CN103145130A - 一种增加多晶硅还原炉里硅芯根数的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增加多晶硅还原炉里硅芯根数的方法及装置。多晶硅生产是利用三氯氢硅与氢气在还原炉内的硅芯表面上发生化学反应后生成的，因此生产量与硅芯的表面积有关，硅芯表面积大的，参加反应的面积就大，生产速度就快。现有还原炉里的每个石墨电极上只有1根硅芯，而本发明是每个石墨电极上可以有2～8根硅芯，因此，表面积就大，从而可以改变多晶硅生产慢的不利局面。
Description
技术领域
本发明涉及到一种增加多晶硅还原炉里硅芯根数的方法，而且是一种不增大还原炉就可增加硅芯根数的方法。
背景技术
目前，我国有90％以上的多晶硅生产厂家是采用改良西门子法(三氯氢硅氢还原法)来生产多晶硅。该法生产多晶硅是利用三氯氢硅与氢气在还原炉内的硅芯表面发生化学反应后生成的。其生产量与硅芯的表面积有关。在相同压力、流量和温度的工艺条件下，硅芯表面积大的，产生的多晶硅就多，因此生产速度就快，生产量就高。改良西门子法的历史较长，生产工艺相对成熟，但由于最初的多晶硅还原炉里的只有三对电极，每个电极上只连接一根硅芯，每根硅芯只有一米长，直径只有3～5毫米，其硅芯的表面积太小，所以采用该法生产多晶硅，生产的速度就慢。
近年来，为了加快生产速度，生产多晶硅的企业普遍采取加大炉体和增加硅芯对数和直径的方法来增大硅芯的表面积。原来一般的还原炉高度只有1米多，而现在已超过了3米。还原炉高了，硅芯就可以长了，一般可达到3米。如果硅芯的直径不变，现在的每根硅芯的表面积就是原来的3倍。实际上，现在使用的硅芯的直径也增大了，原来是3～5毫米，现在一般是8～12毫米。硅芯直径增大，表面积也增大，如果是从3毫米增加到12毫米，其表面积就是原来的12倍。现在的还原炉里不仅是硅芯的长度和直径加大了，而且对数也增多了。原来每台还原炉里只有3对硅芯，现在一般是12对，也有18对的，甚至多的已达到24对。如果是12对，其硅芯的表面积就是原来小炉子的48倍；如果是24对，其硅芯的表面积就是原来小炉子的96倍。这个数字相当可观了，看来，增大还原炉是增大硅芯表面积的有效措施。但还原炉受到制造材料方面的限制，不能无限度增大，再说了，还原炉增大所带来的并非全是有利的，也有不利之处，如还原炉增大，进炉的三氯氢硅和氢气的量就得大，这样一来，填补空间的三氯氢硅和氢气就得多。这些填补空间的三氯氢硅和氢气，有些不能靠近硅芯，所以就不能参加反应，但它们也要进炉，也要被加热。加热这些三氯氢硅和氢气需要大量的电能，因此消耗的电能就多，这对降低多晶硅的成本及对多晶硅的发展都极为不利。
发明内容
本发明的目的是提供一种增加多晶硅还原炉里硅芯根数的方法及装置，让多晶硅还原炉里的硅芯根数增多，使硅芯的总表面积增大，这样一来就可以加快多晶硅的生产速度，从而改变多晶硅生产慢的不利局面。
本发明的目的是通过下述的方法及装置实现的。
一种增加多晶硅还原炉里硅芯根数的方法，它包括以下步骤：
①首先将每根硅芯(3)的两端都磨成锥度为1∶3～1∶10的锥形；
②将还原炉里的每个金属电极(1)上都安装一个石墨电极(2)，并保证石墨电极(2)与金属电极(1)接触良好，以通电后石墨电极(2)和金属电极(1)的接触处不打火、不发红为准；
③在石墨电极(2)中心孔的周围有2～8个大直径朝上的锥形小孔(7)，在每个小孔里装上一根硅芯(3)，并保证硅芯(3)与石墨电极(2)接触良好；
④然后再将每根硅芯(3)的上端分别插入石墨固定板(4)的锥形小孔里，并保证硅芯(3)与石墨固定板(4)接触良好；
⑤每两个石墨固定板(4)用一根横梁(8)连接起来，组成了一个类似于倒立的U字形的发热体。
在本发明的方法中使用的石墨电极(2)是一个类似法兰盘的石墨体，其中心孔是一个上面小，下面大的锥形孔，该锥形孔的锥度和直径的大小都要根据还原炉里的金属电极(1)的大小而定；中心孔的周围有2～8个大直径朝上的锥形小孔(7)，其孔的锥度为1∶3～1∶10，直径与硅芯(3)的直径相同。
在本发明的方法中使用的石墨固定板(4)是一个类似法兰盘的石墨体，其中部的上面凸出一个下直径30毫米，顶直径25毫米，高25毫米的锥形体(5)，锥形体(5)的周围有2～8个大直径在下的锥形小孔(7)，其孔的锥度为1∶3～1∶10，直径与硅芯(3)的直径相同。
在本发明的方法中使用的横梁(8)是长方形的石墨体，其两端各有一个大直径30毫米，锥度与锥形体(5)相同的锥形孔。
本发明的优点是：
①因为现有还原炉的每个电极上固定的是1根硅芯，而本发明的每个电极上固定是2～8根硅芯，如果所用的硅芯与现有还原炉发热体一样长、一样的直径的话，本发明硅芯的表面积就是现有硅芯的2～8倍。如果还原炉里的压力、流量和温度等工艺条件不变，采用本发明的生产速度就是原来的2～8倍，因此，本发明可以大幅度地加快生产速度；
②采用本发明，除了石墨电极不同外，还原炉的其它部件都不需要做任何改动，所以用起来比较容易；
③由于还原炉没有变，所以三氯氢硅和氢气的流量也可以不变，也就是说，生产的速度快了，生产的多晶硅多了，而尾气带出的热量没有变，损失的电能是一样的，因此，可以节约电能，降低生产成本。
附图说明
图1是每个石墨电极(2)上固定有4根硅芯(3)组成的类似于倒立的U字形发热体的示意图。
图2是每个石墨电极(2)上固定有4根硅芯(3)的发热体下部示意图。
图3是每个石墨电极(2)上固定有4根硅芯(3)的发热体上部示意图。
图4是每个石墨电极(2)上固定有2根硅芯(3)的A-A剖面图。
图5是每个石墨电极(2)上固定有3根硅芯(3)的A-A剖面图。
图6是每个石墨电极(2)上固定有5根硅芯(3)的A-A剖面图。
图7是每个石墨电极(2)上固定有6根硅芯(3)的A-A剖面图。
图8是每个石墨电极(2)上固定有7根硅芯(3)的A-A剖面图。
图9是每个石墨电极(2)上固定有8根硅芯(3)的A-A剖面图。
具体实施方式
下面将结合各附图详细描述本发明的最佳实施方案。
图1是每个石墨电极(2)上固定有4根硅芯(3)组成的类似于倒立的U字形发热体的示意图。为形成这样的发热体，本发明的方法包括以下步骤：
①首先将要用的每根硅芯(3)的两端都磨成锥度为1∶10的锥形。
②将还原炉里的每个金属电极(1)上都安装一个石墨电极(2)。所述的石墨电极(2)是一个类似法兰盘的石墨体，其中心孔是一个上面小，下面大的锥形孔，该锥形孔的锥度和直径的大小都要与还原炉里的金属电极(1)的大小相同。由于中心孔与金属电极(1)的直径大小及锥度都相同，所以能够保证石墨电极(2)与金属电极(1)接触良好。
③在石墨电极(2)是一个类似法兰盘的石墨体，其中心孔的周围有4个大直径朝上的锥形小孔(7)，该锥形孔的锥度为1∶10，直径与硅芯(3)的直径相同。在每个小孔里装上一根硅芯(3)。由于硅芯(3)与锥形小孔(7)的直径大小及锥度都相同，所以能够保证硅芯(3)与石墨电极(2)接触良好。
④然后再将每根硅芯(3)的上端分别插入石墨固定板(4)的锥形小孔里。石墨固定板(4)是一个类似法兰盘的石墨体，其中部的上面凸出一个下直径30毫米，顶直径25毫米，高25毫米的锥形体(5)。锥形体(5)的周围有4个大直径在下的锥形小孔(7)，其孔的锥度为1∶10，直径与硅芯(3)的直径相同。由于硅芯(3)与锥形小孔(7)的直径大小及锥度都相同，所以能够保证硅芯(3)与石墨固定板(4)接触良好。
⑤每两个石墨固定板(4)用一根横梁(8)连接起来，组成了一个类似于倒立的U字形的发热体。横梁(8)是长方形的石墨体，其两端各有一个大直径30毫米，锥度与锥形体(5)相同的锥形孔。由于横梁(8)两端的锥形孔与石墨固定板(4)上的锥形体(5)大小和锥度都相同，所以能够保 证横梁(8)与石墨固定板(4)接触良好。
图2是每个石墨电极(2)上固定有4根硅芯(3)的发热体下部示意图。金属电极(1)上安装了一个石墨电极(2)。石墨电极(2)的中心孔周围有4个大直径朝上的锥形小孔(7)，里面各装有1根硅芯(3)，
图3是每个石墨电极(2)上固定有4根硅芯(3)的发热体上部示意图。4根硅芯(3)分别插入1个锥形小孔(7)里。
我们知道，原来一般的还原炉里，每个石墨电极上只有1根硅芯，而现在是每个石墨电极上有4根硅芯了。也就是说，该实施方案使每个石墨电极上增加了3根硅芯。
本发明使每个石墨电极上硅芯的增加数不一定非是3根，也可以是1根或2根，还可以是更多根。
图4是每个石墨电极(2)上固定有2根硅芯(3)的A-A剖面图，该方案可使每个石墨电极上有2根硅芯。
图5是每个石墨电极(2)上固定有3根硅芯(3)的A-A剖面图，该方案可使每个石墨电极上有3根硅芯。
图6是每个石墨电极(2)上固定有5根硅芯(3)的A-A剖面图，该方案可使每个石墨电极上有5根硅芯。
图7是每个石墨电极(2)上固定有6根硅芯(3)的A-A剖面图，该方案可使每个石墨电极上有6根硅芯。
图8是每个石墨电极(2)上固定有7根硅芯(3)的A-A剖面图，该方案可使每个石墨电极上有2根硅芯。
图9是每个石墨电极(2)上固定有8根硅芯(3)的A-A剖面图，该方案可使每个石墨电极上有8根硅芯。
本发明还可使每个石墨电极上硅芯增加到更多根。但要在现有的还原炉里实施，就要根据现有还原炉里电极之间的距离而定。太多了，电极之间的距离不够，对生产不利，会起反面作用，因此，硅芯增加的根数要适当。
Claims (4)
1.一种增加多晶硅还原炉里硅芯根数的方法，它包括以下步骤：
①首先将每根硅芯(3)的两端都磨成锥度为1∶3～1∶10的锥形；
②将还原炉里的每个金属电极(1)上都安装一个石墨电极(2)，并保证石墨电极(2)与金属电极(1)接触良好，以通电后石墨电极(2)和金属电极(1)的接触处不打火、不发红为准；
③在石墨电极(2)中心孔的周围有2～8个大直径朝上的锥形小孔(7)，在每个小孔里装上一根硅芯(3)，并保证硅芯(3)与石墨电极(2)接触良好；
④然后再将每根硅芯(3)的上端分别插入石墨固定板(4)的锥形小孔里，并保证硅芯(3)与石墨固定板(4)接触良好；
⑤每两个石墨固定板(4)用一根横梁(8)连接起来，组成了一个类似于倒立的U字形的发热体。
2.权利要求1所述方法中使用的石墨电极(2)是一个类似法兰盘的石墨体，其中心孔是一个上面小，下面大的锥形孔，该锥形孔的锥度和直径的大小都要根据还原炉里的金属电极(1)的大小而定；中心孔的周围有2～8个大直径朝上的锥形小孔(7)，其孔的锥度为1∶3～1∶10，直径与硅芯(3)的直径相同。
3.权利要求1所述方法中使用的石墨固定板(4)是一个类似法兰盘的石墨体，其中部的上面凸出一个下直径30毫米，顶直径25毫米，高25毫米的锥形体(5)，锥形体(5)的周围有2～8个大直径在下的锥形小孔(7)，其孔的锥度为1∶3～1∶10，直径与硅芯(3)的直径相同。
4.权利要求1所述方法中使用的横梁(8)是长方形的石墨体，其两端各有一个大直径30毫米，锥度与锥形体(5)相同的锥形孔。
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