CN101966991B - 多晶硅生产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的多晶硅生产装置，包括：底盘；钟罩，设置在所述底盘之上，与底盘形成反应器；所述钟罩上设有尾气出口；所述钟罩外部设置夹套，所述夹套上设置夹套冷却油入口与夹套冷却油出口；所述反应器内部设置内件，所述内件包含中间接管和夹套管，夹套管内设置多晶硅棒；所述中间接管底部设置工艺气体入口、反应器冷却油入口与反应器冷却油出口。利用本发明生产多晶硅，可以有效降低反应器内无定形硅的生长，减少装置的污染，提高多晶硅的转化率与纯度。
Description
技术领域
本发明涉及一种多晶硅的生产装置，具体涉及一种利用硅烷分解制造多晶硅的装置。
背景技术
随着太阳能光伏的崛起，多晶硅也成为了全球的热点产业。目前生产多晶硅的主要方法是采用西门子法。西门子法将提纯和净化的SiHCl3和H2按一定比例进入还原炉，在1080℃～1100℃温度下，生成的硅沉积在发热体硅芯上。主要反应方程式如下：
SiHCl3+H2——Si+3HCl
2SiHCl3——Si+SiCl4+2HCl
西门子法在实际使用过程中实现的一次转化率较低，为10％～20％，并且西门子法在还原工艺后还要增加氢化工艺和尾气处理工艺，整个工艺系统比较复杂，所需硬件投入成本较大。
申请号为200910140420.9号的专利文献公开了一种制备多晶硅的方法，该方法采用一种新的多晶硅生产工艺，主要包括如下步骤：
将包括甲硅烷和氢气等的气体混合，并且预热；将预热后的混合气体通入反应器进行分解沉积反应。将反应后的气体经过两级过滤，分离出的氢气进入第一步，和甲硅烷等气体混合进行循环利用。然而该专利并未公开多晶硅的生产装置。
硅烷的分解反应温度范围较大，使得在一般的多晶硅生产装置中容易形成无定形硅，这样不仅降低了硅烷的转化率，而且形成的无定形硅会对生产装置造成污染，进而影响多晶硅产品的纯度。
发明内容
本发明提供的多晶硅生产装置，目的在于有效降低无定形硅的生长，提高多晶硅的转化率。
为解决上述问题，本发明提供的多晶硅生产装置，包括：底盘；钟罩，设置在所述底盘之上，与底盘形成反应器；所述钟罩上设有尾气出口；所述钟罩外部设置夹套，所述夹套上设置夹套冷却油入口与夹套冷却油出口；所述反应器内部设置内件，所述内件包含中间接管和夹套管，夹套管内设置多晶硅棒；所述中间接管底部设置工艺气体入口、反应器冷却油入口与反应器冷却油出口。
作为本发明的一种优选方案，所述内件为一个或者一个以上。
作为本发明的一种优选方案，所述夹套管为偶数个，所述中间接管设置于所述偶数个夹套管中间。
作为本发明的一种优选方案，所述夹套管包括夹套管内管和夹套管外管，所述夹套管内管内径为140mm～200mm。
作为本发明的一种优选方案，所述中间接管设有出气孔，所述夹套管内管设有进气孔；所述出气孔为一个或者一个以上，所述进气孔为一个或者一个以上。
作为本发明的一种优选方案，所述夹套管和中间接管通过可拆卸的连接件进行连接；所述中间接管下部通过连接管和所述夹套管相连，所述中间接管上部通过连接管和所述夹套管相连；所述连接件为螺栓或者连接板。
作为本发明的一种优选方案，所述多晶硅棒穿过所述夹套管顶部，每两根多晶硅棒通过其顶部连接成一对多晶硅棒。
作为本发明的一种优选方案，所述尾气出口设置在钟罩顶部。
作为本发明的一种优选方案，所述钟罩上设有视镜；所述视镜设于钟罩上部，所述视镜为一个或一个以上。
作为本发明的一种优选方案，所述底盘设有上底板与下底板，所述上底
板与所述下底板通过底盘法兰相连接；所述钟罩与所述夹套及所述底盘通过设备法兰相连接；所述中间接管穿过并固定于所述上底板和下底板。
本发明的多晶硅生产装置可以有效降低反应器内无定形硅的生长，减少装置的污染，提高多晶硅的转化率与纯度。
附图说明
图1为本发明多晶硅生产装置的剖视图；
图2为本发明多晶硅生产装置的一组内件的截面图；
图3为发明多晶硅生产装置的连接管视图；
具体附图标记如下：
1反应器冷却油出口 2工艺气体入口 3反应器冷却油入口
4多晶硅棒 5底盘 51上底板
52下底板 53底盘法兰 6钟罩
7夹套 71夹套冷却油入口 72夹套冷却油出口
8设备法兰 10a夹套管 101a夹套管内管
102a夹套管外管 103a进气孔 10b夹套管
101b夹套管内管 102b夹套管外管 103b进气孔
12中间接管 121出气孔 13连接件
14尾气出口 15连接管 16视镜
具体实施方式
以下结合较佳的具体实施例，对本发明作进一步说明。
结合图1和图2，本发明多晶硅生产装置，包括底盘5，设置在底盘5上部的钟罩6，钟罩6与底盘5形成反应器。钟罩6顶部设置一尾气出口14，钟罩6上部设置两个视镜16。
反应器内部设置一组内件，该内件包括两根相同的夹套管10a、夹套管10b，及一根中间接管12，以及连接中间接管和夹套管的连接件13和连接管15，每根夹套管内设置一根多晶硅棒4，两根多晶硅棒4穿过夹套管10a与夹套管10b顶部连接成一对多晶硅棒。
结合图2和图3，夹套管10a包括夹套管内管101a和夹套管外管102a，夹套管内管101a内径为160mm；夹套管10b包括夹套管内管101b和夹套管外管102b，夹套管内管101b内径为160mm；中间接管12通过连接件13与夹套管10a及夹套管10b连接，中间接管12设有两个出气孔121，夹套管内管101a设有一进气孔103a，夹套管内管101b设有一进气孔103b。
底盘5设有上底板51与下底板52，上底板51与下底板52通过底盘法兰53固定连接，工艺气体入口2、反应器冷却油入口3与反应器冷却油出口1均设置于中间接管12底部。中间接管12穿过并固定于上底板51和下底板52。钟罩6与夹套7及底盘5通过设备法兰8相连接。
结合图1、图2和图3，冷却油通过反应器冷却油入口3进入中间接管12，然后通过下部连接管15进入夹套管10a，再由夹套管10a底部流到夹套管10a顶部，并通过上部连接管15进入中间接管12顶部，然后通过中间接管12和夹套管10b之间的连接管15，进入夹套管10b，再从夹套管10b顶部流到夹套管10b底部，通过夹套管10b和中间接管12连接的下部连接管15进入中间接管12底部，然后通过反应器冷却油出口1流出。
反应前，先通过反应器冷却油入口3通人冷却油，对多晶硅棒4进行预热，预热时间为半小时至两小时，反应器冷却油温度控制在200℃～400℃之间；然后对多晶硅棒4进行高压击穿，使多晶硅棒4能够导电。由硅烷与氢气组成的工艺气体由工艺气体入口2进入中间接管12，通过中间接管12上的出气孔121与夹套管10的进气孔103进入夹套管内管101，采用交流电对电极棒加热，使多晶硅棒4表面温度为850℃～900℃，硅烷在多晶硅棒4表面及附近发生分解反应：SiH4——Si+H2。反应后的尾气从位于钟罩6顶部的尾气出口14出反应器。
钟罩6外部环设一夹套7，夹套7上设置夹套冷却油入口71与夹套冷却油出口72；在反应过程中，冷却油通过夹套冷却油入口71进入夹套7，冷却油从夹套冷却油出口72流出，夹套冷却油温度控制在200℃～400℃。同时，可以通过钟罩6顶部设置的两个视镜16进行观测和测温，取得多晶硅棒4的生长情况，通过控制加热电源进行调整。多晶硅棒4的生长初期，其表面温度控制在875℃～900℃，随着多晶硅棒4直径的增大，其表面温度随之降低，至多晶硅棒4直径生长到90mm以后，多晶硅棒4表面温度控制在850℃～875℃。
硅烷热分解在850℃～900℃时为最佳温度，但其在400℃～850℃以下会发生分解反应，生成无定形硅，反应速度较快；在400℃以下也会分解反应生成无定形硅，其反应速率明显降低。为此，设置夹套管10a与夹套管10b，将多晶硅棒4设置于夹套管10a与夹套管10b内，夹套管外管102a或夹套管外管102b的冷却油温度控制在200℃～400℃，从而使夹套管10a与夹套管10b内温度形成一定梯度，使距离多晶硅棒4表面较远距离的气体温度低于400℃，从而有效减少无定形硅的生成。
Claims (13)
1.多晶硅生产装置，其特征在于，包括：
底盘；钟罩，设置在所述底盘之上，与底盘形成反应器；所述钟罩上设有尾气出口；所述钟罩外部设置夹套，所述夹套上设置夹套冷却油入口与夹套冷却油出口；
所述反应器内部设置内件，所述内件包含中间接管和夹套管，夹套管内设置多晶硅棒；所述中间接管底部设置工艺气体入口、反应器冷却油入口与反应器冷却油出口；
所述中间接管下部通过下部连接管和夹套管相连，所述中间接管上部通过上部连接管和夹套管相连；所述夹套管包括夹套管内管和夹套管外管；所述中间接管设有出气孔，所述夹套管内管设有进气孔，所述出气孔与进气孔对应连接；
工艺气体由所述工艺气体入口进入中间接管，通过中间接管上的出气孔与夹套管内管上的进气孔进入夹套管内管；
冷却油通过反应器冷却油入口进入中间接管，通过下部连接管进入第一夹套管，由第一夹套管底部流到第一夹套管顶部，并通过上部连接管进入中间接管顶部，然后通过上部连接管进入第二夹套管，从第二夹套管顶部流到第二夹套管底部，通过下部连接管进入中间接管底部，通过反应器冷却油出口流出。
2.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述内件为一个或者一个以上。
3.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述夹套管为偶数个，所述中间接管设置于所述偶数个夹套管中间。
4.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述夹套管内管内径为140mm～200mm。
5.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述出气孔为一个或者一个以上，所述进气孔为一个或者一个以上。
6.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述夹套管和中间接管通过可拆卸的连接件连接。
7.根据权利要求6所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述连接件为螺栓或者连接板。
8.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述多晶硅棒穿过所述夹套管顶部，每两根多晶硅棒通过其顶部连接成一对多晶硅棒。
9.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述尾气出口设置在钟罩顶部。
10.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述钟罩上设有视镜。
11.根据权利要求10所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述视镜设于钟罩上部，所述视镜为一个或一个以上。
12.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述底盘设有上底板与下底板，所述上底板与所述下底板通过底盘法兰相连接；所述钟罩与所述夹套及所述底盘通过设备法兰相连接。
13.根据权利要求12所述的多晶硅生产装置，其特征在于：所述中间接管穿过并固定于所述上底板和下底板。
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