CN108295994A - 一种高压电极以及应用该高压电极的多晶硅破碎装置 - Google Patents

一种高压电极以及应用该高压电极的多晶硅破碎装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压电极以及应用该高压电极的多晶硅破碎装置，高压电极包括有高压电极本体，高压电极本体安装于导流罩中；导流罩具有电极安装槽和导流通道；多晶硅破碎装置，包括有破碎水槽、多晶硅棒支撑架、接地电极、高压电极、电源、导流管线和超纯水补充管线。本发明的高压电极设有导流通道，能够及时将高压电极溶解产生的局部高浓度金属液体导出破碎水槽外，避免金属杂质对多晶硅造成污染；破碎水槽内壁衬有陶瓷材料，可隔绝液体与水槽腔体的接触，避免水槽腔体对液体的污染，还可避免多晶硅碎块与破碎水槽接触造成污染。通过本发明的高压电极以及多晶硅破碎装置，可以实现多晶硅棒的无污染、高效率破碎。

Description

一种高压电极以及应用该高压电极的多晶硅破碎装置
技术领域
本发明涉及晶体硅制备设备技术领域，具体涉及一种多晶硅破碎装置及其高压电极。
背景技术
多晶硅是半导体产业和光伏产业的基本原料。多晶硅的主流制备方法是改良西门子法，其通过三氯氢硅和氢气的混合气在还原炉内的高温条件下生成多晶硅并沉积在硅芯上，最终产物是沉积在硅芯上的多晶硅，产品最终以多晶硅棒的形式从还原炉中采出。为了便于存储、运输、铸锭以及拉晶，多晶硅棒需要被破碎为块状，多晶硅棒的破碎是改良西门子法多晶硅制备工艺中一个重要的后处理环节，多晶硅破碎工艺直接影响着多晶硅产品的品质。
当前，主要采用机械破碎法破碎多晶硅棒，由于破碎工具的材料是金属或合金，并且在破碎过程中，破碎工具与多晶硅棒直接接触，因此多晶硅会受到源自破碎工具的金属污染，而金属污染会极大影响多晶硅品质。
为了降低破碎工艺对多晶硅的污染，多晶硅企业普遍开发非金属或合金机械接触式破碎方法，电水锤多晶硅破碎是其中的一个研究热点。电水锤技术是利用液体中进行的瞬时强制电流脉冲放电产生的激波效应达到破碎多晶硅的目的。目前，电水锤破碎多晶硅装置中的金属高压电极直接裸露于液体中，在放电过程中，金属电极会溶解产生金属杂质，进而污染多晶硅，因此开发一种无污染高压电极以及多晶硅破碎装置，实现多晶硅棒的无污染破碎，提高多晶硅品质，是当前急需解决的课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无污染的高压电极以及应用该高压电极的多晶硅破碎装置，以实现多晶硅棒的无污染、高效率破碎。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高压电极，包括有高压电极本体，其特征在于：高压电极本体安装于导流罩中，高压电极本体的高压电极接头从导流罩顶端伸出；导流罩采用绝缘材料制成，其内部具有用于安装电极的电极安装槽，而导流罩的侧壁中设有用于导出局部高浓度金属液体的导流通道，导流通道贯通导流罩的侧壁上下端；导流罩通过导流通道将电极溶解产生的局部高浓度金属液体及时排出，以避免电极溶解产生的金属杂质对多晶硅的污染，以实现多晶硅的无污染、高效率破碎。
优选地，高压电极本体采用金属或合金制成；导流罩采用陶瓷材料制成。
优选地，高压电极本体采用金属铁制成，而导流罩采用氧化铝、氮化硅或碳化硅制成。
一种应用前述高压电极的多晶硅破碎装置，其特征在于：包括有破碎水槽、多晶硅棒支撑架、接地电极、高压电极、电源、导流管线和超纯水补充管线，破碎水槽中填充有超纯水，高压电极浸入在超纯水中，多晶硅棒放置在多晶硅棒支撑架上，接地电极安装在破碎水槽底部，并通过接地线路连接电源；高压电极通过高压电极接头连接高压线路，高压线路连接电源；高压电极的导流罩连接有导流管线，导流管线连通导流通道，通过导流通道及导流管线将局部高浓度金属液体导出破碎水槽外；破碎水槽设置有超纯水补充管线，通过超纯水补充管线向破碎水槽内补充超纯水。
优选地，破碎水槽采用金属或合金制成；在破碎水槽的内壁衬有绝缘材料。
优选地，所述破碎水槽采用304不锈钢制成；而破碎水槽内壁的绝缘材料为氮化硅。
优选地，电源采用脉冲电源，且为正负脉冲电源，其输出频率为1Hz-50KHz，正脉冲电压为10-1000KV，负脉冲电压为1-5KV，脉冲宽度为1-1000μS。
进一步地，所述多晶硅棒支撑架包括支撑杆和夹爪，夹爪固定于支撑杆的顶端，支撑杆固定于接地电极上，夹爪为与多晶硅棒相配的弧形结构，其宽度为20-50mm；支撑杆和夹爪采用绝缘材料制成；高压电极与多晶硅棒的距离≥50mm，且高压电极以间距可调的间隔结构安装在破碎水槽内。
优选地，所述支撑杆采用陶瓷材料制成，包括氧化铝或氮化硅；所述夹爪采用聚四氟乙烯材料制成。
优选地，所述接地电极采用金属铁制成，其为面板式结构；高压电极与接地电极的距离为20-300mm。
本发明的高压电极设置有导流通道，具有局部导流功能，在工作时，能够及时将因高压电极溶解产生的局部高浓度金属液体导出至破碎水槽外，可以避免因电极溶液产生的金属杂质对多晶硅造成污染。
高压电极与硅棒的距离≥50mm，在该范围内，高压电极的导流罩可以迅速将位于电极头部附近的局部高浓度金属液体通过导流通道导出破碎水槽外，可以解决金属液体移除不及时或者金属液体残留的问题。
本发明的破碎水槽内壁衬有陶瓷材料，一方面陶瓷材料可以起到隔绝液体与水槽腔体的接触，进而可以避免水槽腔体对液体的污染，保障放电液体介质的纯度；另一方面陶瓷材料可以对高压电极与破碎水槽间的放电起到阻挡作用，避免电能的损失；第三个方面陶瓷材料强度较高，在与破碎产生的多晶硅碎块接触时，不会因刮擦产生粉末，可以避免多晶硅碎块与破碎水槽接触时，或者移除多晶硅碎块时破碎水槽对多晶硅的污染。
本发明通过间隔设置高压电极，且间隔距离可调，接地(面板)电极以及多晶硅棒支撑架可以实现大批量、整根多晶硅棒的破碎，可以大幅提升多晶硅破碎效率以及多晶硅破碎质量。
本发明采用正负电压不同的脉冲电源，正脉冲电压施加于高压电极，负脉冲电压施加于接地电极，正脉冲电压主要起到放电作用，而负脉冲电压主要起到消散富集在两极板的因放电产生的带电粒子，进而保障下一次放电在较低的放电势垒下进行，可以起到节能作用。
本发明采用的多晶硅棒支撑架整体采用高纯绝缘材料，多晶硅支撑夹爪采用聚四氟乙烯材料，一方面可以避免电能从多晶硅支撑的损失，另一方面可以进一步避免金属杂质对多晶硅的污染。
因此，通过本发明的高压电极以及多晶硅破碎装置，可以实现多晶硅棒的无污染、高效率破碎。
附图说明
图1为本发明高压电极示意图；
图2为本发明导流罩示意图；
图3为本发明多晶硅破碎装置示意图；
图4为本发明多晶硅棒支撑架示意图；
图5为电源脉冲波形示意图。
图中，1为破碎水槽，2为多晶硅棒，3为多晶硅棒支撑架，4为多晶硅碎块，5为接地电极，6为接地线路，7为电源，8为高压线路，9为高压电极本体，10为导流罩，11为导流管线，12为超纯水补充管线，13为导流通道，14为高压电极接头，15为电极安装槽，16为支撑柱，17为夹爪。
具体实施方式
本实施例中，参照图1、图2、图3和图4，所述高压电极，包括有高压电极本体9，高压电极本体9安装于导流罩10中，高压电极本体9的高压电极接头14从导流罩10顶端伸出；导流罩10采用绝缘材料制成，其内部具有用于安装电极的电极安装槽15，而导流罩10的侧壁中设有用于导出局部高浓度金属液体的导流通道13，导流通道13贯通导流罩10的侧壁上下端；导流罩10通过导流通道13将电极溶解产生的局部高浓度金属液体及时排出，以避免电极溶解产生的金属杂质对多晶硅的污染，以实现多晶硅的无污染、高效率破碎。
高压电极本体9采用金属铁制成，而导流罩10采用氧化铝(氮化硅或碳化硅制成)。
应用前述高压电极的多晶硅破碎装置，包括有破碎水槽1、多晶硅棒支撑架3、接地电极5、高压电极、电源7、导流管线11和超纯水补充管线12，破碎水槽1中填充有超纯水，高压电极浸入在超纯水中，多晶硅棒2放置在多晶硅棒支撑架3上，接地电极5安装在破碎水槽1底部，并通过接地线路6连接电源7；高压电极通过高压电极接头14连接高压线路8，高压线路8连接电源7；高压电极的导流罩10连接有导流管线11，导流管线11连通导流通道13，通过导流通道13及导流管线11将局部高浓度金属液体导出破碎水槽1外；破碎水槽1设置有超纯水补充管线12，通过超纯水补充管线12向破碎水槽1内补充超纯水。
所述破碎水槽1采用金属或合金制成；在破碎水槽1的内壁衬有绝缘材料。
所述破碎水槽1采用304不锈钢制成；而破碎水槽1内壁的绝缘材料为氮化硅，在与破碎产生的多晶硅碎块4接触时，不会因刮擦产生粉末，可以避免多晶硅碎块4与破碎水槽1接触时，或者移除多晶硅碎块4时破碎水槽1对多晶硅的污染。
参照图5，电源采用脉冲电源，且为正负脉冲电源，其输出频率为1Hz-50KHz，正脉冲电压为10-1000KV，负脉冲电压为1-5KV，脉冲宽度为1-1000μS。
多晶硅棒支撑架3包括支撑杆16和夹爪17，夹爪17固定于支撑杆16的顶端，支撑杆16固定于接地电极5上，夹爪17为与多晶硅棒2相配的弧形结构，其宽度为20-50mm；支撑杆16和夹爪17采用绝缘材料制成；高压电极与多晶硅棒2的距离≥50mm，且高压电极以间距可调的间隔结构安装在破碎水槽1内。
所述支撑杆16采用陶瓷材料制成，包括氧化铝或氮化硅；所述夹爪17采用聚四氟乙烯材料制成。
所述接地电极5采用金属铁制成，其为面板式结构；高压电极与接地电极5的距离为20-300mm。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种高压电极，包括有高压电极本体，其特征在于：高压电极本体安装于导流罩中，高压电极本体的高压电极接头从导流罩顶端伸出；导流罩采用绝缘材料制成，其内部具有用于安装电极的电极安装槽，而导流罩的侧壁中设有用于导出局部高浓度金属液体的导流通道，导流通道贯通导流罩的侧壁上下端；导流罩通过导流通道将电极溶解产生的局部高浓度金属液体及时排出，以避免电极溶解产生的金属杂质对多晶硅的污染。
2.根据权利要求1所述的高压电极，其特征在于：高压电极本体采用金属或合金制成；导流罩采用陶瓷材料制成。
3.根据权利要求2所述的高压电极，其特征在于：高压电极本体采用金属铁制成，而导流罩采用氧化铝、氮化硅或碳化硅制成。
4.一种应用权利要求3所述的高压电极的多晶硅破碎装置，其特征在于：包括有破碎水槽、多晶硅棒支撑架、接地电极、高压电极、电源、导流管线和超纯水补充管线，破碎水槽中填充有超纯水，高压电极浸入在超纯水中，多晶硅棒放置在多晶硅棒支撑架上，接地电极安装在破碎水槽底部，并通过接地线路连接电源；高压电极通过高压电极接头连接高压线路，高压线路连接电源；高压电极的导流罩连接有导流管线，导流管线连通导流通道，通过导流通道及导流管线将局部高浓度金属液体导出破碎水槽外；破碎水槽设置有超纯水补充管线，通过超纯水补充管线向破碎水槽内补充超纯水。
5.根据权利要求4所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：所述破碎水槽采用金属或合金制成；在破碎水槽的内壁衬有绝缘材料。
6.根据权利要求5所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：所述破碎水槽采用304不锈钢制成；而破碎水槽内壁的绝缘材料为氮化硅。
7.根据权利要求4所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：所述电源采用脉冲电源，且为正负脉冲电源，其输出频率为1Hz-50KHz，正脉冲电压为10-1000KV，负脉冲电压为1-5KV，脉冲宽度为1-1000μS。
8.根据权利要求4所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：所述多晶硅棒支撑架包括支撑杆和夹爪，夹爪固定于支撑杆的顶端，支撑杆固定于接地电极上，夹爪为与多晶硅棒相配的弧形结构，其宽度为20-50mm；支撑杆和夹爪采用绝缘材料制成；高压电极与多晶硅棒的距离≥50mm，且高压电极以间距可调的间隔结构安装在破碎水槽内。
9.根据权利要求8所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：所述支撑杆采用陶瓷材料制成，包括氧化铝或氮化硅；所述夹爪采用聚四氟乙烯材料制成。
10.根据权利要求4所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：所述接地电极采用金属铁制成，其为面板式结构；高压电极与接地电极的距离为20-300mm。
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