

附圖說明

圖1為本發明的底盤設置多出氣口的多晶硅還原爐結構示意圖；

圖2a為實施例1的多晶硅還原爐底盤進氣口、出氣口及電極分布示意圖；

圖2b為實施例2的多晶硅還原爐底盤進氣口、出氣口及電極分布示意圖；

圖2c為實施例3的多晶硅還原爐底盤進氣口、出氣口及電極分布示意圖；

圖3為現有多晶硅還原爐結構示意圖；

圖4為現有多晶硅還原爐底盤進氣口、出氣口與電極分布分布示意圖；