[實(shí)用新型]一種高純多晶硅制備裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320045774.7
• 申請(qǐng)日: 2013-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN203159237U
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁磊;張曉東;楊曉明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙隆泰微波熱工有限公司
• 主分類號(hào): C01B33/037
• 分類號(hào): C01B33/037
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及多晶硅制造領(lǐng)域，特別是涉及一種高純多晶硅制備裝置。

背景技術(shù)

目前，用于生產(chǎn)太陽能級(jí)多晶硅的工藝方法主要有西門子法、硅烷法和流化床法。這三種方法實(shí)際上都須分成兩步，第一步是將工業(yè)硅（純度為98-99%）進(jìn)行氣化，經(jīng)多級(jí)提純獲得三氯氫硅（SiHCl₃）、二氯二氫硅（SiH₂Cl₂）、硅烷（SiH₄）等氣體；第二步再將上述高純氣體還原成高純硅（多晶硅）。

西門子法采用氯氣和氫氣合成氯化氫，氯化氫和工業(yè)硅粉在高溫下合成三氯氫硅，然后對(duì)三氯氫硅進(jìn)行化學(xué)精制提純，再經(jīng)多級(jí)精餾，使其純度達(dá)到9個(gè)9以上。該工藝的主要問題就是投資大、能耗高，每生產(chǎn)一公斤多晶硅需要耗電幾十度到兩百度，并且現(xiàn)行大多制氣和還原工藝產(chǎn)生大量四氯化硅，而四氯化硅必須經(jīng)過氫化反應(yīng)生成三氯氫硅之后才能被有效利用。目前，多晶硅生產(chǎn)廠商特別是我國(guó)廠商面臨大量四氯化硅庫存有待氫化的問題，因而高效率低成本的四氯化硅氫化技術(shù)也是目前存在的主要技術(shù)壁壘之一。

硅烷法是利用硅烷（SiH₄）的熱分解反應(yīng)制取高純硅（多晶硅）。目前，該技術(shù)又分為兩種工藝：一種是直接將硅烷氣體加熱分解，該硅烷分解時(shí)較易在氣相成核，所以在反應(yīng)室內(nèi)生成硅的粉塵，損失達(dá)10%~20%；另一種是采用硅芯絲作為電阻發(fā)熱元件，通過電阻加熱硅烷氣體進(jìn)行分解沉積，該方法內(nèi)部溫度必須保持在1000℃以上，由于硅芯反應(yīng)表面積小，反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，存在能耗高、轉(zhuǎn)換效率低等缺陷。

流化床法是硅烷法的改進(jìn)，此法將硅烷氣體通入加有小顆粒硅粉（晶種）的流化床加熱爐內(nèi)進(jìn)行連續(xù)熱分解沉積反應(yīng)，生成顆粒狀多晶硅產(chǎn)品。由于流化床反應(yīng)爐加熱效率高，參與反應(yīng)的硅表面積大，因而該方法生產(chǎn)效率高、能耗低、成本較低。該方法缺點(diǎn)是由于該流化床通常為外電阻加熱式，爐內(nèi)還原溫度較高（大于780℃），爐壁易發(fā)生硅沉積，一次轉(zhuǎn)換效率較低（10%~15%）。

傳統(tǒng)的西門子法、硅烷法及流化床法均具有加熱不均勻，存在溫度梯度的缺點(diǎn)，多晶硅會(huì)選擇沉積在溫度高的爐壁上而形成“無效沉積”，而如果將電阻加熱元件設(shè)置于反應(yīng)爐內(nèi)，又將產(chǎn)生發(fā)熱元件的揮發(fā)性污染，導(dǎo)致影響多晶硅的純度。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型提供了一種高純多晶硅制備裝置，主要用于解決傳統(tǒng)方法制備多晶硅過程中存在的能耗高、成本高、生產(chǎn)效率低及污染大的缺陷。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種高純多晶硅制備裝置，用于通過硅烷氣體分解并在多晶硅顆粒料的表面沉積高純多晶硅，包括：反應(yīng)單元，所述反應(yīng)單元包括反應(yīng)容器，用于盛裝所述多晶硅顆粒料；進(jìn)料單元，所述進(jìn)料單元設(shè)于所述反應(yīng)容器的頂部和底部，用于供應(yīng)所述硅烷氣體及所述多晶硅顆粒料給所述反應(yīng)容器；加熱單元，所述加熱單元設(shè)于所述反應(yīng)容器的側(cè)壁，所述加熱單元包括微波發(fā)生器；?出料單元，所述出料單元設(shè)于所述反應(yīng)容器的底部和頂部，用于反應(yīng)完的所述多晶硅顆粒料及所述硅烷氣體排出于所述反應(yīng)容器；測(cè)控單元，所述測(cè)控單元設(shè)于所述反應(yīng)容器的側(cè)壁和頂部，用于測(cè)量和控制所述多晶硅顆粒料料層的溫度和高度；其中，所述微波發(fā)生器產(chǎn)生微波進(jìn)入所述反應(yīng)容器內(nèi)，對(duì)所述多晶硅顆粒料進(jìn)行選擇性加熱，所述硅烷氣體通過并充分接觸多晶硅顆粒料并將分解生成的高純硅沉積于所述多晶硅顆粒料的表面。

根據(jù)本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例，所述反應(yīng)容器外套有冷卻夾套，所述冷卻夾套的側(cè)壁設(shè)有循環(huán)冷卻介質(zhì)的進(jìn)出管。

根據(jù)本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例，所述進(jìn)料單元包括：固體進(jìn)料單元，所述固體進(jìn)料單元包括：進(jìn)料管，所述進(jìn)料管設(shè)于所述反應(yīng)容器的頂部；進(jìn)料閥，所述進(jìn)料閥與所述進(jìn)料管相連；進(jìn)料倉，所述進(jìn)料倉與所述進(jìn)料閥通過法蘭相連；氣體進(jìn)料單元，所述氣體進(jìn)料單元包括進(jìn)氣管，所述進(jìn)氣管設(shè)于所述反應(yīng)容器的底部，并深入至所述多晶硅顆粒料中；其中，所述多晶硅顆粒料通過所述固體進(jìn)料單元進(jìn)入所述反應(yīng)容器內(nèi)，所述進(jìn)氣管將所述硅烷氣體吹入，使得被加熱的所述多晶硅顆粒料呈沸騰狀。

根據(jù)本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例，所述微波發(fā)生器包括：電子管，所述電子管為磁控管；矩形波導(dǎo)，所述矩形波導(dǎo)與所述電子管相連，并設(shè)于所述反應(yīng)容器的側(cè)壁和頂部，用于連接所述電子管與所述反應(yīng)容器。