CN103866384A - 具有溢流保护功能的多晶硅铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有溢流保护功能的多晶硅铸锭炉，解决了现有的在多晶硅生产过程中由于液态硅的溢流容易导致铸锭炉爆炸的问题。包括在多晶硅铸锭炉下炉体（6）的底面上设置的溢流棉（7）上设置有溢流保护衬底盘（1），在溢流保护衬底盘（1）的底面上分别设置有热电耦通过管（2）和坩埚台支柱通过管（3），在防溢流衬底盘上分别固定设置有呈风车叶片形的螺旋状导流板（4）和环形导流板（5），在从坩埚台支柱通过管（3）穿过的坩埚台支柱（8）的顶端设置有放置坩埚的石墨平台（10），在溢流保护衬底盘（1）的底部设置有粉末状硅料层（11）、颗粒状硅料层（12）和块状硅料层（13）。实现了对溢流液态硅的吸收和固化，保证了生产过程的安全。

Description

具有溢流保护功能的多晶硅铸锭炉

技术领域

本发明涉及一种多晶硅铸锭炉，特别涉及一种当液态硅料从坩埚中溢流到多晶硅铸锭炉中后可被有效吸收和固化从而防止多晶硅铸锭炉爆炸的多晶硅铸锭炉。

背景技术

目前，在多晶硅铸锭过程中，一般使用陶瓷石英坩埚，将硅料放入到陶瓷石英坩埚中，再将陶瓷石英坩埚放入到多晶硅铸锭炉中，通过加热使硅料熔化。由于石英坩埚在生产、搬运、装料过程中常常会存在制造缺陷或磕碰引起的内部隐裂，该隐裂通过普通手段很难检查到，在加热过程中，当硅料熔化后，高温液态硅就会从有缺陷的坩埚缝隙中流出，由于液态硅具有较好的流动性，会很快流到铸锭炉体底部。由于炉体为双层夹套结构，在夹套中通有冷却水，同时炉体底部有焊缝接口，溢流的高温液态硅料与低温的炉壁会出现高低温冲击的现象，使焊缝开裂，此时夹套中的冷却水就会流入炉腔内，流入的冷却水与高温的硅液接触后会瞬间汽化，使炉内压力瞬间巨增，容易造成铸锭炉爆炸。另外，由于目前铸锭车间均为大生产方式，一个车间装有几十台铸锭炉，一旦一台发生问题，为了保证生产安全，其他铸锭炉也必须被迫进入极冷状态，造成生产的极大经济损失。经调查，本行业中铸锭炉的平均溢流率在3‰-5‰之间，如此高的溢流率给生产设备和操作人员带来了极大的安全隐患。

发明内容

本发明提供了一种具有溢流保护功能的多晶硅铸锭炉，解决了现有的在多晶硅生产过程中由于液态硅的溢流容易导致铸锭炉爆炸的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种具有溢流保护功能的多晶硅铸锭炉，包括多晶硅铸锭炉下炉体，在多晶硅铸锭炉下炉体的底面上设置有一层10毫米厚的溢流棉，在多晶硅铸锭炉下炉体的底面中央设置有石墨台中心热电耦，在多晶硅铸锭炉下炉体的底面上设置有坩埚台支柱，在多晶硅铸锭炉下炉体的底面上设置的溢流棉上设置有溢流保护衬底盘，在溢流保护衬底盘的底面上分别设置有热电耦通过管和坩埚台支柱通过管，在溢流保护衬底盘上分别固定设置有呈风车叶片形的螺旋状导流板和环形导流板，在从坩埚台支柱通过管穿过的坩埚台支柱的顶端设置有放置坩埚的石墨平台，在溢流保护衬底盘的底部铺设有粉末状硅料层，在粉末状硅料层的上面铺设有颗粒状硅料层，在颗粒状硅料层的上面铺设有块状硅料层。

在块状硅料层的顶面上设置有热电耦布设方框，在热电耦布设方框中布设有热电耦，热电耦与超温报警器电连接在一起。

本发明通过对多晶硅铸锭工艺过程分析，并在实验的基础上，结合热工学、半导体材料学、流体力学、材料学等学科，通过分析确定合理的冷却硅料重量和铺设方式，并在炉底装置衬底盘，实现了对溢流液态硅的冷却和固化，保证了生产过程的安全。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的溢流保护衬底盘1的结构示意图；

图3是本发明的溢流报警系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种具有溢流保护功能的多晶硅铸锭炉，包括多晶硅铸锭炉下炉体6，在多晶硅铸锭炉下炉体6的底面上设置有一层10毫米厚的溢流棉7，在多晶硅铸锭炉下炉体6的底面中央设置有石墨台中心热电耦9，在多晶硅铸锭炉下炉体6的底面上设置有坩埚台支柱8，在多晶硅铸锭炉下炉体6的底面上设置的溢流棉7上设置有溢流保护衬底盘1，在溢流保护衬底盘1的底面上分别设置有热电耦通过管2和坩埚台支柱通过管3，在溢流保护衬底盘1上分别固定设置有呈风车叶片形的螺旋状导流板4和环形导流板5，在从坩埚台支柱通过管3穿过的坩埚台支柱8的顶端设置有放置坩埚的石墨平台10，在溢流保护衬底盘1的底部铺设有粉末状硅料层11，在粉末状硅料层11的上面铺设有颗粒状硅料层12，在颗粒状硅料层12的上面铺设有块状硅料层13。

在块状硅料层13的顶面上设置有热电耦布设方框14，在热电耦布设方框14中布设有热电耦15，热电耦15与超温报警器16电连接在一起。

本发明是在现有铸锭炉的下炉腔内部，保留原来的一层溢流棉，在溢流棉上放置溢流保护衬底盘1，再在溢流保护衬底盘1中先铺设粉末状硅料层11，然后铺设颗粒状硅料层12，在最上面铺设块状硅料层13，实现高温硅液的冷却吸收和隔离作用。在溢流保护衬底盘1中固定设置的螺旋状导流板4和环形导流板5是起到延长液态硅流过路径的目的，避免液态硅在重力作用下，直接流到封头底部，防止热量过多聚集于一处。为了降低溢流带来的爆炸风险，在溢流保护衬底盘1中铺设的硅料的热容量要较大一些，熔点相对较高的最为理想，同时考虑到硅料的回收再利用，选用硅料为冷负载体最为理想。从坩埚缝隙中溢流的液态硅首先流到螺旋状导流板4和环形导流板5上，然后流到溢流保护衬底盘1中铺设的硅料中，由于硅料相对于液态硅为冷源，液态硅随即遇冷凝固，当溢流量较大时，通过分层铺设和导流的方式，增加液态硅的流动路径。可在溢流保护衬底盘1的内部均喷涂氮化硅脱模剂防止硅料与盘体反应粘连，而影响回收利用。

本发明的溢流报警采用了热电耦布设方框14，热电耦布设方框14的横截面为V形，当硅液外溢时，通过碳毡的导流孔流到热电耦布设方框14上时，以方便溢流的及时报警，热电耦布设方框14采用高温钼制作而成，表面喷涂脱模剂，具有耐高温，与液态硅隔离的作用。在热电耦布设方框14中布设热电偶，具有实时性的特点，当其附近有热源温度时，其会迅速显示温度变化，提示操作人员可能溢流需采取相应的措施。热电耦15直接安装在顶部硅料上，保证了液态硅液可以第一时间发出报警，以便操作工人采取相应的应急处理方式。

Claims (2)

1.一种具有溢流保护功能的多晶硅铸锭炉，包括多晶硅铸锭炉下炉体（6），在多晶硅铸锭炉下炉体（6）的底面上设置有一层10毫米厚的溢流棉（7），在多晶硅铸锭炉下炉体（6）的底面中央设置有石墨台中心热电耦（9），在多晶硅铸锭炉下炉体（6）的底面上设置有坩埚台支柱（8），其特征在于，在多晶硅铸锭炉下炉体（6）的底面上设置的溢流棉（7）上设置有溢流保护衬底盘（1），在防溢流衬底盘（1）的底面上分别设置有热电耦通过管（2）和坩埚台支柱通过管（3），在溢流保护衬底盘（1）上分别固定设置有呈风车叶片形的螺旋状导流板（4）和环形导流板（5），在从坩埚台支柱通过管（3）穿过的坩埚台支柱（8）的顶端设置有放置坩埚的石墨平台（10），在防溢流衬底盘（1）的底部铺设有粉末状硅料层（11），在粉末状硅料层（11）的上面铺设有颗粒状硅料层（12），在颗粒状硅料层（12）的上面铺设有块状硅料层（13）。

2.根据权利要求1所述的一种具有溢流保护功能的多晶硅铸锭炉，其特征在于，在块状硅料层（13）的顶面上设置有热电耦布设方框（14），在热电耦布设方框（14）中布设有热电耦（15），热电耦（15）与超温报警器（16）电连接在一起。

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