CN102730692A - 一种节能型多晶硅还原炉的底盘及其实施方法 - Google Patents

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王晓静
段连
周阳
黄哲庆
段长春
刘春江
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Abstract

本发明公开了一种节能型多晶硅还原炉底盘及其实施方法；在多晶硅还原炉底盘上方固定一气盒，气盒的外形为圆桶，气盒的顶部开有均匀的孔，孔的形状为圆形或者矩形；气盒的材料为不锈钢，气盒的外径比多晶硅还原炉内胆直径小10-200mm，气盒的高度为5-20cm，气盒的壁厚为0.5-5cm，气盒通过螺栓固定在底盘上。多晶硅还原炉内胆侧壁上留下的高纯三氯氢硅液体的高度超过还原炉底盘上方气盒的高度，高纯三氯氢硅液体将气盒覆盖；气盒内液态三氯氢硅受热形成三氯氢硅气体，气体通过气盒顶部的开孔进入多晶硅还原炉反应区域。本发明利用了硅棒辐射的热量来加热反应气，实现了能量的循环利用。解决了传统多晶硅还原炉底盘温度不均匀的问题。

Description

一种节能型多晶硅还原炉的底盘及其实施方法
技术领域
本发明属于多晶硅生产技术领域，特别是西门子法生产多晶硅的一种节能大型多晶硅还原炉；涉及一种节能型多晶硅还原炉的新型底盘及其实施方法。 
背景介绍 
多晶硅在电子领域及太阳能领域有着广发的应用，目前国内外多晶硅生产企业主要采用“改良西门子法”。该方法的生产流程是利用氯气和氢气合成氯化氢（或外购氯化氢），氯化氢和硅粉在一定温度下反应生成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行精馏分离提纯，提纯后的高纯三氯氢硅与氢气按比例混合后，在一定的温度和压力下通入多晶硅还原炉内，在通电高温硅芯上进行沉积反应生成多晶硅，反应温度控制在1080℃~1150℃，最终生成棒状多晶硅产品，同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢等副产物。 
其中多晶硅还原炉内三氯氢硅和氢气需要在1080℃~1150℃的高温下进行反应，高温硅芯棒通过热传导以及辐射向还原炉底盘传热，使得还原炉底盘温度升高，而底盘是多晶硅还原炉钟罩以及硅棒的承重体，如果底盘温度太高则容易引起底盘的变形从而产生危险，为此需要对还原炉底盘进行冷却。目前采用的方法是向还原炉底盘内通入冷却水或者导热油，我们可以想象，由于还原炉底盘的表面积很大，而如果通入冷却水或者导热油的话就存在液体流动以及分布问题，很难保证底盘的温度均匀性。而实际生产过程中，需要将三氯氢硅液体通过加热蒸发为气体进入还原炉内部，若将反应所需三氯氢硅液体直接覆盖在底盘上表面，则可以保证底盘的温度不会超过液体在操作压力下的饱和温度，为此设计了一种采用三氯氢硅蒸发冷却底盘的还原炉。 
发明内容
本发明提供了一种装有底盘冷却装置的多晶硅还原炉，解决了传统多晶硅还原炉底盘温度不均匀的问题 
本发明的技术方案如下： 
一种节能型多晶硅还原炉底盘，其特征是在多晶硅还原炉底盘上方固定一气盒（16，气盒的外形为圆桶，气盒的顶部开有均匀的孔5，孔的形状为圆形或者矩形；气盒16的材料为不锈钢，气盒16的外径比多晶硅还原炉内胆直径小10-200mm，气盒16的高度为5-20cm，气盒16的壁厚为0.5-5cm，气盒16通过螺栓固定在底盘上。 
一种节能型多晶硅还原炉的新型底盘及其实施方法，其特征是多晶硅还原炉内胆侧壁上留下的高纯三氯氢硅液体的高度超过还原炉底盘上方气盒的高度，高纯三氯氢硅液体将气盒覆盖；气盒16内液态三氯氢硅受热形成三氯氢硅气体，气体通过气盒顶部的开孔进入多晶硅还原炉反应区域。 
在多晶硅还原炉底盘上安装排液管12，使得还原炉内的液位不超过硅芯石墨夹套8的位置。 
还原炉底盘下方通入高纯三氯氢硅气体进入气盒。 
本发明具有的优点是： 
首先与传统多晶硅还原炉相比，圆胆可以防止高温硅棒将热量直接辐射到底盘上，同时由于在圆胆内通入了液态的高纯三氯氢硅，由于三氯氢硅的沸点较低，硅棒辐射到圆胆顶部的热量通过热传导加热了液态的三氯氢硅，从而使得部分液态的三氯氢硅变为气体，并通过圆胆顶部的开孔进入到多晶硅还原炉的反应区域参与反应，这样利用了硅棒辐射的热量来加热反应气，实现了能量的循环利用。 
再次与传统多晶硅还原炉相比，由于圆胆内有液位计，可以根据液位计的变化调整通入液态三氯氢硅的流量，从而保证圆胆内的液态三氯氢硅保持一定的量，因为底盘被液态三氯氢硅覆盖，那么液态三氯氢硅可以吸收硅棒辐射来的热量以及硅棒通过热传导传递给底盘的热量，这样就可以保证底盘的受热均匀，不至于由于局部温度过高而产生变形。同时由于该冷却装置的存在，还可以减少底盘冷却水的通入量。 
附图说明
图1为本发明专利一种节能型多晶硅还原炉主视图； 
图2为本发明专利一种节能型多晶硅还原炉的气盒示意图； 
图3为本发明专利一种节能型多晶硅还原炉的气盒开口分布示意图； 
其中：如图1所示多晶硅还原炉，包括：1-还原炉钟罩，2-保温内胆，3-硅芯，4-底盘，5-底盘进气管，6-底盘出气管，7-电极，8-石墨夹套，9-炉体冷却水进口，10-炉体冷却水出口，11-底盘进气控制装置，12-底盘排液管，13-底盘液态三氯氢硅进口管，14-内胆顶部液态三氯氢硅进口管，15-内胆侧壁液态三氯氢硅进口管，16-底盘冷却气盒，17-内胆顶部出气管，18-内胆顶部回气管，19-底盘排气控制装置，20-内胆的内壁，21-内胆的外壁，22-内胆顶部底板，23-内胆顶部顶板。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的一种节能型多晶硅还原炉的新型底盘及其实施方法作进一步详细说明。 
如图1所示，还原炉钟罩1固定到还原炉底盘4上并密封，硅芯3通过石墨夹套8与底盘电极7相连接并密封，底盘电极7固定到还原炉底盘4且密封，并与供电系统相连接；底盘进气控制装置11与底盘进气管5相连接，底盘排气控制装置19与底盘出气管6相连接。液态三氯氢硅通过底盘液态三氯氢硅进口管13进入多晶硅还原炉底盘冷却气盒16，液态三氯氢硅通过内胆顶部液态三氯氢硅进口管14进入多晶硅还原炉顶部，液态三氯氢硅通过内胆侧壁液态三氯氢硅进口管15进入多晶硅还原炉内胆侧壁，还原炉底盘4、还原炉钟罩1分别通过底盘冷却水进口和炉体冷却水入口通入冷却水，且底盘冷却水出口和炉体冷却水出口分别与需热系统相连接。 
实施例1：新型多晶硅还原炉的操作流程1： 
（1）首先开启底盘进气控制装置11以及底盘排气控制装置19； 
（2）其次在还原炉的炉体、还原炉底盘同时通入冷却水，将液态三氯氢硅通过底盘液态三氯氢硅进口管13通入多晶硅还原炉底盘冷却气盒16，底盘冷却气盒16的外径较多晶硅还原炉内胆直径小10mm，圆胆的高度为5cm，圆胆的壁厚为0.5cm； 
（3）再将提纯的SiHCl3与H2按一定比例混合，然后将混合气从底盘进气管5通入多晶硅还原炉； 
（4）启动还原炉的供电系统对硅芯加热，并保持硅芯的温度在1150℃，还原炉内压力为0.8Mpa。当硅芯表面的温度达到SiHCl3与H2反应的条件时，混合气开始发生还原反应，并且反应后的硅将沉积到硅芯上，通过温度探头测温发现底盘的温度始终低于300℃； 
（5）反应后的尾气经底盘出气管6排出，尾气的温度控制在450℃±20，直到硅芯的直径生长到200mm以上时，停止供电，并等到硅芯冷却后，取出硅芯，通过估算节能22%左右。 
实施例2：新型多晶硅还原炉的操作流程2： 
（1）首先开启底盘进气控制装置11以及底盘排气控制装置19； 
（2）其次在还原炉的炉体、还原炉底盘同时通入冷却水，将液态三氯氢硅通过底盘液态三氯氢硅进口管13通入多晶硅还原炉底盘冷却气盒16，圆胆的外径较多晶硅还原炉内胆直径小50mm，圆胆的高度为10cm，圆胆的壁厚为2.5cm； 
（3）再将提纯的SiHCl3与H2按一定比例混合，然后将混合气从底盘进气管5通入多晶硅还原炉； 
（4）启动还原炉的供电系统对硅芯加热，并保持硅芯的温度在1150℃，还原炉内压力为0.8Mpa。当硅芯表面的温度达到SiHCl3与H2反应的条件时，混合气开始发生还原反应，并且反应后的硅将沉积到硅芯上通过温度探头测温发现底盘的温度始终低于320℃；； 
（5）反应后的尾气经底盘出气管6排出，尾气的温度控制在420℃±20，直到硅芯的直径生长到200mm以上时，停止供电，并等到硅芯冷却后，取出硅芯，通过估算节能20%左右。 
实施例3：新型多晶硅还原炉的操作流程3： 
（1）首先开启底盘进气控制装置11以及底盘排气控制装置19； 
（2）其次在还原炉的炉体、还原炉底盘同时通入冷却水，将液态三氯氢硅通过底盘液态三氯氢硅进口管13通入多晶硅还原炉底盘冷却气盒16，圆胆的外径较多晶硅还原炉内胆直径小200mm，圆胆的高度为20cm，圆胆的壁厚为5cm； 
（3）再将提纯的SiHCl3与H2按一定比例混合，然后将混合气从底盘进气管5通入多晶硅还原炉； 
（4）启动还原炉的供电系统对硅芯加热，并保持硅芯的温度在1150℃，还原炉内压力为0.8Mpa。当硅芯表面的温度达到SiHCl3与H2反应的条件时，混合气开始发生还原反应，并且反应后的硅将沉积到硅芯上，通过温度探头测温发现底盘的温度始终低于350℃；； 
（5）反应后的尾气经底盘出气管6排出，尾气的温度控制在390℃±20，直到硅芯的直径生长到200mm以上时，停止供电，并等到硅芯冷却后，取出硅芯，通过估算节能21%左右。 
以上所述实例仅是充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。 

Claims (4)

1.一种节能型多晶硅还原炉底盘，其特征是在多晶硅还原炉底盘上方固定一气盒（16），气盒的外形为圆桶，气盒的顶部开有均匀的孔（5），孔的形状为圆形或者矩形；气盒的材料为不锈钢，气盒的外径比多晶硅还原炉内胆直径小10-200mm，气盒16的高度为5-20cm，气盒的壁厚为0.5-5cm，气盒通过螺栓固定在底盘上。
2.一种节能型多晶硅还原炉的新型底盘及其实施方法，其特征是多晶硅还原炉内胆侧壁上留下的高纯三氯氢硅液体的高度超过还原炉底盘上方气盒的高度，高纯三氯氢硅液体将气盒覆盖；气盒内液态三氯氢硅受热形成三氯氢硅气体，气体通过气盒顶部的开孔进入多晶硅还原炉反应区域。
3.如权利要求2所述的实施方法，其特征是在多晶硅还原炉底盘上安装排液管（12），使得还原炉内的液位不超过硅芯石墨夹套（8）的位置。
4.如权利要求2所述的实施方法，其特征是还原炉底盘下方通入高纯三氯氢硅气体进入气盒。
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