CN107098349A - 观察视镜及多晶硅还原炉 - Google Patents

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王启立
彭家春
吕邦民
李�昊
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    • C01B33/021—Preparation
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Abstract

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体而言，涉及一种观察视镜及多晶硅还原炉。上述观察视镜包括视镜本体，所述视镜本体包括内管、外管、第一法兰、第二法兰、视镜玻璃和清洁刮板，所述清洁刮板与所述视镜玻璃的内表面相接触，所述清洁刮板一侧连接有用于带动所述清洁刮板运动的连接件，所述连接件贯穿所述第一法兰的侧壁和所述内管的侧壁。该观察视镜能够在生产过程中随时对视镜玻璃进行清洁，非常方便。上述多晶硅还原炉包括底盘、炉体、电极、硅棒、进气系统、排气系统和上述观察视镜，所述视镜本体设置于所述炉体上。该多晶硅还原炉包括上述观察视镜，能够方便地对视镜玻璃进行清洁，不影响多晶硅的生产，效率高。

Description

观察视镜及多晶硅还原炉
技术领域
本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体而言，涉及一种观察视镜及多晶硅还原炉。
背景技术
硅作为世界上第二丰富的元素，具有一些良好的物理化学性能，随着硅纯度的不断提高，其已成为电子工业和太阳能光伏产业中应用最广泛的一种半导体材料。目前国际上多晶硅的生产方法主要包括改良西门子法、硅烷法、流化床法、冶金法及锌还原法等，其中80％以上采用改良西门子法，该方法将工业硅合成SiHCl3，经过精馏提纯生成高纯SiHCl3，一定比例的H2和高纯SiHCl3气体在特定压力下通过多晶硅还原炉内，在硅芯上进行气相沉积反应生成棒状多晶硅，多晶硅还原炉排出的尾气H2、SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4和HCl经过分离后再循环使用。
多晶硅还原炉作为多晶硅生产的主要设备，一直以来都备受各厂家和相关研究部门的关注。为了更方便的观察炉内反应进展情况、随时掌握反应进程、尽可能避免出现倒棒等情况的出现，在多晶硅还原炉上设置观察视镜，其作用就是能够观察还原炉内硅棒的生成情况，从而通过调整工艺参数，得到品质更高的多晶硅产品。
现有的观察视镜均能起到基本的观察还原炉内硅棒的生成情况，然而，当观察视镜的镜片被污染时容易出现观察不清楚的问题，特别是镜片在还原炉内的一侧被污染时，为了清除镜片上的附着物需要停工将镜片卸下进行清洁，不能在生产过程中随时进行清洁，十分不便，而且影响整个生产过程，效率低下。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种观察视镜，该观察视镜能够在生产过程中随时对视镜玻璃进行清洁，非常方便。
本发明的第二目的在于提供一种多晶硅还原炉，该多晶硅还原炉包括上述观察视镜，能够方便地对视镜玻璃进行清洁，不影响多晶硅的生产，效率高。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种观察视镜，包括视镜本体，所述视镜本体包括内管、外管、第一法兰、与所述第一法兰相连的第二法兰、视镜玻璃和清洁刮板，所述外管套设在所述内管外侧；
所述外管的一端抵接在所述第一法兰底部，所述内管的一端设置于所述第一法兰的中心孔内，且所述中心孔的内壁与所述内管的外壁相连；
所述视镜玻璃的内表面与所述内管的一端接触，且所述视镜玻璃的外壁与所述第一法兰的内壁相连，所述视镜玻璃的外表面与所述第二法兰的内侧相连；
所述清洁刮板与所述视镜玻璃的内表面相接触，所述清洁刮板一侧连接有用于带动所述清洁刮板运动的连接件，所述连接件贯穿所述第一法兰的侧壁和所述内管的侧壁。
作为进一步优选地技术方案，所述连接件为连接杆或转轴。
作为进一步优选地技术方案，所述连接件的内部和所述清洁刮板的内部设置有相互连通的气体通道，所述连接件的外端设有气体通入口，所述清洁刮板与所述视镜玻璃相接触的一端设有气体喷出口。
作为进一步优选地技术方案，所述中心孔的内壁上还开设有环形槽，且所述第一法兰上形成有与所述环形槽相连通的气体吹入口，所述内管上形成有与所述环形槽相连通的多个吹扫孔。
作为进一步优选地技术方案，所述视镜玻璃包括第一视镜玻璃和第二视镜玻璃，所述第一法兰和所述第二法兰之间设有支撑圈，所述第一视镜玻璃和所述第二视镜玻璃主要由所述支撑圈隔开，所述连接件与所述第二视镜玻璃的内表面相连。
作为进一步优选地技术方案，所述外管和所述内管间设置有第一冷却介质容纳腔，所述第一视镜玻璃和所述第二视镜玻璃之间设有第二冷却介质容纳腔，所述支撑圈上形成有与所述第二冷却介质容纳腔相连通的第二冷却介质进口和第二冷却介质出口。
作为进一步优选地技术方案，所述视镜玻璃上设有水平刻线和垂直刻线。
第二方面，本发明提供了一种多晶硅还原炉，包括底盘、炉体、设置于所述底盘上的电极、与所述电极相连的硅棒、进气系统、排气系统和上述观察视镜，所述视镜本体设置于所述炉体上；
所述炉体、所述进气系统和所述排气系统均与所述底盘相连。
作为进一步优选地技术方案，所述进气系统包括相互连接的进气管和喷嘴，所述喷嘴设置于所述底盘上；
所述喷嘴包括内喷嘴和套设于所述内喷嘴外侧的外喷嘴，所述内喷嘴包括相互连通的内进气腔和主喷气孔，所述主喷气孔的横截面积小于所述内进气腔的横截面积；
所述外喷嘴与所述内喷嘴之间设有相互连通的外进气腔和次喷气孔，所述次喷气孔的横截面积大于或等于所述外进气腔的横截面积。
作为进一步优选地技术方案，所述次喷气孔内设置有导流板，所述导流板连接于所述外喷嘴的内壁和/或所述内喷嘴的外壁上。
本发明提供的观察视镜及多晶硅还原炉，其有益效果为：
本发明提供的观察视镜包括视镜本体，所述视镜本体包括内管、外管、第一法兰、第二法兰、视镜玻璃和清洁刮板，其中，所述清洁刮板与所述视镜玻璃的内表面相接触，清洁刮板一侧连接有用于带动所述清洁刮板运动的连接件，当视镜玻璃的内表面出现脏污时，通过控制连接件实现清洁刮板在视镜玻璃内表面上的相对运动，将视镜玻璃内表面上的脏污刮除下来，保持视镜玻璃的清洁；由于连接件贯穿第一法兰的侧壁和内管的侧壁，即操作者从外部进行操作即可控制连接件和清洁刮板的运动，因此上述主要由清洁刮板和连接件组成的清洁组件能够在生产过程中随时对视镜玻璃进行清洁，不需要停工将视镜玻璃拆除再进行清洁，方便实用。
本发明提供的多晶硅还原炉包括上述观察视镜，还包括底盘、炉体、电极、硅棒、进气系统和排气系统，该多晶硅还原炉包括上述观察视镜，能够方便地对视镜玻璃进行清洁，不影响多晶硅的生产，通过表面清洁的视镜玻璃工人能够随时观察多晶硅的生产情况，并根据实际需要调整工艺参数，减少倒棒等现象，能够有效提高多晶硅的生产效率和质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的观察视镜的结构示意图；
图2是图1中A部分的结构放大图；
图3是本发明提供的观察视镜的另一结构示意图；
图4是本发明提供的多晶硅还原炉的结构示意图；
图5是本发明提供的多晶硅还原炉中喷嘴的结构示意图。
图标：1-视镜本体；101-内管；102-外管；103-第一法兰；104-第二法兰；105-视镜玻璃；1051-第一视镜玻璃；1052-第二视镜玻璃；106-清洁刮板；107-连接件；1071-气体通道；1072-气体通入口；1073-气体喷出口；1081-环形槽；1082-气体吹入口；1083-吹扫孔；109-支撑圈；1011-第一冷却介质容纳腔；1012-第二冷却介质容纳腔；10121-第二冷却介质进口；10122-第二冷却介质出口；2-底盘；3-炉体；4-电极；5-硅棒；6-进气系统；61-喷嘴；611-内喷嘴；6111-内进气腔；6112-主喷气孔；612-外喷嘴；6121-外进气腔；6122-次喷气孔；7-排气系统。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“中”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
如图1-3所示，本发明提供了一种观察视镜，包括视镜本体1，视镜本体1包括内管101、外管102、第一法兰103、与第一法兰103相连的第二法兰104、视镜玻璃105和清洁刮板106，外管102套设在内管101外侧；
外管102的一端抵接在第一法兰103底部，内管101的一端设置于第一法兰103的中心孔内，且上述中心孔的内壁与内管101的外壁相连；
视镜玻璃105的内表面与内管101的一端接触，且视镜玻璃105的外壁与第一法兰103的内壁相连，视镜玻璃105的外表面与第二法兰104的内侧相连；
清洁刮板106与视镜玻璃105的内表面相接触，清洁刮板106一侧连接有用于带动清洁刮板106运动的连接件107，连接件107贯穿第一法兰103的侧壁和内管101的侧壁。
上述观察视镜包括视镜本体1，上述视镜本体1包括内管101、外管102、第一法兰103、第二法兰104、视镜玻璃105和清洁刮板106，其中，上述清洁刮板106与上述视镜玻璃105的内表面相接触，清洁刮板106一侧连接有用于带动清洁刮板106运动的连接件107，当视镜玻璃105的内表面出现脏污时，通过控制连接件107实现清洁刮板106在视镜玻璃105内表面上的相对运动，将视镜玻璃105内表面上的脏污刮除下来，保持视镜玻璃105的清洁；由于连接件107贯穿第一法兰103的侧壁和内管101的侧壁，即操作者从外部进行操作即可控制连接件107和清洁刮板106的运动，因此上述主要由清洁刮板106和连接件107组成的清洁组件能够在生产过程中随时对视镜玻璃105进行清洁，不需要停工将视镜玻璃105拆除再进行清洁，方便实用。
本发明特采用清洁刮板106对视镜玻璃105进行清洁，具有清洁有力、效果好的优点，能够有效地将视镜玻璃105表面难以除去的脏污刮落下来。清洁刮板106与视镜玻璃105相接触的一端优选设有毛刷，不但清洁更加容易，还可避免划伤视镜玻璃105，保持视镜玻璃105表面的光滑度，使观察更加清晰。
连接件107管处第一法兰103的侧壁和内管101的侧壁，即第一法兰103的侧壁和内管101的侧壁上设有通孔以容纳连接件107，为了使连接件107能够活动自如，将该通孔打磨至极为光滑的状态，或者，在通孔内增设滚动轮以辅助连接件107的运动。
需要说明的是，第一法兰103和第二法兰104通过螺栓或螺钉相连。
在一种优选地实施方式中，连接件107为连接杆或转轴。连接杆能够左右移动，以此带动清洁刮板106相对于视镜玻璃105左右运动；而转轴主要起到旋转的作用，以此带动清洁刮板106相对于视镜玻璃105做扇面形运动。
在一种优选地实施方式中，如图1和2所示，连接件107的内部和清洁刮板106的内部设置有相互连通的气体通道1071，连接件107的外端设有气体通入口1072，清洁刮板106与视镜玻璃105相接触的一端设有气体喷出口1073。本实施方式能够在刮除视镜玻璃105表面脏污的同时利用快速流动的气体将碎屑从视镜玻璃105表面吹下，进一步增强清洁效果。上述气体流通的通道与连接件107和清洁刮板106是一体的，因此能够同时对同一区域有针对性地进行上述两种方式的清洁。
在一种优选地实施方式中，如图3所示，上述中心孔的内壁上还开设有环形槽1081，且第一法兰103上形成有与环形槽1081相连通的气体吹入口1082，内管101上形成有与环形槽1081相连通的多个吹扫孔1083。本实施方式也可利用气体吹去视镜玻璃105内表面的附着物，与前述实施方式不同的是，在实际使用时，对轻便细小的附着物可单独利用气体进行吹扫，不用再使用清洁刮板106进行刮除，因此，能够减少操作，在不使用清洁刮板106的情况下，能够延长清洁刮板106的使用寿命。
上述两种实施方式中的气体优选为氢气，由于氢气是多晶硅还原炉的反应气体之一，选用氢气能够避免气体污染，同时多余的氢气还能够被回收利用。
在一种优选地实施方式中，视镜玻璃105包括第一视镜玻璃1051和第二视镜玻璃1052，第一法兰103和第二法兰104之间设有支撑圈109，第一视镜玻璃1051和第二视镜玻璃1052主要由支撑圈109隔开，连接件107与第二视镜玻璃1052的内表面相连。由第一视镜玻璃1051和第二视镜玻璃1052构成的双层视镜玻璃能够一来能够增加玻璃的厚度，二来两者之间的空隙能够形成隔热层，两方面均能够使得外侧的玻璃即第一视镜玻璃1051的温度不至于过高，尽量避免玻璃在高温下裂开。
在一种优选地实施方式中，外管102和内管101间设置有第一冷却介质容纳腔1011，第一视镜玻璃1051和第二视镜玻璃1052之间设有第二冷却介质容纳腔1012，支撑圈109上形成有与第二冷却介质容纳腔1012相连通的第二冷却介质进口10121和第二冷却介质出口10122。第一冷却介质容纳腔1011内的冷却介质能够降低外管102的温度，第二冷却介质容纳腔1012内的冷却介质能够降低第一视镜玻璃1051的温度，由此延长上述组件的使用寿命，同时减少人员触摸到上述组件后被烫伤的情况。
在一种优选地实施方式中，视镜玻璃105上设有水平刻线和垂直刻线。为了更加清楚准确地观察多晶硅还原炉内的硅棒是否出现倒棒以及硅棒的倾斜度，本实施方式在视镜玻璃105上设置了水平刻线和垂直刻线，工人通过观察硅棒的中心轴线与水平刻线和垂直刻线的夹角大小决定是否需要调整以及如何调整工艺参数，及时修正不良反应，提高多晶硅的质量和产率。
实施例二
如图4所示，本发明提供了一种多晶硅还原炉，包括底盘2、炉体3、设置于底盘2上的电极4、与电极4相连的硅棒5、进气系统6、排气系统7和上述观察视镜，视镜本体1设置于炉体3上；
炉体3、进气系统6和排气系统7均与底盘2相连。
本发明提供的多晶硅还原炉包括上述观察视镜，还包括底盘2、炉体3、电极4、硅棒5、进气系统6和排气系统7，该多晶硅还原炉包括上述观察视镜，能够方便地对视镜玻璃105进行清洁，不影响多晶硅的生产，通过表面清洁的视镜玻璃105工人能够随时观察多晶硅的生产情况，并根据实际需要调整工艺参数，减少倒棒等现象，能够有效提高多晶硅的生产效率和质量。
生产时，混合反应气体通过进气系统6进入炉体3内，在1000-1100℃的温度下进行化学气相沉积反应，反应得到的多晶硅沉积到硅棒5上，反应尾气通过排气系统7排出并经过分离后再循环使用，得到预定尺寸的硅棒后，将硅棒从炉中取出即可。
在一种优选地实施方式中，如图5所示，上述进气系统包括相互连接的进气管(图中未标出)和喷嘴61，喷嘴61设置于底盘2上；
喷嘴61包括内喷嘴611和套设于内喷嘴611外侧的外喷嘴612，内喷嘴611包括相互连通的内进气腔6111和主喷气孔6112，主喷气孔6112的横截面积小于内进气腔6111的横截面积；
外喷嘴612与内喷嘴611之间设有相互连通的外进气腔6121和次喷气孔6122，次喷气孔6122的横截面积大于或等于外进气腔6121的横截面积。
多晶硅生产过程中容易出现倒棒的现象，倒棒，即在还原炉内硅芯(硅棒)表面进行化学气相沉积反应直至预期直径的产品硅棒出炉的整个操作过程中，硅芯发生倾斜并在炉内最终倒塌的现象。其造成企业的实际产量降低，设备受损及增加操作工人的劳动强度等。硅棒产生倾斜是硅棒上中下段的反应气体流量多少的不一致引起的硅棒上中下段的重量不一致导致的，其表现形式之一是硅棒中间段的直径较大，上下两段的直径小，因此，需要对进气系统进行改进，使得硅棒上中下段的气体流量基本一致。
本实施方式中，进气系统6包括喷嘴61，喷嘴61包括内喷嘴611和外喷嘴612，由于内喷嘴611的主喷气孔6112的横截面积小于内进气腔6111的横截面积，因此，当气体从主喷气孔6112喷出后，其流速会加快，因此能够顺利上升到硅棒的中上段，为硅棒的中上段供料；同时，由于外喷嘴612的次喷气孔6122的横截面积大于或等于外进气腔6121的横截面积，因此气体从次喷气孔6122喷出后，其流速不会加快甚至会减慢，这部分气体会流至硅棒的下段，为硅棒的下段供料；此外，从次喷气孔6122喷出的辅助气流能够起到助推从主喷气孔6112喷出的中心主气流并防止中心主气流扩散的作用，保证中心主气流能够准确完全地升至硅棒的中上段。因此，上述结构的喷嘴能够保证还原炉内气体分布均匀，加快沉积速度，提高多晶硅质量，减少倒棒。
在一种优选地实施方式中，次喷气孔6122内设置有导流板，导流板连接于外喷嘴612的内壁和/或内喷嘴611的外壁上。为了增强硅棒下段气体的多方向分布，本实施方式特设了导流板，导流板使得从次喷气孔6122内喷出的气体呈多方向分布，避免了直接大气流冲刷硅棒下段，有利于硅棒与石墨夹头的结合，并防止亮点出现。
优选地，导流板上设有分散孔，以便进一步提高气体的多方向分布。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种观察视镜，其特征在于，包括视镜本体，所述视镜本体包括内管、外管、第一法兰、与所述第一法兰相连的第二法兰、视镜玻璃和清洁刮板，所述外管套设在所述内管外侧；
所述外管的一端抵接在所述第一法兰底部，所述内管的一端设置于所述第一法兰的中心孔内，且所述中心孔的内壁与所述内管的外壁相连；
所述视镜玻璃的内表面与所述内管的一端接触，且所述视镜玻璃的外壁与所述第一法兰的内壁相连，所述视镜玻璃的外表面与所述第二法兰的内侧相连；
所述清洁刮板与所述视镜玻璃的内表面相接触，所述清洁刮板一侧连接有用于带动所述清洁刮板运动的连接件，所述连接件贯穿所述第一法兰的侧壁和所述内管的侧壁。
2.根据权利要求1所述的观察视镜，其特征在于，所述连接件为连接杆或转轴。
3.根据权利要求1所述的观察视镜，其特征在于，所述连接件的内部和所述清洁刮板的内部设置有相互连通的气体通道，所述连接件的外端设有气体通入口，所述清洁刮板与所述视镜玻璃相接触的一端设有气体喷出口。
4.根据权利要求1所述的观察视镜，其特征在于，所述中心孔的内壁上还开设有环形槽，且所述第一法兰上形成有与所述环形槽相连通的气体吹入口，所述内管上形成有与所述环形槽相连通的多个吹扫孔。
5.根据权利要求1-4任一项所述的观察视镜，其特征在于，所述视镜玻璃包括第一视镜玻璃和第二视镜玻璃，所述第一法兰和所述第二法兰之间设有支撑圈，所述第一视镜玻璃和所述第二视镜玻璃主要由所述支撑圈隔开，所述连接件与所述第二视镜玻璃的内表面相连。
6.根据权利要求5所述的观察视镜，其特征在于，所述外管和所述内管间设置有第一冷却介质容纳腔，所述第一视镜玻璃和所述第二视镜玻璃之间设有第二冷却介质容纳腔，所述支撑圈上形成有与所述第二冷却介质容纳腔相连通的第二冷却介质进口和第二冷却介质出口。
7.根据权利要求1所述的观察视镜，其特征在于，所述视镜玻璃上设有水平刻线和垂直刻线。
8.一种多晶硅还原炉，其特征在于，包括底盘、炉体、设置于所述底盘上的电极、与所述电极相连的硅棒、进气系统、排气系统和权利要求1-7任一项所述的观察视镜，所述视镜本体设置于所述炉体上；
所述炉体、所述进气系统和所述排气系统均与所述底盘相连。
9.根据权利要求8所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述进气系统包括相互连接的进气管和喷嘴，所述喷嘴设置于所述底盘上；
所述喷嘴包括内喷嘴和套设于所述内喷嘴外侧的外喷嘴，所述内喷嘴包括相互连通的内进气腔和主喷气孔，所述主喷气孔的横截面积小于所述内进气腔的横截面积；
所述外喷嘴与所述内喷嘴之间设有相互连通的外进气腔和次喷气孔，所述次喷气孔的横截面积大于或等于所述外进气腔的横截面积。
10.根据权利要求9所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述次喷气孔内设置有导流板，所述导流板连接于所述外喷嘴的内壁和/或所述内喷嘴的外壁上。
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