[發(fā)明專利]生產(chǎn)顆粒狀多晶硅的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480072665.1
• 申請(qǐng)日: 2014-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN105939964B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·豪斯維特;R·恩格魯貝爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瓦克化學(xué)股份公司
• 主分類號(hào): C01B33/035
• 分類號(hào): C01B33/035
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司72002
• 代理人: 彭麗丹,過曉東

本發(fā)明涉及一種顆粒狀多晶硅的生產(chǎn)方法。

多晶體硅，也通常簡(jiǎn)稱為多晶硅，例如通過西門子法生產(chǎn)。其包括在鐘形反應(yīng)器(“西門子反應(yīng)器”)中通過直接通電加熱硅細(xì)絲棒，并引入包含含硅組分和氫氣的反應(yīng)氣體。所述絲棒通常垂直插入反應(yīng)器底部的電極中，由此它們和電源連接。每?jī)蓚€(gè)絲棒通過水平的橋連接(同樣由硅制成)，并形成硅沉積的支撐體。所述的橋連接產(chǎn)生了典型的U型支撐體，也稱為細(xì)棒。高純度的多晶硅沉積在加熱的棒和橋上，使得棒直徑隨著時(shí)間增長(zhǎng)(CVD/氣相沉積)。在沉積結(jié)束之后，通常通過機(jī)械方法對(duì)這些多晶硅棒進(jìn)一步加工，以得到不同尺寸級(jí)別的碎塊，分類，任選地經(jīng)過濕化學(xué)清洗操作并最終包裝。

一種西門子法的替代包括其中生產(chǎn)顆粒狀多晶硅的流化床過程。這是在流化床中借助氣流使硅顆粒流體化而實(shí)現(xiàn)的，所述流化床通過加熱裝置加熱至高溫。添加含硅反應(yīng)氣體從而在熱顆粒表面上發(fā)生熱解反應(yīng)。在硅顆粒上沉積元素硅且單個(gè)顆粒的直徑增長(zhǎng)。定期移除已長(zhǎng)大的顆粒，并添加較小的硅顆粒作為種子顆粒，這使該方法具有所有相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)并可被持續(xù)操作。所述的含硅反應(yīng)氣體是硅-鹵素化合物(例如氯硅烷或溴硅烷)、單硅烷(SiH₄)以及這些氣體和氫氣的混合物。

在西門子法中是以圓柱體硅棒形式得到多晶硅的，其必須在后續(xù)處理之前以耗時(shí)且昂貴的方式被破碎成碎塊并任選進(jìn)行清洗，而顆粒狀多晶硅則具有塊狀材料的性質(zhì)并可以直接用作原材料，例如用于光伏產(chǎn)業(yè)和電子工業(yè)的單晶生產(chǎn)。

在流化床反應(yīng)器中生產(chǎn)顆粒狀多晶硅時(shí)，需要在方法過程中以規(guī)則的間隔或連續(xù)地向反應(yīng)器按計(jì)量添加硅材料，并在其他位置從反應(yīng)器中排出已經(jīng)長(zhǎng)大的顆粒狀多晶硅。

US 2011024266 A1公開了一種通過運(yùn)輸裝置水平和/或垂直運(yùn)動(dòng)來運(yùn)輸顆粒狀硅的方法，其中運(yùn)輸裝置對(duì)外部完全密封，由電磁場(chǎng)激發(fā)至少一個(gè)安裝在運(yùn)輸裝置上的永磁體，使運(yùn)輸裝置擺動(dòng)，從而使顆粒產(chǎn)生向前運(yùn)動(dòng)，其中所述電磁場(chǎng)由外部施加在密封的裝置上。

所述顆粒狀多晶硅必須在生產(chǎn)過程中的不同位置進(jìn)行處理。首先必須將顆粒狀多晶硅從反應(yīng)器中排出。上述方法適用于該目的。隨后，為了分成不同級(jí)別的顆粒尺寸，可能必須對(duì)其進(jìn)行篩選。為此，通過運(yùn)輸容器將顆粒狀多晶硅運(yùn)至篩選裝置中。最后，必須將顆粒包裝。為此，通常通過容器將顆粒運(yùn)輸至包裝裝置。或者，來自篩選裝置的目標(biāo)材料也可以在固定的容器中收集。所述容器直接和包裝裝置連接。

如上所述，所述顆粒狀多晶硅具有塊狀材料性質(zhì)。因此，一般的塊狀材料技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)是可轉(zhuǎn)化至顆粒狀多晶硅的。

在處理塊狀材料時(shí)的一個(gè)問題是顆粒離析。

在容器(或容器(container)或筒倉(cāng))的填充過程中在中間形成塊狀材料的中心錐時(shí)，會(huì)出現(xiàn)顆粒尺寸的離析。在填充過程中，較大的顆粒由于它們較大的質(zhì)量和由此較高的動(dòng)能滾到外圍(容器壁的方向)，但細(xì)小的材料主要聚集在中間。這種在橫截面上的離析導(dǎo)致具有不同粒徑分布的產(chǎn)品流隨著材料的排空被相繼地排出。

如果不采取措施以抵消顆粒離析，則在其中產(chǎn)品儲(chǔ)存在容器中的生產(chǎn)塊狀硅材料的過程中會(huì)得到在顆粒尺寸方面不均勻的生產(chǎn)批次。

然而，對(duì)于很多半導(dǎo)體和光伏電池的應(yīng)用，需要使硅原料的粒徑盡可能均勻，以保證穩(wěn)定的過程。

塊狀材料通常儲(chǔ)存在容器或筒倉(cāng)中。如果塊狀材料流出筒倉(cāng)，會(huì)在質(zhì)量流和漏斗流之間造成區(qū)別。

對(duì)于質(zhì)量流，當(dāng)塊狀材料排出時(shí)，筒倉(cāng)里的全部?jī)?nèi)容物是運(yùn)動(dòng)的。只有當(dāng)容器壁足夠陡峭和/或平滑時(shí)，才可能得到質(zhì)量流。此外，必須同時(shí)得到所謂的活塞流，其中在所有垂直的筒倉(cāng)橫截面也以相同的速度流動(dòng)。實(shí)現(xiàn)的主要方式是適當(dāng)設(shè)計(jì)漏斗的傾斜角度。雖然這是極其困難的，但是僅理想尺寸可以得到希望的反向混合。

一個(gè)替代是內(nèi)置漏斗，稱為錐形斗(binserts)。它們比實(shí)際的漏斗更小，且被放置在其前邊。然而其使用是有限制的，其用于離析情況的設(shè)計(jì)是困難的。

如果漏斗壁太平坦或太粗糙，會(huì)產(chǎn)生漏斗流。對(duì)于漏斗流，開始僅僅在流出孔上方的區(qū)域的塊狀材料在運(yùn)動(dòng)。在筒倉(cāng)邊緣區(qū)域的塊狀材料直到筒倉(cāng)全部排空時(shí)才會(huì)排出。在排空的過程中，在筒倉(cāng)中間的塊狀材料即細(xì)小材料被首先排出，而在排空快要結(jié)束時(shí)主要排出粗大的材料。對(duì)于下游的塊狀材料的包裝，這將導(dǎo)致在各個(gè)包裝單元中的品質(zhì)不同。

與此不同，在質(zhì)量流筒倉(cāng)中在填充過程中離析的塊狀材料再次匯合，從而在流出孔處不會(huì)發(fā)覺離析。質(zhì)量流筒倉(cāng)通常包括圓錐的或楔形的漏斗。