[發明專利]一種強制對流的硅烷熱分解制多晶硅反應爐

在審

• 申請號: 201810405784.4
• 申請日: 2018-04-29
• 公開（公告）號: CN108249445A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 沈劍
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: C01B33/035
• 分類號: C01B33/035
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的一種強制對流的硅烷熱分解制多晶硅反應爐由鐘罩、隔膜式壓縮機、底板、硅棒和硅棒冷卻夾套構成。本發明的一種強制對流的硅烷熱分解制多晶硅反應爐通過反應爐側面設置隔膜式壓縮機循環管路，對爐內氣體進行強制循環，實現爐內氣體的強制對流；通過特殊設計和設置的原料氣進口管，利用原料氣的動力進一步強化爐內氣體的對流；通過上述兩方面的作用，強化爐內對流，進而強化硅棒表面氣體的流動，減小硅棒表面氣體的層流邊界層的厚度、減少傳質阻力，加快傳質速率、進而加快硅棒生長速率，減少硅烷熱分解制多晶硅的單位能耗。

技術領域

本發明涉及硅烷熱分解制多晶硅生產領域，尤其涉及一種強制對流的硅烷熱分解制多晶硅反應爐。

背景技術

多晶硅（polycrystalline silicon）是單質硅中的一種特殊形態，在過冷的條件下，熔融狀態的單質硅發生凝固現象，凝固后的硅原子以金剛石晶格的形態排列成許多晶核，而且這些晶核生長成的晶粒晶面取向不同，當這些晶面取向不同的晶粒結合在一起時就是多晶硅。多晶硅可以用來生產單晶硅，在現代工業中有著廣泛的應用，是光伏技術、電子信息技術的重要原材料，直接關系著信息領域和能源領域的發展。根據純度高低，多晶硅可以分為冶金級多晶硅、太陽能級多晶硅和電子級多晶硅。隨著光伏行業和半導體行業的快速發展，對多晶硅的需求量也日益增大，大力發展太陽能級以及電子級多晶硅的生產技術，增加多晶硅企業的生產能力、保證和提高多晶硅的質量、以及提高生產效率成為多晶硅行業的主要目標。

多晶硅的生產技術主要以三氯氫硅（SiHCl3，簡稱TCS）或硅烷（SiH4）為前體，通過化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）在鐘罩式反應器或流化床反應器中進行。上述兩種前體和兩種反應器可形成四種生產工藝的組合，但通常分為三種，即改良西門子法、硅烷流化床法和硅烷熱分解法。其中硅烷熱分解法是將提純后的SiH4在鐘罩式熱分解爐內通過化學氣相沉積（CVD）反應生產高純度棒狀多晶硅的方法，其熱分解化學反應式：SiH4→Si+H2。硅烷法所生產的多晶硅棒結晶致密，可被用于區熔法生產硅單晶可一次成晶，是生產區熔單晶硅的最佳原料，此外硅烷及熱分解產物都沒有腐蝕性，從而避免了對設備的腐蝕以及硅受腐蝕而被沾污的現象，具有廣闊的發展前景。

硅烷熱分解反應本身所消耗的能量很少，主要能耗在于維持反應進行的高溫環境，可見硅烷分解制備多晶硅工藝有很大的節能空間。因此優化硅烷分解爐的結構和操作條件，成為降低生產成本的重要方向。在硅烷熱分解制多晶硅的過程中，硅棒表面溫度較高，表面反應速率快、擴散成為控制步驟，因此提高硅烷向硅棒表面的擴散速率成為提高硅棒生長速率，減少單位能耗的可行途徑。通過強制對流的方式可以提高硅烷熱分解爐內的氣體流速、進而減小硅棒表面層流邊界層的厚度、減少傳質阻力，加快傳質速率、進而加快硅棒生長速率。

發明內容

本發明為解決上述技術現狀而提供一種強制對流的硅烷熱分解制多晶硅反應爐，利用強制對流強化爐內對流，減小硅棒表面邊界層厚度，減少擴散阻力，強化硅棒生長速率，減小單位能耗。