[發明專利]晶體硅提純集成系統

有效

• 申請號: 201710377733.0
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107089665B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 劉應寬;溫衛東;馮全義;周雪梅;楊麒;盧贊東;嚴剛;李洋;姜麗華;鎖曉峰
• 申請（專利權）人: 寧夏東夢能源股份有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037;C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 寧夏三源鑫知識產權代理事務所(普通合伙) 64105
• 代理人: 孫彥虎

1.一種晶體硅提純集成系統，其特征在于，包括：第一破碎裝置、酸洗裝置、原料硅礦熱爐、第二破碎裝置、除碳裝置、電子束熔煉裝置；第一破碎裝置將粗硅料破碎至30～150目，以獲得第一破碎料；酸洗裝置將第一破碎裝置生產出的第一破碎料進行酸洗，以去除第一破碎料表面的雜質；原料硅礦熱爐采用埋弧冶煉方式進行渣洗熔煉酸洗裝置酸洗除雜后的第一破碎料以獲得原料硅；第二破碎裝置對原料硅礦熱爐生產出的原料硅進行破碎，以獲得第二破碎料，第二破碎料的目數為30～150目；除碳裝置將第二破碎裝置生產出的第二破碎料進行煅燒，以降低第二破碎料中的碳含量，其中煅燒后的第二破碎料中的碳含量小于0.4ppm；電子束熔煉裝置包括控制裝置、加料裝置、爐體、設置在爐體內的兩個熔煉坩堝、一個水冷銅坩堝及對應設置在熔煉坩堝、水冷銅坩堝上方電子束槍，控制裝置控制加料裝置、熔煉坩堝、水冷銅坩堝、電子束槍工作，兩個熔煉坩堝平行設置，水冷銅坩堝設置在兩個熔煉坩堝下方，且位于兩個熔煉坩堝之間，加料裝置設置在爐體上，以在控制裝置的控制下將預定量的煅燒后的第二破碎料加入到兩個熔煉坩堝中，控制裝置控制兩個熔煉坩堝上方的電子束槍對兩個熔煉坩堝中的第二破碎料進行熔煉除磷，控制裝置控制兩個熔煉坩堝將熔融的原料先后交替流入水冷銅坩堝，控制裝置控制水冷銅坩堝上方的電子束槍以面積變化的面掃描方式及按照第一預定功率對流入水冷銅坩堝中的原料進行掃描升溫，以保證在水冷銅坩堝內有一個預定厚度的熔池，利用熔池與結晶的物料之間的固液界面來使雜質不斷的向熔池內匯集、揮發；其中，面積變化的面掃描方式是指調整電子束掃描面擴大、縮小的頻率，使水冷銅坩堝中被掃描的區域不斷由大至小的變換，來實現對熔區移動速度和結晶速度的控制；在水冷銅坩堝內的原料流滿后，控制裝置控制水冷銅坩堝上方的電子束槍以面積不變的面掃描方式且功率逐漸縮小，來降低功率及將硅錠中的雜質集中至硅錠頂部中心，待水冷銅坩堝中的硅錠冷卻后出錠，獲得多晶硅半成品，將多晶硅半成品的底部和頂部雜質富集區鋸切，以獲得多晶硅；其中，控制裝置控制加料裝置將預定量的煅燒后的第二破碎料加入到兩個熔煉坩堝中，控制裝置控制兩個熔煉坩堝上方的電子束槍對兩個熔煉坩堝中的第二破碎料進行熔煉除磷的具體過程為：控制裝置控制加料裝置給每個熔煉坩堝中每次加入單位量的第二破碎料，控制裝置控制電子束槍按照第一預定功率對單位量的第二破碎料熔煉第一預定時間段，再向熔煉坩堝中加入單位量的第二破碎料并控制電子束槍按照第一預定功率對第二次加入的單位量的第二破碎料熔煉第一預定時間段，直至控制裝置計算出加入熔煉坩堝中的第二破碎料的量與預定量相對應后，再熔煉第二預定時間段后，控制裝置控制兩個熔煉坩堝將熔融的原料先后交替流入水冷銅坩堝，兩個熔煉坩堝流料的時間相差第三預定時間段。

2.如權利要求1所述的晶體硅提純集成系統，其特征在于：預定量為24kg，單位量的硅料為2kg，第一預定功率為300KW，第一預定時間段為２分鐘，第二預定時間段為6分鐘，第三預定時間段為15分鐘。

3.如權利要求2所述的晶體硅提純集成系統，其特征在于：熔池的厚度為3～5cm。

4.如權利要求3所述的晶體硅提純集成系統，其特征在于：在水冷銅坩堝內的原料流滿后，控制裝置控制水冷銅坩堝上方的電子束槍以面積不變的面掃描方式且功率逐漸縮小，來降低功率及將硅錠中的雜質集中至硅錠頂部中心時，控制裝置控制水冷銅坩堝上方的電子束槍功率逐漸縮小，直至功率縮小至5kw，面掃描方式的掃描面積為直徑10cm的圓。

5.如權利要求4所述的晶體硅提純集成系統，其特征在于：原料硅礦熱爐包括爐體、電極、設置在爐體內壁上的白剛玉澆注料耐火層和電極糊層，電極糊層位于爐體內壁與白剛玉澆注料耐火層之間、采用電極糊制成的爐底、設置在爐底上的電極樁，電極樁位于電極的正下方，電極與電極樁配合以對爐體內的第一破碎料進行渣洗熔煉以獲得原料硅，爐體的中部開設流渣通道，利用流渣通道使渣液在爐體內的硅渣界面上方高溫區流出，并通過對流渣通道的封堵，實現定量流渣和堵渣。

6.如權利要求5所述的晶體硅提純集成系統，其特征在于：電極與電極樁配合以對爐體內的第一破碎料進行渣洗熔煉以獲得原料硅的具體過程為：將第一破碎料與硅渣按質量比1:1進行混合，以獲得硅渣混合料；在電極下方先填200kg硅料，起弧熔化后，定量投加硅渣混合料，采用“埋弧冶煉”方式進行熔煉；待爐體內的混合料熔化完全，確保在高溫狀態下通過流渣通道放出渣液，然后不斷的加渣料熔煉，不斷的放出渣液，完成對第一破碎料的渣洗作業，并獲得原料硅。