CN110655083A - 一种多晶硅还原炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅还原炉，本发明中的炉体的截面形状包括两侧的两个半圆和中部的两条线段。炉体内的硅棒排布成多圈，且每一圈硅棒围成的形状均与炉体的截面形状相同，且均与炉体的截面形状同心。相较于截面形状为圆形或者方形的炉体，本发明中的炉体能够容纳更多的硅棒，且每一圈中相邻两根硅棒之间的距离为m，m为设定的数值，以满足工艺参数的要求。另外，本发明中的炉体的截面的长度尺寸小于厂房建筑框架的长度尺寸，炉体的宽度尺寸小于厂房建筑框架的宽度尺寸。本发明中的多晶硅还原炉内能够布置较多的硅棒，且硅棒的布置符合工艺参数的要求，炉体的截面尺寸小于厂房建筑框架的截面尺寸。

Description

一种多晶硅还原炉

技术领域

本发明涉及多晶硅生产领域，更具体地说，涉及一种多晶硅还原炉。

背景技术

如附图6所示，附图6为厂房建筑框架的俯视图。还原炉通常是由矩形的厂房建筑框架支撑。还原炉的长度和宽度尺寸不会超过厂房建筑框架的长度和宽度尺寸，从而确保厂房建筑框架对还原炉的稳定支撑。

多晶硅还原炉是多晶硅硅棒的最终生成设备。首先在多晶硅还原炉的炉体内布置多根硅棒，之后在高温环境中，硅卤化物与氢气发生化学反应，生成多晶硅，并沉积在炉体内的硅芯上，随着反应的进行，沉积在硅芯上的硅单质越来越多，硅芯渐渐变粗，最后生成了多晶硅硅棒。

因此，如何在不超出厂房建筑框架尺寸的基础上，以及在满足工艺要求的前提下尽可能多地布置硅棒，是本领域技术人员亟待解决的关键性问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多晶硅还原炉，该多晶硅还原炉内能够布置较多的硅棒，且硅棒的布置符合工艺参数的要求，炉体的截面尺寸小于厂房建筑框架的截面尺寸。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多晶硅还原炉，包括炉体，所述炉体的截面形状为如下结构：两侧为两个相同的半圆，两个所述半圆的开口相对，中间为两条线段，该两条线段用于连接两个所述半圆，两个所述半圆和两条所述线段围成封闭结构，所述半圆的半径为r，所述线段的长度为a，厂房建筑框架的长度为L，宽度为N，那么2r+a<L，2r<N，r、a、L、N均为正整数；

所述炉体内能够设置多圈硅棒，每一圈硅棒围成的形状均与所述炉体的截面形状相同，且均与所述炉体的截面形状同心，且每一圈中相邻两根硅棒之间的距离为m，m为正整数。

优选地，a＝2n×m，n为正整数。

优选地，所述炉体的底盘上设置有多个喷嘴，且喷嘴分布于相邻两圈硅棒之间。

优选地，所述多圈硅棒具体为4圈硅棒，且从里到外依次为第一圈硅棒、第二圈硅棒、第三圈硅棒以及第四圈硅棒；

所述第一圈硅棒和所述第二圈硅棒之间的喷嘴按照以下方式排布：沿着所述第一圈硅棒，每隔一对硅棒设置有一个喷嘴，且该喷嘴位于与所述一对硅棒相邻的下一对硅棒之间。

优选地，所述第二圈硅棒和所述第三圈硅棒之间的喷嘴按照以下方式排布：沿着所述第三圈硅棒，每隔一根硅棒设置有一个喷嘴，所述喷嘴与所述一根硅棒的下一根硅棒对齐。

优选地，最外圈的硅棒的外侧设置有多个尾气孔，所述多个尾气孔设置在所述炉体的底盘上。

优选地，所述最外圈硅棒与次外圈硅棒之间设置有喷嘴，且该喷嘴按照以下方式布置：相邻两个尾气孔之间设置有一个喷嘴。

优选地，所述多圈硅棒具体为4圈硅棒，且从里到外依次为第一圈硅棒、第二圈硅棒、第三圈硅棒以及第四圈硅棒，且所述第一圈硅棒、所述第二圈硅棒、所述第三圈硅棒、所述第四圈硅棒分别具有2n+4对、2n+8对、2n+12对、2n+16对硅棒，且所述第一圈硅棒内部区域内还能够设置2(n-1)对硅棒。

优选地，在4圈硅棒中，所述第一圈硅棒、所述第二圈硅棒以及所述第四圈硅棒在线段轨迹上的硅棒数目相同，且对齐设置，所述第三圈硅棒在线段轨迹上的硅棒与所述第一圈硅棒、所述第二圈硅棒以及所述第四硅棒在线段轨迹上的硅棒相互错开。

优选地，所述第一圈硅棒内部区域内的2(n-1)对硅棒分成两组，该两组硅棒沿着所述炉体的截面形状的长轴线排布，且分设在所述炉体的截面形状的中心的两侧，且每一对硅棒中的两根硅棒关于所述炉体的截面形状的长轴线对称设置。

优选地，所述第三圈硅棒在一条线段轨迹上的硅棒根数为2n+1，且中部的硅棒与所述炉体的截面形状的中心对齐，该中部的硅棒的两侧的硅棒分别依次与所述第一圈硅棒内部区域内的2(n-1)对硅棒对齐。

优选地，在n＝1时，所述炉体的截面形状的中心处设置有一个尾气出口，所述炉体的截面形状的两个半圆的圆心处分别设置有一个喷嘴；在所述n≥2时，所述炉体的截面形状的中心处设置有一个喷嘴，所述炉体的截面形状的两个半圆的圆心处分别设置有一个尾气出口，所有的尾气出口和喷嘴均设置于所述炉体的底盘上。

从上述技术方案可以看出，本发明中的炉体的截面形状包括两侧的两个半圆和中部的两条线段。炉体内的硅棒排布成多圈，且每一圈硅棒围成的形状均与炉体的截面形状相同，且均与炉体的截面形状同心。相较于截面形状为圆形或者方形的炉体，本发明中的炉体能够容纳更多的硅棒，且每一圈中相邻两根硅棒之间的距离为m，m为设定的数值，以满足工艺参数的要求。另外，本发明中的炉体的截面的长度尺寸小于厂房建筑框架的长度尺寸，炉体的宽度尺寸小于厂房建筑框架的宽度尺寸。本发明中的多晶硅还原炉内能够布置较多的硅棒，且硅棒的布置符合工艺参数的要求，炉体的截面尺寸小于厂房建筑框架的截面尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本发明提供的n＝1时硅棒的布置结构图；

图2为本发明提供的n＝2时硅棒的布置结构图；

图3为本发明提供的n＝3时硅棒的布置结构图；

图4为本发明提供的n＝4时硅棒的布置结构图；

图5为本发明提供的n＝5时硅棒的布置结构图；

图6为现有技术一具体实施例提供的厂房建筑框架的俯视图。

其中，1为炉体、2为尾气出口、3为喷嘴、4为硅棒、5为厂房建筑框架。

具体实施方式

本发明公开了一种多晶硅还原炉，该多晶硅还原炉内能够布置较多的硅棒，且硅棒的布置符合工艺参数的要求，炉体的截面尺寸小于厂房建筑框架的截面尺寸。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，多晶硅还原炉包括炉体，炉体又包括炉筒和底盘。炉筒扣置在底盘上。炉体的截面形状为如下结构：两侧为两个半圆。这两个半圆相同，且按照开口相对的方式布置。中间为两条线段。该两条线段为平行布置。两条线段用于连接两个半圆，即两个半圆和两条线段围成了封闭结构。半圆的半径为r，线段的长度为a。厂房建筑框架的长度为L，宽度为N。或者说厂房建筑框架的截面形状的长轴的长为L，短轴的长为N。需要说明的是，本申请中的长轴，是过两个半圆的圆心的直线与两个半圆的两个交点之间的距离。本申请中的短轴是垂直于两条线段的直线与两条线段的两个交点之间的距离。长轴的长度和短轴的长度分别为炉体的截面形状的长度和宽度。炉体的截面形状中半圆的半径r、线段的长度a、厂房建筑框架的长度L、厂房建筑框架的宽度N之间需要满足以下条件：2r+a<L、2r<N。即确保炉体的截面形状的长度尺寸小于厂房建筑框架的长度尺寸，炉体的截面形状的宽度尺寸小于厂房建筑框架的宽度尺寸。r、a、L、N均为正整数。

炉体内的硅棒按照以下方式排布：成多圈排布，每一圈硅棒围成的形状均与炉体的截面形状相同，且均与炉体的截面形状同心。即每一圈硅棒围成的形状包括两侧的半圆以及中间的两条线段。另外，每一圈硅棒中相邻两根硅棒之间的距离为m，m为正整数。优选地，m的取值为220-250mm，更进一步地，可以将m取值为235mm。

在现有技术中，炉体的截面形状通常为圆形，本发明中的炉体可以看作为将截面为圆形的炉体从中部分开，之后向两侧拉动而形成的形状。相较于现有技术中截面为圆形的炉体，本发明中的炉体的截面形状并没有发生特别明显的变化，因此不会破坏多晶硅还原炉中的原有气场，多晶硅还原炉中硅卤化物与氢气的反应所需的条件参数不会发生太大变化。

进一步地，炉体截面形状中的线段的长度a满足以下关系：a＝2n×m，n为正整数。即线段的长度值为m的双倍数。如果m的取值为235，那么线段的长度值a为2×235、4×235、6×235、8×235、10×235等。即炉体截面形状的宽度值不变，或者说两侧圆的半径不变，而长度值，或者说线段的长度值可以根据具体的情况取不同的值。在a的取值为m的双倍数时，每一圈硅棒上的硅棒对数为双数，如此便于喷嘴和尾气孔的均衡布置，那么也就能够确保多晶硅还原炉内多晶硅硅棒生长的均匀性。

喷嘴用于向炉体内喷射原料。喷嘴设置在炉体的底盘上，且喷嘴分布于相邻两圈硅棒之间，以使每根硅棒都能够接收到喷嘴喷射的原料。

喷嘴具体的布置方式请参考附图1-5：炉体内设置有4圈硅棒，该4圈硅棒从里到外依次为第一圈硅棒、第二圈硅棒、第三圈硅棒以及第四圈硅棒。第一圈硅棒和第二圈硅棒之间的喷嘴按照以下方式排布：沿着第一圈硅棒，每隔一对硅棒设置有一个喷嘴，且该喷嘴位于与所述一对硅棒相邻的下一对硅棒中间。

第二圈硅棒和第三圈硅棒之间的喷嘴按照以下方式排布：沿着第三圈硅棒，每隔一根硅棒设置有一个喷嘴，该喷嘴与所述一根硅棒的下一根硅棒对齐。如此设置能够确保第一圈、第二圈以及第三圈中的硅棒能够获得足够的原料，同时不会造成原料气体的浪费。

请继续参考附图1-附图5，最外圈的硅棒的外侧设置有多个尾气孔。多个尾气孔设置在炉体的底盘上。尾气孔用于将炉体内的废气排出。原料气体从底盘上的喷嘴竖直向上喷入到炉体内，之后向上移动，达到炉顶之后，气体向下折返，最后从尾气孔流出。

最外圈硅棒与次外圈硅棒之间设置有喷嘴，该喷嘴按照以下方式布置：相邻两个尾气孔之间设置有一个喷嘴。

在4圈硅棒中，第一圈硅棒、第二圈硅棒、第三圈硅棒以及第四圈硅棒中硅棒的对数分别为2n+4对、2n+8对、2n+12对、2n+16对。且在第一圈硅棒的内部区域内还能够设置2(n-1)对硅棒。即在多晶硅还原炉内设置有10n+38对硅棒。

比如：当n＝1时，请参考附图1，四圈硅棒从里到外分别为：6对、10对、14对、18对，此时a＝2m；当n＝2时，请参考附图2，四圈硅棒从里到外分别为：8对、14对、16对、20对，此时a＝4m；当n＝3时，请参考附图3，四圈硅棒从里到外分别为：10对、14对、18对、22对，此时a＝6m；当n＝4时，请参考附图4，四圈硅棒从里到外分别为：12对、16对、20对、24对，此时a＝8m；当n＝5时，请参考附图5，四圈硅棒从里到外分别为：14对、18对、22对、26对，此时a＝10m。

针对L＝7500mm、N＝6000的厂房建筑框架，在炉体的截面为圆形、圆形截面的直径为3000mm，m取值235时，那么可以在炉体内设置4圈硅棒，从内到外依次为4对、8对、12对、16对，共计40对硅棒。而在炉体的截面形状为本申请中的炉体截面形状时，且r＝1500mm，a＝4m＝940mm时，炉体内同样能够布置4圈硅棒，从内到外依次为8对、12对、16对、20对，另外第一圈硅棒内部还设置有2对硅棒，因此共计58对硅棒。即在控制难度不变的情况下，通过改变炉体的截面形状和布置方式，单炉产量能够提升45％。

四圈硅棒的布置方式具有如下特点：在4圈硅棒中，第一圈硅棒、第二圈硅棒以及第四圈硅棒在线段轨迹上的硅棒数目相同，且对齐设置。请参考附图1，第一圈硅棒在线段轨迹上的硅棒数目为2，第二圈硅棒在线段轨迹上的硅棒数目也为2，第四圈硅棒在线段轨迹上的硅棒数目也为2，且第一圈硅棒,、第二圈硅棒以及第四圈硅棒在线段轨迹上的硅棒一一对齐。再比如，请参考附图2，第一圈硅棒在线段轨迹上的硅棒数目为4，第二圈硅棒在线段轨迹上的硅棒数目也为4，第四圈硅棒在线段轨迹上的硅棒数目也为4，且第一圈硅棒、第二圈硅棒以及第四圈硅棒在线段轨迹上的硅棒一一对齐。

另外，第三圈硅棒在线段轨迹上的硅棒与第一圈硅棒、第二圈硅棒以及第四圈硅棒在线段轨迹上的硅棒相互错开，错开设置利于原料气场的均匀分布，从而确保多晶硅硅棒的均匀生产。

进一步地，第一圈硅棒内部区域内的2(n-1)对硅棒按照如下方式布置：将2(n-1)对硅棒分成两组，该两组硅棒沿着炉体的截面形状的长轴线排布，且该两组硅棒分设在炉体的截面形状的中心的两侧。另外，每一对硅棒中的两根硅棒关于炉体的截面形状的长轴线对称设置，且每一对硅棒中的两根硅棒之间的距离为m。如附图1-5中第一圈硅棒内部区域内的硅棒的布置方式。

进一步地，第三圈硅棒在一条线段轨迹上的硅棒的根数为2n+1。处于中部的硅棒或者说中间位置的硅棒与炉体的截面形状的中心对齐。中部的硅棒的两侧的硅棒分别依次与第一圈硅棒内部区域内的2(n-1)对硅棒对齐。请参考附图2，在第一圈硅棒内部区域内设置有2对硅棒。第三圈硅棒在一条线段轨迹上的硅棒的根数为5根，在这5根硅棒中，从一侧数的第三根硅棒为中间的硅棒，该中间的硅棒的两侧的硅棒，或者说是从一侧数的第二根硅棒和第四根硅棒分别与第一圈硅棒内部区域内的2对硅棒对齐。

请参考附图3，在第一圈硅棒内部区域内设置有4对硅棒。第三圈硅棒在一条线段轨迹上的硅棒的根数为7根，在这7根硅棒中，从一侧数的第四根硅棒为中间的硅棒，该中间的硅棒的两侧的硅棒，或者说是从一侧数的第二、三、五、六根硅棒分别与第一圈硅棒内部区域内的4对硅棒对齐。

进一步地，在第一圈硅棒的内部区域内还设置了尾气出口和喷嘴。尾气出口和喷嘴的具体设置方式如下：请参考附图1，在n＝1时，即当a＝2m时，第一圈硅棒的内部区域内未设置硅棒，炉体的截面形状的中心处设置有一个尾气出口，炉体的截面形状的两个半圆的圆心处分别设置有一个喷嘴。炉体的截面形状的中心处的温度最高，因此在该处设置尾气出口，能够有效地规避中心温场过高。

在n≥2时，比如请参考附图2-5，在n＝2、3、4、5，即当a＝4m、6m、8m、10m时，炉体的截面形状的中心处设置有一个喷嘴，炉体的截面形状的两个半圆的圆心处分别设置有一个尾气出口。鉴于在n≥2时，第一圈硅棒的内部区域内的空间较大，因此在第一圈硅棒的内部区域内设置两个尾气出口，而为了确保尾气出口的均衡性，可以在炉体的截面形状的两个半圆的圆心处分别设置一个尾气出口。另外由于在n≥2时，第一圈硅棒的内部区域内设置了硅棒，因此在炉体的截面形状的中心处设置了一个喷嘴，以确保第一圈硅棒的内部区域内的硅棒能够获得足够的原料气体。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种多晶硅还原炉，包括炉体，其特征在于，所述炉体的截面形状为如下结构：两侧为两个相同的半圆，两个所述半圆的开口相对，中间为两条线段，该两条线段用于连接两个所述半圆，两个所述半圆和两条所述线段围成封闭结构，所述半圆的半径为r，所述线段的长度为a，厂房建筑框架的长度为L，宽度为N，那么2r+a<L，2r<N，r、a、L、N均为正整数；

所述炉体内能够设置多圈硅棒，每一圈硅棒围成的形状均与所述炉体的截面形状相同，且均与所述炉体的截面形状同心，且每一圈中相邻两根硅棒之间的距离为m，m为正整数。

2.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于，a＝2n×m，n为正整数。

3.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述炉体的底盘上设置有多个喷嘴，且喷嘴分布于相邻两圈硅棒之间。

4.根据权利要求3所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述多圈硅棒具体为4圈硅棒，且从里到外依次为第一圈硅棒、第二圈硅棒、第三圈硅棒以及第四圈硅棒；

所述第一圈硅棒和所述第二圈硅棒之间的喷嘴按照以下方式排布：沿着所述第一圈硅棒，每隔一对硅棒设置有一个喷嘴，且该喷嘴位于与所述一对硅棒相邻的下一对硅棒之间。

5.根据权利要求3所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述第二圈硅棒和所述第三圈硅棒之间的喷嘴按照以下方式排布：沿着所述第三圈硅棒，每隔一根硅棒设置有一个喷嘴，所述喷嘴与所述一根硅棒的下一根硅棒对齐。

6.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于，最外圈的硅棒的外侧设置有多个尾气孔，所述多个尾气孔设置在所述炉体的底盘上。

7.根据权利要求6所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述最外圈硅棒与次外圈硅棒之间设置有喷嘴，且该喷嘴按照以下方式布置：相邻两个尾气孔之间设置有一个喷嘴。

8.根据权利要求2所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述多圈硅棒具体为4圈硅棒，且从里到外依次为第一圈硅棒、第二圈硅棒、第三圈硅棒以及第四圈硅棒，且所述第一圈硅棒、所述第二圈硅棒、所述第三圈硅棒、所述第四圈硅棒分别具有2n+4对、2n+8对、2n+12对、2n+16对硅棒，且所述第一圈硅棒内部区域内还能够设置2(n-1)对硅棒。

9.根据权利要求8所述的多晶硅还原炉，其特征在于，在4圈硅棒中，所述第一圈硅棒、所述第二圈硅棒以及所述第四圈硅棒在线段轨迹上的硅棒数目相同，且对齐设置，所述第三圈硅棒在线段轨迹上的硅棒与所述第一圈硅棒、所述第二圈硅棒以及所述第四硅棒在线段轨迹上的硅棒相互错开。

10.根据权利要求9所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述第一圈硅棒内部区域内的2(n-1)对硅棒分成两组，该两组硅棒沿着所述炉体的截面形状的长轴线排布，且分设在所述炉体的截面形状的中心的两侧，且每一对硅棒中的两根硅棒关于所述炉体的截面形状的长轴线对称设置。

11.根据权利要求10所述的多晶硅还原炉，其特征在于，所述第三圈硅棒在一条线段轨迹上的硅棒根数为2n+1，且中部的硅棒与所述炉体的截面形状的中心对齐，该中部的硅棒的两侧的硅棒分别依次与所述第一圈硅棒内部区域内的2(n-1)对硅棒对齐。

12.根据权利要求10所述的多晶硅还原炉，其特征在于，在n＝1时，所述炉体的截面形状的中心处设置有一个尾气出口，所述炉体的截面形状的两个半圆的圆心处分别设置有一个喷嘴；在所述n≥2时，所述炉体的截面形状的中心处设置有一个喷嘴，所述炉体的截面形状的两个半圆的圆心处分别设置有一个尾气出口，所有的尾气出口和喷嘴均设置于所述炉体的底盘上。

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