[實用新型]一種制備多晶硅的還原系統

有效

• 申請號: 201721747589.7
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN207671692U
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 馮謹;楊刊;郝福濤
• 申請（專利權）人: 河北東明中硅科技有限公司
• 主分類號: C01B33/03
• 分類號: C01B33/03
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 賈凱

本實用新型公開了一種制備多晶硅的還原系統，包括底座，原料供應系統，原料混配裝置和還原爐；原料供應系統包括氫氣儲罐和三氯氫硅儲罐，原料混配裝置包括換熱箱，氣壓平衡箱，氣體混合器和氣體配比裝置；換熱箱包括換熱箱體和換熱箱蓋；氣壓平衡箱包括平衡箱體，平衡箱蓋，隔板和若干連接柱；氣體混合器包括混合器殼體和混合葉片；氣體配比裝置包括調節桿、控制齒輪、氫氣流量控制板、三氯氫硅流量控制板和直齒條；還原爐的爐壁上設有冷媒進管，冷媒出管和溫度計。本實用新型實現對混合氣體的快速、精確的摩爾配比控制及調節，同時充分利用無定型硅的特性，在還原爐內壁附著一層無定型硅，起到保溫的作用，大大降低了整個生產過程中的能耗。

技術領域

本實用新型涉及多晶硅生產設備領域，具體涉及一種制備多晶硅的還原系統。

背景技術

目前多晶硅的工業生產工藝主要有：改良西門子法——閉環式三氯氫硅氫還原法，硅烷法——硅烷熱分解法，流化床法，冶金法和氣液沉淀法。其中改良西門子法在多晶硅生產當中是一種非常成熟的方法，國內大部分廠家都是利用這種方法來生產多晶硅。改良西門子法工藝分為六個步驟：三氯氫硅合成工序，三氯氫硅提純工序，三氯氫硅還原工序，尾氣回收工序，氫化工序，后處理工序。

合成工序是在流化床反應器中用純度約99％的金屬硅(工業硅)與HCI反應生成三氯氫硅。提純工序采用多級分餾塔對三氯氫硅進行精制,除去四氯化硅及硼、磷等有害雜質。還原工序是在化學蒸發沉積反應器(還原爐)內加氫還原三氯氫硅，先在還原爐中預先放置初始硅芯,利用特別的啟動裝置來對硅芯進行預熱，然后對硅芯直接通電加熱,三氯氫硅還原后在硅芯上沉積出多晶硅棒。尾氣回收工序對來自還原爐、氫化爐、合成洗滌塔頂冷卻器的三氯氫硅、四氯化硅、氫氣和氯化氫等進行分離、凈化、再生和回收。氫化工序是在高壓反應器內把四氯化硅轉化為三氯氫硅再返回還原爐循環利用。后處理工序包括對最終多晶硅產品進行破碎、凈化、包裝等。

在還原工序中，需要用到一套還原系統，具體的是將氫氣與三氯氫硅按一定比例混合后，送入還原爐內進行反應，并最終在硅芯上通過氣相沉淀來生產多晶硅。

目前市場上的設備在生產時，存在以下幾個問題：

一是，多晶硅沉積需要三個條件:三氯氫硅的濃度、溫度和載體，在正常運行過程中,混合氣體的摩爾配比要求為氫氣:三氯氫硅＝4:1，若氫氣與三氯氫硅的摩爾配比較高，則多晶硅沉淀速率較慢，若氫氣與三氯氫硅的摩爾配比較低，則會產生大量的雜質，主要是無定形硅；目前生產車間，首先穩定住原料混配裝置的壓力,再調節原料混配裝置內的溫度,最后通過計算混合氣體的飽和蒸汽壓計算出原料混配裝置內的混合氣體中氫氣與三氯氫硅的摩爾比；上述方法，原料混配裝置內壓力變化難以控制，往往需要許多傳感器控制，而且溫度調節速度慢，通過飽和蒸汽壓計算配比繁瑣，導致整個配比調整裝置結構復雜、成本高、精度低、速度慢，具體實施繁瑣麻煩。

二是，在生產過程中如果提高三氯氫硅的濃度,在溫度合適的情況下,即使沒有載體三氯氫硅也會分解,分解成為極細小的無定型硅,彌漫在整個還原爐內,我們一般稱之為“霧化”現象。在本領域內都認為生成的無定型硅沒有利用價值,反而在量太大的情況下,會對多晶硅的生長產生不利的影響。在每次生產完一爐后，都會對爐壁上的無定型硅進行清理。目前還沒有很好的解決辦法。

實用新型內容

針對上述問題，本實用新型公開了一種制備多晶硅的還原系統，本系統結構簡單，能實現對混合氣體更快速、準確的摩爾配比控制及調節，同時充分利用無定型硅的特性，在還原爐內壁附著一層無定型硅，起到保溫的作用，大大降低了整個生產過程中的能耗。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案為：一種制備多晶硅的還原系統，包括底座，由左至右依次設置于所述底座上并依次相連通的原料供應系統，原料混配裝置和還原爐；

所述原料供應系統包括氫氣儲罐和三氯氫硅儲罐，所述氫氣儲罐通過第一氫氣輸送管與所述原料混配裝置相連通，所述三氯氫硅儲罐通過第一三氯氫硅輸送管與所述原料混配裝置相連通；