[實(shí)用新型]一種多晶硅流化床反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320634205.6
• 申請(qǐng)日: 2013-10-15
• 公開（公告）號(hào): CN203484138U
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭宏新;劉世平;劉豐;高輝;李奇;練綿炎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): B01J8/24
• 分類號(hào): B01J8/24;C01B33/03
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 夏平;瞿網(wǎng)蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體材料制造設(shè)備，尤其是一種多晶硅制造設(shè)備，具體地說是一種利用化學(xué)氣相沉積原理制備顆粒狀多晶硅的流化床反應(yīng)器。

背景技術(shù)

????目前，西門子法與改良西門子法是目前占絕對(duì)優(yōu)勢的生產(chǎn)方法。西門子法通過在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器中用電極將硅棒加熱到約1100℃，三氯氫硅在硅棒表面分解，沉積出晶體硅。

??????但西門子法存在能耗高并且污染重的問題，其原因有：（1）西門子法生產(chǎn)多晶硅，轉(zhuǎn)化率低，能耗高；（2）該方法產(chǎn)生大量四氯化硅副產(chǎn)品，該副產(chǎn)品難以回收利用，造成環(huán)境嚴(yán)重污染。

??????改良西門子法增加了副產(chǎn)品四氯化硅的回收裝置，解決了副產(chǎn)品四氯化硅的回收問題，減輕污染，但該法需要在高溫高壓熱反應(yīng)釜中進(jìn)行，消耗大量產(chǎn)品多晶硅，同時(shí)設(shè)備昂貴、反應(yīng)過程危險(xiǎn)性高。

??????為克服西門子法的固有缺陷，國內(nèi)外開發(fā)了硅烷流化床法、金屬置換法與物理冶金法等替代技術(shù)，其中流化床法己經(jīng)在歐美獲得工業(yè)應(yīng)用，但是我國目前尚處在研究初級(jí)階段。在流化床法中，從反應(yīng)器下部通入原料氣和流化氣的混合物使床層流化，單質(zhì)硅沉積在多晶硅顆粒表面，作為晶種的多晶硅細(xì)顆粒被連或間歇地加入到流化床中，粒徑增大的多晶硅顆粒作為產(chǎn)品由反應(yīng)器下部取出，流化床反應(yīng)器生產(chǎn)多晶硅從根本上克服了西門子法的弊端，成為行業(yè)內(nèi)研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。

??????但是，流化床反應(yīng)器設(shè)備遇到了諸多問題，歸結(jié)如下：1.反應(yīng)器壁沉積。硅沉積反應(yīng)不僅發(fā)生在硅顆粒上，反應(yīng)器的溫度達(dá)到反應(yīng)溫度時(shí)，產(chǎn)生的顆粒硅會(huì)沉積在反應(yīng)器內(nèi)壁上，造成反應(yīng)器壁硅沉積，影響傳熱性能和產(chǎn)品純度。2.反應(yīng)器內(nèi)氣體流速控制。反應(yīng)氣體控制不好，容易造成反應(yīng)不能順利進(jìn)行，容易出現(xiàn)溝流，反應(yīng)不均等問題。3.產(chǎn)品純度。由于反應(yīng)需要在高溫條件下進(jìn)行，所以對(duì)反應(yīng)器壁材料的選擇提出很高的要求，一方面需要內(nèi)襯材料在高溫條件下，不揮發(fā)雜質(zhì)影響產(chǎn)品純度，一方面需要內(nèi)襯材料不會(huì)因?yàn)闇囟茸兓冃危苊忸l繁更換。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有的流化床法制造多晶硅顆粒時(shí)存在的附壁、反應(yīng)不均等問題，設(shè)計(jì)一種利用微波加熱和氫氣覆蓋來提高多晶硅制備效率和質(zhì)量的多晶硅流化床反應(yīng)器。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種多晶硅流化床反應(yīng)器，其特征是它由氣體排出區(qū)1-2、反應(yīng)區(qū)1-1和氣體緩沖區(qū)1-3組成，氣體排出區(qū)1-2位于反應(yīng)區(qū)1-1的上部并直接連通，氣體緩沖區(qū)1-3位于反應(yīng)區(qū)1-1的下部，兩者之間通過氣體分布器9分割，氣體分布器9的中心設(shè)有產(chǎn)品顆粒排出反應(yīng)器外的出料口9-3，出料口9-3與伸出反應(yīng)器外的出口管7相連通，在氣體分布器9的外圈設(shè)有供氫氣覆蓋氣體進(jìn)入反應(yīng)區(qū)內(nèi)壁并降低內(nèi)壁硅顆粒沉積的氫覆蓋氣進(jìn)口9-1，氫覆蓋氣進(jìn)口9-1與伸出反應(yīng)器外的氫氣進(jìn)氣管6相連通，在出料口9-3與氫覆蓋氣進(jìn)口9-1之間的氣體分布器9上設(shè)有與氣體緩沖區(qū)相連通的反應(yīng)氣進(jìn)口9-2；在氣體緩沖區(qū)1-3上設(shè)有原料氣進(jìn)口8和流化氣體進(jìn)口10，低于反應(yīng)溫度的原料氣從原料進(jìn)氣口8進(jìn)入緩沖區(qū)后在氣體分布器9的控制下按設(shè)定的速度和比例進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1-1，反應(yīng)區(qū)1-1的筒壁上設(shè)有微波加熱器2-4，氣體排出區(qū)1-2設(shè)有晶種入口3和尾氣排出口4，尾氣排出口4上安裝有旋風(fēng)分離器，用于分離尾氣和未反應(yīng)的硅粉塵。

所述的氣體分布器9呈博士錐帽型結(jié)構(gòu)，設(shè)有氫覆蓋氣進(jìn)口9-1、反應(yīng)氣進(jìn)口9-2和出料口9-3。

所述的氣體分布器9的反應(yīng)氣進(jìn)口9-2結(jié)構(gòu)為直通管道形狀或喇叭口形狀或縮放狀（文丘里型）。在氣進(jìn)口9-2三種形狀的出口段可開直槽道或鋸齒槽道。

所述的反應(yīng)器壁2設(shè)在與反應(yīng)區(qū)1-1相對(duì)應(yīng)的器壁中，反應(yīng)區(qū)的內(nèi)壁上設(shè)有碳化硅涂層2-5和微波加熱器2-4，在反應(yīng)區(qū)的外壁2-1與微波加熱器2-4之間設(shè)有隔熱層2-2和微波反射層2-3，其中微波反射層2-3與微波加熱器2-4緊鄰。

本實(shí)用新型的有益效果：

本實(shí)用新型的反應(yīng)器為流化床反應(yīng)器，其中反應(yīng)器由上向下分為氣體排出區(qū)，反應(yīng)區(qū)和氣體緩沖區(qū)。氣體排出區(qū)裝有旋風(fēng)分離器，用于分離尾氣和未反應(yīng)的硅粉塵；反應(yīng)區(qū)位于反應(yīng)器的中間，用于化學(xué)反應(yīng)和多晶硅顆粒沉積；氣體緩沖區(qū)位于反應(yīng)區(qū)下方，用于緩沖反應(yīng)氣體和流化氣體；氣體分布器位于氣體緩沖區(qū)和反應(yīng)區(qū)中間部位，氣體分布器為錐帽型；加熱器為微波加熱器，位于反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)器壁內(nèi)。