[發明專利]帶有多晶硅片的節能型多晶硅還原爐的保溫內膽及實施方法

有效

• 申請號: 201210141928.2
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN102674360A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 劉春江;周陽;段連;黃哲慶;段長春;袁希鋼
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B33/035
• 分類號: C01B33/035
• 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

本發明屬于多晶硅生產技術領域，特別是西門子法生產多晶硅的多晶硅還原爐；涉及帶有多晶硅片的節能型多晶硅還原爐的保溫內膽及實施方法。

背景介紹

多晶硅在電子領域及太陽能領域有著廣泛的應用，目前國內外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），氯化氫和硅粉在一定溫度下反應生成三氯氫硅，然后對三氯氫硅進行精餾分離提純，提純后的高純三氯氫硅與氫氣按比例混合后，在一定的溫度和壓力下通入多晶硅還原爐內，在通電高溫硅芯上進行沉積反應生成多晶硅，反應溫度控制在1080℃~1150℃，最終生成棒狀多晶硅產品，同時生成四氯化硅、二氯二氫硅、氯化氫等副產物。

傳統多晶硅還原爐，如專利CN200420060144.8，CN200720306394.9，CN200820105591.9，CN200920230836.5，CN201020215600.7等，其進氣口和出氣口都分布在底盤上，這種設計的缺點是由于流場，溫度場的匹配不合理，容易在還原爐頂部滯留，產生流動死區，造成局部區域的氣體溫度過高，產生硅粉，而這些硅粉一方面會造成原料的損失，另一方面產生的硅粉容易附著在鐘罩內壁上，使得鐘罩內壁的光潔度降低，造成因輻射而帶走的能量飆升，最終表現為還原電耗升高；另外由于進口流體向上流動，而出口的流體向下流動，這兩股逆向流動的流體使得還原爐內的流體均為混流狀態，影響反應氣的轉化率，進一步增加了還原爐的電耗。本課題組通過在某多晶硅生產企業進行的工業實驗發現，當鐘罩內壁為鏡面時，還原電耗會顯著降低。因此本課題組提出將還原爐的節能問題轉化為在多晶硅還原過程中如何始終將還原爐鐘罩內壁保持在鏡面狀態這樣一個可操作的問題。為此本課題組通過深入的理論計算，發現通過使還原爐內的氣相實現平推流，可以做到還原爐內膽氣相溫度低于550攝氏度，另外通過特殊的保溫桶設計，可以使內壁壁面溫度低于575度，最終使還原爐鐘罩內壁始終保持在鏡面狀態。在以上實驗和理論研究的基礎上，本課題組設計了一種節能型多晶硅還原爐，并提出了該還原爐保溫內膽的頂部結構及其實施方法。

傳統工藝條件下需要定期對爐體內壁面進行拋光和維護，但直接對爐體內壁面拋光的操作困難，拋光的鏡面效果差，造成爐體厚度減薄且不利于安全生產，為此我們提出一種節能型多晶硅還原爐的保溫內膽及內膽上安插硅片的方法及實施裝置，防止無定型硅在爐體內壁面上沉積以及避免了高氯硅烷和氯化氫氣體與爐體內壁面的接觸，從而進一步減少還原爐的能量損失。

發明內容

本發明提供了一種帶有多晶硅片的節能型多晶硅還原爐的保溫內膽及實施方法，包括內膽結構，安裝在內膽上的硅片及其安裝方法，以及保溫內膽與爐體底盤的安裝方法。解決了現有多晶硅還原爐底盤結構設計不合理的問題。

本發明的技術方案如下：

一種節能型多晶硅還原爐的保溫內膽，其特征是在內膽內壁面上安裝多晶硅插片或者多晶硅掛片。

內膽2由5~30mm的鋼板制成，內膽2的高度與還原爐鐘罩1的高度相匹配；比還原爐鐘罩1的高度小150~250mm；內膽2底邊為正多邊形，邊長為100mm~1000mm，底邊正多邊形的外接圓直徑與還原爐內徑相匹配，比還原爐內徑小25~500mm；內膽2與爐體底盤4連接；在內膽2內壁面上設置有多晶硅插片或掛片。

內膽2與爐體底盤4通過螺栓連接。

內膽2內壁面上設置有多晶硅插片的焊接金屬板24，在金屬板24插入多晶硅插片25。

本發明的內膽的多晶硅插片的制備方法，在保溫內膽2上均勻焊接金屬擋板24，相鄰金屬板之間的垂直距離為50mm~300mm，水平距離為10~300mm；金屬擋板24的長度為100mm~200mm，寬為10mm~40mm，擋板與內膽之間的夾角為1°~45°；多晶硅插片的高度為100~200mm，長度為100~200mm，厚度為0.2~10mm，多晶硅插片的安裝必須滿足將內膽上的金屬擋板完全遮擋。

內膽2內壁面上安裝金屬圈28，在金屬圈28上打一圈孔,并在孔上用螺栓26與多晶硅掛片27相連接。