CN100347083C - 硅生产装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种多晶硅生产装置，使得当将反应管的内表面加热到等于或高于硅熔点的温度，使沉积的硅滴落到下面的硅收集部分中时，这种生产装置可以防止由于下端部分降温而造成的硅熔体在该处的凝固。当使用高频加热线圈(4)加热反应管(2)时，通过一种防止降温装置能避免所述反应管(2)下端部分(2a)降温，所述的防止降温装置可以是能够用红外线装置加热下端部分(2a)外表面的红外装置，或者是下端线圈，所述下端线圈由接近所述高频加热线圈(4)下端的线圈组成，其加热强度比上部线圈(4U)的加热强度大。

Description

硅生产装置
技术领域
本发明涉及一种用于生产多晶硅的硅生产装置。更具体地，本发明涉及一种硅生产装置，该装置中将原料气体输入被高频加热线圈加热的反应管中，从而在所述反应管的内表面上沉积硅，而且，至少一部分反应管(包括下端部分在内)加热到等于或高于硅熔点的温度，使要沉积的硅滴落并收集在反应管下面的收集部分中。
背景技术
有许多已知的方法用于生产作为半导体和光电池材料的硅，一些方法已经在工业中应用。
其中一种方法被称为西门子法，在此方法中将一根因接受能量而被加热到硅沉积温度的硅棒(silicon rod)置于钟形罩内，，并将三氯氢硅(SiHCl3)或甲硅烷(SiH4)与氢气之类的还原性气体一起通入，与硅棒接触来沉积硅。
这种方法能提供高纯的硅，是工业中最常采用的方法。然而，由于是分批沉积，这种方法对每一批都需要重复复杂的过程，包括放置硅棒作为晶种床、加电压加热、沉积、冷却和取出硅棒，另外还要清洗钟形罩。
同时，还提出了一些方法，使用图12所示的装置连续生产多晶硅(例如日本专利JP-A-2003-2627和JP-A-2002-29726)。硅生产装置100包括装有反应管102的密闭容器111、用于供给氯硅烷和氢气的供气口103和围绕在反应管102周围的高频加热线圈104。
通过围绕在反应管102周围的高频加热线圈104所产生的电磁波加热所述反应管102，使得反应管102的内表面达到或超过硅的熔点，或达到较低的能够使硅沉积的温度。
然后，从供气口103通入的氯硅烷与加热的反应管102内表面接触，从而沉积的硅。
如果在沉积硅的时候，反应管102内表面的温度等于或高于硅的熔点(第一种方法)，以熔融态沉积的硅熔体可以从所述反应管102下端部分102a连续地滴滴落，收集在下面的硅收集部分105中。
如果在沉积的硅的时候，反应管102内表面的温度低于硅的熔点，而且在此温度下硅可以沉积(第二种方法)，固体硅暂时沉积在所述反应管102的内表面上，然后将内表面加热到等于或高于硅熔点的温度，使得部分或全部的沉积物熔化并滴落到安装在下面的硅收集部分105中。
在所述反应装置100中，在应避免沉积的硅的区域(例如反应管102和供气管106之间的空隙107)内充入氢气之类的密封气体。反应管102中反应生成的废气通过密闭容器111中的排气管108排出。数字110表示用石英等材料制成的隔壁，该隔壁用来保护所述高频加热线圈不受反应器气氛的影响。
发明内容
本发明要解决的问题
当使用高频加热线圈104将反应管102内表面的硅沉积区域加热到等于高于硅熔点的温度时，特别多的热量会从反应管102下端部分102a释放，结果使温度低于上面的管表面。
因此，当在反应管102内表面的温度等于或高于硅熔点(第一种方法)或硅可以沉积的较低温度(第二种方法)下进行硅的沉积时，会遇到下面的问题。即当反应管102的内表面加热到等于或超过硅熔点的温度，从而使沉积的硅熔化并滴落到安装在下面的硅收集部分105中时，在反应管102内表面滴下的硅熔体，将在下端部分102a冷却并部分凝固。
由于硅熔体在下端部分102a凝固，使得像冰柱一样悬挂在下端部分102a尖端的硅块长大。从而使硅熔体无法适当地滴落并收集在硅收集部分105中。
如果用高频加热线圈104充分加热下端部分102a来阻止硅熔体在下端部分102a发生凝固，则所述下端部分102a上面的部分就会过度加热。这很容易生成细的硅粉和硅烷低聚物之类的副产物，目的物硅的收率大大减小，能量损失也会很大。
为了避免热量从反应管102散失，经常在所述反应管102的周围缠绕绝热部件。然而，现有的绝热部件无法使所述下端部分102a充分绝热。而且，硅熔体会在所述下端部分102a通过孔从反应管内表面移动到反应管周围，与绝热部件的下端部分接触，使所述绝热部件发生老化。
本发明是为了解决前述常规技术的问题。因此本发明的目的是提供一种硅生产装置，在此装置中，当将所述反应管内表面加热到等于或高于硅的熔点，从而使沉积的硅滴落到安装在下面的硅收集部分105中时，可以避免由于反应管下端部分降温而造成的硅熔体在该处凝固。
解决这些问题的方法
本发明的硅生产装置是一种多晶硅生产装置，该装置包括：
碳材料制的反应管；
供气口，通过该供气口从所述反应管上面供应氯硅烷和氢气；
环绕在所述反应管周围的高频加热线圈，所述高频加热线圈能够将反应管的至少一部分(包括下端部分在内)加热到等于或高于硅熔点的温度；
所述硅生产装置还包括防止降温的装置，该装置用于在高频加热线圈加热时防止反应管下端部分的降温。
在上面的发明中，当使用高频加热线圈加热时，防止降温的装置能防止反应管下端部分的降温。因此，当将所述反应管内表面加热到等于或高于硅的熔点，从而使沉积的硅滴落到安装在下面的硅收集部分中时，可以避免硅熔体在反应管下端发生凝固。
在一个优选实施方式中，所述防止降温的装置是红外装置，该装置能够用红外线加热反应管下端部分的周围。
所述红外装置能够用红外线加热反应管下端部分，从而当将所述反应管内表面加热到等于或高于硅的熔点，从而使沉积的硅滴落到安装在下面的硅收集部分中时，可以避免反应管下端部分降温，从而硅熔体不会在该处凝固。
所述红外装置可包括：
碳材料制的红外元件，所述红外元件包围在反应管下端部分周围，并且不与所述下端部分接触；和
包围在所述红外元件周围的高频加热线圈，该线圈用来加热所述红外元件。
即所述红外元件包围在所述反应管下端部分的周围，而所述高频加热线圈用来加热反应管的硅沉积区以及红外元件。从而所述红外元件产生的红外线充分加热反应管的下端部分，避免下端部分的降温。
在另一优选实施方式中，所述防止降温的装置是个下端线圈，该下端线圈由靠近所述高频加热线圈下端的线圈组成，其加热强度比上部的线圈大。
所述下端线圈可以选择性地强烈加热反应管的下端部分，从而当将所述反应管内表面加热到等于或高于硅的熔点，从而使沉积的硅滴落到安装在下面的硅收集部分中时，可以避免反应管下端部分降温，硅熔体就不会在该处凝固。
较佳的是，下端线圈的线圈节距小于上部线圈。
所述具有较小线圈节距的下端线圈可以对反应管的下端部分选择性地提供较高的加热强度，从而避免反应管下端部分的降温。
所述下端线圈较佳的是包括多个线圈，这些线圈缠绕称为沿直径方向伸展的多层。
由多个缠绕线圈组成的下端线圈可以加热反应管的下端部分，此时各个缠绕线圈产生的高频波加热反应管的下端部分，选择性地为下端部分提供提供更高的加热强度，从而避免下端部分降温。
较佳的是，可以分开控制所述下端线圈和上部线圈的高频功率(highfrequency power)。
即是向下端线圈供给高频功率的方式，使得供给所述下端线圈的高频功率与上部线圈的电源分开，或者用共同的电源为上部线圈和下端线圈提供高频功率，但是供电时使用分接头或可控硅整流器之类的系统将下端线圈和上部线圈分开。这种将下端线圈的高频功率和上部线圈分开的控制，可以选择性地增加对反应管下端部分的加热强度，从而避免反应管下端部分降温。
在本发明中，可在反应管的周围包围绝热部件，以防止热量从反应管中散失。
所述反应管下端部分的范围可以根据其形状等因素而异。例如，所述下端部分的范围最多达到下述两类直线的交点：
与反应管最下端齐平的水平面和反应管的中轴线有一交点，从该交点延伸出的与水平面有45°夹角的直线；和
在轴向方向上沿反应管内表面延伸的垂直线，所述垂直线是从平分所述反应管开口形状的直线中最短的直线引出的。
发明效果
本发明的硅生产装置，使得当将所述反应管内表面加热到等于或高于硅的熔点，从而使沉积的硅滴落到安装在下面的硅收集部分中时，可以避免反应管下端部分降温，从而硅熔体不会在该处凝固。
本发明优选实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的实施方式。图1是本发明硅生产装置的截面图。与前述常用硅生产装置相同的元件和零件，将用比其小100的数字表示。
如图所示，硅生产装置1具有封闭的容器11，所述容器11包括反应管2、用于供应氯硅烷和氢气的供气口3、包围在反应管2周围的高频加热线圈4和与所述反应管2的外表面相邻的碳管21，所述碳管21从反应管的上部延伸到下端部分2a。
用于反应的氯硅烷包括三氯氢硅(SiHCl3)、四氯化硅(SiCl4)、二氯甲烷硅(SiH2Cl2)、一氯甲烷硅(SiH3Cl)、六氯化乙硅烷(Si2Cl6)之类的氯化乙硅烷和八氯化丙硅烷(Si3Cl8)之类的氯化丙硅烷。这些氯化硅烷可以单独使用，也可以两种或两种以上结合使用。
所述反应管2是圆筒形管，在下端部分2a处的开口向下敞开。所述反应管适合由石墨之类的碳材料制成，所述碳材料要能够经受高频加热，而且能够耐受硅的熔点。
为了提高所述反应管2的耐久度和提高硅的纯度，优选用氮化硅、碳化硅或热解碳覆盖与沉积的硅直接接触的反应管内表面，所述三种材料对硅熔体具有较高的耐受能力。
通过安装在上面的供气管6的供气口3，将氯硅烷和氢气一起或分别供入反应管2中。较佳的是，所述供气管6装有用于冷却供气管6的冷却装置，以防止管子受热损坏，还防止氯硅烷在管内分解。例如，可以用如下方法冷却供气管6。在所述供气管6上安装管道，水或传热油之类的冷却液在管道中循环使其冷却(流体夹套系统)。或者在所述供气管6外围基本同心的位置上安装一个或多个喷嘴，通过供气管6供应反应气体，同时将冷却气体供给(吹洗)到所述供气管6和喷嘴之间的间隙内，从而冷却供气管6(空气冷却夹套系统)。
在反应管2的上部区域中，反应管2的内表面与供气管6的外表面互相套置。由于此区域是低温区，很难通过加热到等于或高于硅熔点的温度来熔化沉积在该区域的固体硅。因此，向所述反应管2和供气管6之间的空隙7内提供氢气或氩气之类的密封气，用此密封气体充满所述空隙7，从而避免氯硅烷/氢气混合气体充满空隙7。也可以将氯化氢之类的能够与硅反应生成原料气体的试剂，单独或与密封气体结合供给所述空隙7。
所述反应装置1中应当避免硅沉积的其它区域(例如所述反应管2和所述碳管21之间的空隙24)也可类似地充入密封气体等。
安装在反应管2外围的高频加热线圈产生的电磁波(高频波)加热反应管2，使其内表面达到等于或高于硅熔点的温度，或达到低于硅熔点而能够使硅发生沉积的温度。所述加热区域通常是从所述密闭容器11中反应管2的下端部分2a，达到管方向总长度的30-90％。
如果在硅沉积的时候，反应管2内表面的温度等于或高于硅的熔点(第一种方法)，就使反应管2内表面的温度达到等于或高于硅熔点的温度(通常是1410-1430℃)，硅以熔融状态沉积。
如果在硅沉积的时候，反应管102内表面的温度低于硅的熔点，而且在此温度下硅可以沉积(第二种方法)，所述反应管2内表面的温度将是等于或高于950℃，较佳的是等于或高于1200℃，更佳的是等于或高于1300℃。
从电源(未显示)产生的电流流过所述高频加热线圈4，使线圈4产生电磁波来加热所述反应管2。加热管2之类加热对象的材料或形状决定着合适的电磁波频率。例如，频率设定在大约几十赫兹至几十千兆赫兹(GHz)。
使得沉积在所述反应管2内表面上的硅，从所述反应管2下端部分2a的开口滴下，收集在安装在下面的硅收集部分5中。
所述硅收集部分5具有用金属、陶瓷或玻璃之类的材料制成的冷却收集部分。为了达到工业设备的韧性和收集高纯度硅，较佳的是在所述金属冷却收集部分的内表面覆以硅、特弗隆(商品名)、石英玻璃、钽、钨或钼的衬里。也适宜用硅颗粒覆盖所述冷却收集部分的上部底面。另外，可以安装引出开口，用来从冷却收集部分中连续地或间断地引出凝固的硅。到达所述冷却收集部分的硅与前述材料接触而被冷却。也可安装其中有冷却液循环的冷却夹套、或用提供冷却气体的冷却气体供应管来进行冷却。
在前述第一种方法中，允许以熔融状态沉积的硅熔体从所述反应管2下端部分2a的开口连续滴下，收集在安装在下面的硅收集部分5中。在此情况下，沉积的硅熔体在重力作用下在所述反应管2的内表面向下流动，并从下端部分2a滴下。所述液滴在重力下落过程中或下落之后凝固。
在第二种方法中，固体硅暂时地沉积在所述反应管2的内表面上，再将内表面加热到等于或高于硅熔点的温度，使沉积物部分地或全部地熔化，滴落到安装在下面的硅收集部分5中，收集在其中。
此方法重复着硅沉积在反应装置2内表面上的步骤和将该内表面加热到等于或高于硅熔点的温度，使沉积的硅滴落并收集在硅收集部分5中。在将硅9从收集部分5引出装置外面时，可以装上一个板状部件，它可以横向滑动，将装置内部分隔成包含反应管2的上部空间和包含收集部分5的下部空间。有了这种结构，可以在装置的上部空间中维持反应气体的同时持续进行沉积反应，而收集在收集部分5中的硅9可以引出到装置外面。同时，控制高频加热线圈的功率输出，可以将反应管2内表面加热到等于或高于硅熔点的温度。也可以减小流入硅生产装置1的原料气体的流量，来达到上述加热的目标。
对生产硅的条件没有什么限制。较佳的是，确定例如氯硅烷/氢气进料比、进料速度和停留时间之类的条件，使氯硅烷转化为硅的转化率至少为20％，较佳的是至少30％。为了达到相对于反应装置尺寸的硅有效生产率，氯硅烷在供应的气体中所占的摩尔分数较佳的是0.1-99.9摩尔％，更佳的是5-50摩尔％。虽然反应压力越高，装置越小，但是为了便于工业运行，压力约为0-1MpaG。可以根据具定体积反应装置的温度和压力条件改变气体停留时间。在反应条件下，气体在反应管2中的平均停留时间可以是0.001-60秒，较佳的是0.01-10秒，在此情况下可以实现氯硅烷的充分有效转化。
当使用高频加热线圈将反应管2的内表面加热到等于或高于硅熔点的温度，使硅从所述反应管2的下端部分2a滴落并收集到硅收集部分5中时，所述下端部分2a会散失特别多的热量，因此无法充分保持高的温度，其温度比反应管上部的内表面低。因此，硅熔体在所述下端部分2a中冷却并部分凝固。
由于硅熔体在下端部分2a中凝固，使得像冰柱一样悬挂在下端部分2a尖端处的硅块长大。从而使硅熔体无法适当地滴落并收集在硅收集部分5中。
为了解决这个问题，本发明提供了防止降温的装置，当反应管2被加热到等于或高于硅熔点的温度时，该装置用于防止下端部分2a降温。具体来说，所述防止降温的装置是一种装置或部件，它能够加热下端部分2a，使得下端部分2a具有等于或高于硅熔点的温度，较佳的是1430-1500℃。应当防止所述防止降温的装置过度加热下端部分2a，否则会产生不希望的细的硅粉。
防止降温装置对所述下端部分2a加热的范围，可以随其形状等因素改变。例如，如图9(a)所示，用防止降温装置加热的下端部分2a可以达到经过下述两类直线交点74的水平平面72：
与反应管2最下端等高的水平面71与反应管2的中轴线有一交点73，从该交点延伸出的与开口面71成45°夹角的直线；和
在轴向方向上沿反应管2内表面延伸的垂直线，所述垂直线是从平分所述开口面71的直线中最短的直线(例如，当开口面是椭圆形时，最短的直线是短轴)引出的。所述反应管2开口的直径越大，从下端部分2a散失的热量越多，因此所述下端部分2a加热的范围也要扩大。
所述反应管2的开口形状可以是圆形或椭圆形之类的其它形状。所述开口附近的下端部分2a可以从上到最下端具有均一的厚度。在另一实施方式中，为了控制硅熔体的液滴，使硅颗粒具有小而均匀的直径，外周边部分可逐渐变细，使直径朝着最下端逐渐减小。另外，开口的周边可以是波浪形的。
所述反应管的开口面相对于水平面可以是倾斜的。在此情况下，如图9(b)所示，用防止降温装置加热的下端部分2a可以达到表面72，所述表面72与开口面71平行，而且与下面两类直线的交点74a和74b之间的距离相等：
与反应管2最下端等高的水平面71与反应管2的中轴线有一交点73，从该交点延伸出的与开口面71成45°夹角的直线；和
在轴向方向上沿反应管2内表面延伸的垂直线，所述垂直线是从平分所述开口面71的直线中最短的直线延伸出的。
通常可以根据图9(a)和(b)决定所述下端部分要加热的高度，即使当所述反应管的下端2a具有复杂的形状时也可这样决定。
如图10所示，必须用所述防止降温装置加热包括下端部分2a的区域(从所述反应管2的最下端到管轴向的距离r)。根据需要，希望所述加热区域扩展到4倍于距离r的长度(距离4r)。当使用防止降温装置对反应管2的加热长度超过距离4r时，经常会生成细的硅粉。
在本发明的装置中，反应管2中硅在其中沉积的部分(硅沉积部分)的长度是L(见图11)，要使得L与反应管2最下端内径D的比至少为2，较佳的是至少为3。
在一个优选实施方式中，所述装置包括绝热部件23，该绝热部件包围在反应管2的周围，以防止反应管2在加热过程中散失热量。并非必须安装该绝热部件，根据情况可以略去。即使所述绝热部件23覆盖反应管2一直到下端部分2a的最下端地时，由于从下端部分2a的内表面散失热量，仍然会使下端部分2a降温。如果所述绝热部件23没有覆盖反应管2一直到下端部分2a，下端部分2a会很显著地降温。
在图1所示的实施方式中，在下端部分2a的边用碳管21围住，能防止下端2a降温。所述碳管21主要由石墨之类的碳材料制备，这些碳材料可以用高频加热线圈4产生的高频波加热。
用所述高频加热线圈4直接加热所述反应管2的下端部分2a，同时还用红外线加热所述反应管2的下端部分，所述红外线是碳管21在被所述高频加热线圈4加热时产生的。
由于所述碳管21所产生红外线的额外加热，可以将下端部分2a充分加热到等于或高于硅熔点的温度。从而硅熔体不会在这部分冷却而产生硅块，硅熔体可以在所述反应管2的内表面上顺利流动并从下端部分2a顺利地滴落到硅收集部分5中。
在此实施方式中，在所述反应管2和安装在周围的由碳纤维或烧结陶瓷制成的绝热部件23之间，安装了碳管21，使得所述绝热部件21缠绕在碳管21的外表面。在所述反应管2和碳管21之间的空隙24内充入氢气之类的密封气体，防止硅在该区域沉积。在此情况下，可以形成位于反应管2和隔热元件23之间的碳管之类的管状部件，使其包括下端部分的一部分由碳材料制成，而剩下的上部部分由陶瓷之类的不会被所述高频加热线圈4产生的高频波加热的材料制成。即，如果靠近所述反应管2下端部分2a的管状部件是由碳材料制备，而所述管状部件的其它部分是由碳材料以外的其它材料制成，就可以对所述下端部分2a合适地进行红外加热。
在另一实施方式中，如图2所示，所述绝热部件23可缠绕在反应管2周围，所述碳管21可以仅仅安装在反应管2的下端部分2a。为了使得所述高频加热线圈产生的高频波能够有效地到达反应管2的下端部分2a，由于穿透深度取决于频率的缘故，所述碳管21需要在不影响其强度等的情况下具有小的径向厚度。
图3和图4显示了本发明硅生产装置其它一些实施方式的反应管下端部分附近的示意图。在图3的实施方式中，在所述反应管2下端部分的附近安装了环形加热装置。用电源(未显示)为所述环形加热装置31提供电流，所述环形加热装置就向下端部分2a辐射红外线对其进行加热。
在图4的实施方式中，在所述反应管2下端部分2a的附近安装了多个用石英玻璃制成的棒形部件41。由电灯泡42产生的红外光从所述棒形部件41的后端部分41a射入其中，导向到前端部分41b。到达前端41b的红外光局部地施加在下端部分2a上对其进行加热。较佳的是，所述棒形石英玻璃元件的前端部分41b呈透镜状，用以集聚红外光。
前述实施方式用红外线加热所述反应管2的下端部分2a，以防止降温。较佳的是，红外线施加在所述下端部分2a的整个外表面上。
图5显示了硅生产装置的另一实施方式中，反应管下端部分附近的截面图。在本实施方式中，高频加热线圈4的形状，要使所述反应管下端部分2a附近的线圈(下端线圈4L)的线圈节距P1小于较高线圈4U的线圈节距P2。(参见图1中下端线圈4L和4U的布置)
当下端线圈4L具有如上所述的较多缠绕密度时，所述高频加热线圈4加热时，其具有高缠绕密度的下端线圈4L选择性地强烈加热所述反应管2的下端部分2a，从而防止下端部分2a降温。
用单个电源对所述高频加热线圈供电。对由不同缠绕密度的下端线圈4L和上部线圈4U构成的高频加热线圈4，当从一端向另一端对其供电时，具有较小线圈节距的下端线圈4L释放出的高频波，其强度高于上部线圈4U。从而地对所述反应管2的下端部分2a进行选择性的强烈加热。由于可以用单个电源加热所述反应管2的下端部分2a和上部部分，所述装置的结构就可以相对简化。
为了防止在所述反应管2的下端部分2a处形成硅块，所述下端线圈4L和上部线圈4U的线圈节距之比P2/P1较佳的是至少为3，但是该比例取决于装置的结构。
图6是图5实施方式一种变的截面图。如图所示，在所述反应管2的下端部分2a附近安装了碳管21。所述碳管21被具有高缠绕密度的下端线圈4L加热，发出红外线来加热所述反应管2的下端部分2a。
反应管2a的下端部分2被具有高缠绕密度的下端线圈4L选择性地强烈加热。另外，被下端线圈4L产生的高频波加热的碳管21也产生红外线，也对所述下端部分进行加热。也就可以有效防止所述反应管2的下端部分2a降温。
图7显示了硅生产装置另一实施方式中，反应管下端部分附近的截面图。在此实施方式中，所述反应管2下端部分2a附近的高频加热线圈4包括两个线圈(两个下端线圈4L)，所述两个线圈在直径方向是双层缠绕的。
当使用所述高频加热线圈4加热反应管2时，所述双层缠绕下端线圈4L可以通过内层和外层线圈产生的高频波加热反应管2的下端部分2a。从而可以比上部线圈4U更强烈地进行加热。从而选择性地强烈加热所述反应管2的下端部分2a，防止所述下端部分2a降温。
所述双绕下端线圈4L可以是在直径方向至少缠绕三重的多层线圈。
当所述下端线圈4L是将单根线圈缠绕成多层线圈制成时，可以用单个电源对此高频加热线圈4供电。
图8显示了硅生产装置另一实施方式中，反应管下端部分附近的截面图。在本实施方式中，高频加热线圈4由两个单独的线圈组成，由两个系统分别对这两个线圈供电。
在所述反应管2下端部分2a附近上方的整个沉积区的周围，安装了线圈4U，在所述反应管2下端部分2a的附近安装了另一个下端线圈4L。
所述线圈4U和下端线圈4L用各自独立的控制系统控制，以便提供合适的高频功率。所述线圈4U加热反应管2下端部分2a以上的沉积部分，所述线圈4L则加热下端部分2a。
当硅熔化时，用控制系统控制高频功率，使得下端线圈4L加热反应管2的下端部分2a时的加热强度高于上部线圈4L对反应管2的加热。这种控制使得能够用所述下端线圈4L产生的高频波选择性地强烈加热所述反应管2的下端部分2a，从而防止所述下端部分2a降温。
为了用不同的独立系统控制线圈4U和线圈4L的高频功率，就提供不同的电源为线圈4U和下端线圈4L供电，并提供这两个线圈分别从各自的电源获得高频功率。
也可以用单个电源对线圈4U和下端线圈4L供电，此时可以用分接头或可控硅整流器建立独立的供电系统，用各自的系统为所述两个线圈分别提供高频功率。
对下端线圈4L输送高频功率，是通过测量所述反应管2下端部分2a的温度来反馈控制的，或者一面观察操作状态，一面进行控制操作。
在下文中将以实施例描述本发明，但是并不限于这些实施例。
[实施例1]
将外径100毫米、内径70毫米、长1000毫米的碳制圆筒形反应管安装在多晶硅生产装置中。如图2所示，围绕所述反应管下端部分的周围安装了碳管(21)，使得所述反应管下端部分可以被红外线加热，所述红外线是所述碳管被高频加热线圈加热时产生的。
向反应管中加入混合气体，三氯氢硅的流量是20千克/小时，氢气的流量是40标准立方米/小时。对规则节距缠绕的高频加热线圈施加电压，从而将所述反应管的下端部分和余下的上面部分加热到等于或高于1450℃的温度，多晶硅就以熔融态沉积出来。该反应连续进行100小时后，目视反应管的下端部分，没有看到硅块在该处凝固。
[实施例2]
将外径100毫米、内径70毫米、长1000毫米的碳制圆筒形反应管安装在多晶硅生产装置中。如图5所示，该硅生产装置包括高频加热线圈，其中下端线圈(4L)具有较小的节距和较高的缠绕密度。所述下端线圈(4L)的节距P1是10毫米，上部线圈(4U)的节距P1是30毫米。由单一电源为这种连续缠绕的线圈提供高频功率。
向反应管中加入混合气体，三氯氢硅的流量是20千克/小时，氢气的流量是40标准立方米/小时。对规则节距缠绕的高频加热线圈施加电压，从而将所述反应管的下端部分和余下的上面部分加热到等于或高于1450℃的温度，多晶硅就以熔融态沉积出来。该反应连续进行100小时后，目视观察反应管的下端部分，没有看到硅块在该处凝固。
[实施例3]
将外径100毫米、内径70毫米、长1000毫米的碳制圆筒形反应管安装在多晶硅生产装置中。如图7所示，该硅生产装置包括高频加热线圈，其中下端线圈在直径延伸方向双层缠绕。
向反应管中加入混合气体，三氯氢硅的流量是20千克/小时，氢气的流量是40标准立方米/小时。对规则节距缠绕的高频加热线圈施加电压，从而将所述反应管的下端部分和余下的上面部分加热到等于或高于1450℃的温度，多晶硅以熔融态沉积出来。该反应连续进行100小时后，目视观察反应管的下端部分，没有看到硅块在该处凝固。
[实施例4]
将外径100毫米、内径70毫米、长1000毫米的碳制圆筒形反应管安装在多晶硅生产装置中。如图8所示，该硅生产装置包括高频加热线圈，用各自的系统单独地控制下端线圈(4L)和上部线圈(4U)中的高频功率。即下端线圈(4L)和上部线圈(4U)具有不同的电源，独立控制对这两个线圈提供的电能。
向反应管中加入混合气体，三氯氢硅的流量是20千克/小时，氢气的流量是40标准立方米/小时。对规则节距缠绕的高频加热线圈施加电压，从而将所述反应管的下端部分和余下的上面部分加热到等于或高于1450℃的温度，多晶硅以熔融态沉积出来。该反应连续进行100小时后，目视观察反应管的下端部分，没有看到硅块在该处凝固。
[对比例1]
该反应在与实施例1相同的条件下连续进行反应，不同的是不用碳管(21)。结果硅块在反应管下端部分凝固，而且硅像冰柱一样长大。这种硅块妨碍反应持续进行。
附图简述
图1显示根据本发明硅生产装置实施方式的截面图；
图2显示图1实施方式一个变体的反应管下端部分附近的截面图；
图3显示硅生产装置另一实施方式中，反应管下端部分附近的图；
图4显示硅生产装置另一实施方式中，反应管下端部分附近的图；
图5显示硅生产装置另一实施方式中，反应管下端部分附近的截面图；
图6显示图5实施方式的改变的反应管下端部分附近的截面图；
图7显示硅生产装置另一实施方式中，反应管下端部分附近的截面图；
图8显示硅生产装置另一实施方式中，反应管下端部分附近的截面图；
图9是一组用于解释以防止降温而加热的装置要加热的反应管下端部分区域的图；
图10是用于解释以防止降温而加热的装置要加热的区域的视图；
图11是用于解释反应管硅沉积区长度L和反应管最下端内径D之比L/D的图；
图12显示常规硅生产装置的截面图；
其中；
1    硅生产装置
2    反应管
2a   下端部分
3    供气口
4    高频加热线圈
4L   下端线圈
4U   上部线圈
5    收集部分
6    供气管
7    空隙
8    排气口
9    收集的硅
10   隔壁
11   密闭容器
21   碳管
23   绝热部件
24   空隙
31   环形加热装置
41   棒形部件
41a  后端部分
41b  前端部分
42    电灯泡
71    开口面
72    水平面(平行面)
73    交点
74    交点
74a   交点
74b   交点
100   硅生产装置
102   反应管
102a  下端部分
103   供气口
104   高频加热线圈
105   收集部分
106   供气管
107   空隙
108   排气口
109   收集的硅
110   隔壁
111   密闭容器
P1    线圈节距
P2    线圈节距
L     沉积部分的长度
D     反应管下端的内径

Claims (9)

1.一种多晶硅生产装置，包括：
碳材料制的反应管；
供气口，通过所述供气口从所述反应管上面供应氯硅烷和氢气；
环绕在所述反应管外围的高频加热线圈，所述高频加热线圈能够将反应管的至少一部分，包括下端部分在内，加热到等于或高于硅熔点的温度；
所述硅生产装置还包括一个位于反应管下端部分的防止降温的装置，该装置用于在高频加热线圈加热时防止反应管下端部分降温。
2.如权利要求1所述的多晶硅生产装置，其特征在于，所述防止降温装置是一种红外装置，该装置能够用红外线加热所述反应管下端部分的外表面。
3.如权利要求2所述的多晶硅生产装置，其特征在于，所述红外装置包括：
碳材料制的红外元件，所述红外元件在反应管和高频加热线圈之间，并包围在反应管下端部分外围，不与所述下端部分接触；
包围在所述红外元件外围的所述高频加热线圈，所述线圈用来加热所述红外元件。
4.如权利要求1所述的多晶硅生产装置，其特征在于，所述防止降温的装置是下端线圈，该下端线圈由靠近所述高频加热线圈下端的线圈组成，其加热强度比上部的线圈大。
5.如权利要求4所述的多晶硅生产装置，其特征在于，所述下端线圈的线圈节距小于上部线圈。
6.如权利要求4所述的多晶硅生产装置，其特征在于，所述下端线圈包括多个沿直径方向伸展缠绕成多层的个线圈。
7.如权利要求4所述的多晶硅生产装置，其特征在于，所述下端线圈和上部线圈中的高频功率分开控制。
8.如权利要求1到7中任一项所述的多晶硅生产装置，其特征在于，一绝热部件包围在所述反应管的外围，能防止热量从所述反应管散失。
9.如权利要求1到7中任一项所述的多晶硅生产装置，其特征在于，所述反应管下端部分的范围最多达到下述两类直线的交点：
与反应管最下端齐平的水平面和反应管的中轴线有一交点，从该交点延伸出的与水平面有45°夹角的直线；和
在轴向方向上沿反应管内表面延伸的垂直线，所述垂直线是从平分所述反应管开口形状的直线中最短的直线引出的。
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