CN201105988Y - 多晶硅氢还原炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多晶硅氢还原炉。包括带有冷却装置的炉壁，炉壁上安装有视镜，视镜包括视镜玻璃和通入还原炉内壁的内空式镜筒，炉壁安装在底盘上；底盘上布有进、出气装置，底盘设有加热电极，电极上一一对应安装有硅芯棒，硅芯棒和电极为各18对，即各36个，且在底盘上沿三个同心圆周均布设置，所述视镜玻璃为单层玻璃结构，视镜玻璃内表面侧的镜筒筒壁上设有两端分别与镜筒外的进气管和镜筒内通道相通的气体通道。本实用新型不仅可以实现大直径、多对棒生产，提高了多晶硅产量，有效节约了生产成本，同时有效解决了由于水冷而污染视镜玻璃和形成硅附着物的问题，并且结构简单，保证了视镜在生产中不被污染。

Description

多晶硅氢还原炉

技术领域

本实用新型涉及一种多晶硅生产设备，主要涉及多晶硅氢还原炉。

背景技术

多晶硅氢还原炉是多晶硅生产的专用设备，对产品的质量要求很高，同时多晶硅氢还原炉又是一个高耗能的设备。因此，还原炉的结构好坏，以及是否节能，直接影响到产品的质量、性能和生产成本。而现有技术中，多晶硅氢还原炉主要存在以下问题：1、还原炉生产多晶硅都是采用硅芯棒作为发热体，并使产品沉积在高温的纯硅芯棒上，初始的硅芯棒直径为8-10mm，而纯硅在常温下导电性能很差，电阻率很大，一般为数十到数百Ω-cm，因此使用一般的常规电压不能在纯硅芯棒载体进行初始启动发热；2、在多晶硅生产中，多晶硅氢还原炉测温视镜是测量炉内硅棒温度的窗口，在现有技术中，测温视镜常常被污染，其原因有两个：①视镜往往都是采用双层玻璃结构，由于生产中还原炉的炉内温度很高，导致视镜玻璃温度也很高，往往通水冷却，在长时间水冷过程中，视镜玻璃很容易被水中污垢污染，从而影响观测。②在生长过程中，由于玻璃内表面温度较高，混合气就可以很容易在玻璃的内表面沉积，形成有色的无定形硅，而污染视镜。而在生产中，视镜的污染将直接影响温度测量，导致误差很大，使得硅棒温度闭环控制无法使用，闭环控制是指用测得的温度与设定的温度进行比较，将差值经过运算去控制加热电源的加热功率，使得测得的温度与设定的温度的差值控制在设定的范围内，若测得的温度不准确，控制加热电源的加热功率就无法控制，现有技术就是因为视窗污染而只能人工控制。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种多晶硅氢还原炉。本实用新型不仅可以实现大直径、多对棒生产，提高了多晶硅产量，有效节约了生产成本，同时有效解决了由于水冷而污染视镜玻璃和形成硅附着物的问题，并且结构简单，保证了视镜在生产中不被污染。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：

多晶硅氢还原炉，包括带有冷却装置的炉壁，炉壁上安装有视镜，所述视镜包括视镜玻璃和通入还原炉内壁的内空式镜筒，视镜玻璃安装在位于还原炉炉壁之外的镜筒上，镜筒筒壁在靠近视镜玻璃的位置设有水冷结构；炉壁安装在底盘上；底盘上布有进、出气装置，底盘设有加热电极，电极上一一对应安装有硅芯棒，其特征在于：硅芯棒和电极为各18对，即各36个，且在底盘上沿三个同心圆周均布设置，从内圆周向外圆周分别设置为3对、5对、10对；所述内圆周的3对硅芯棒为低电阻率硅芯棒，其余两圆周上为常规电阻率硅芯棒；所述视镜玻璃为单层玻璃结构，视镜玻璃内表面侧的镜筒筒壁上设有两端分别与镜筒外的进气管和镜筒内通道相通的气体通道。

在镜筒中部的筒壁或位于还原炉内的镜筒筒壁上，也设有至少一个两端分别与镜筒外的进气管和镜筒内通道相通的气体通道。气体通道包括至少一个直通道或斜通道，或至少一个直通道和环形通道，或至少一个斜通道和环形通道。

所述水冷结构为环形水冷结构或螺旋水冷结构。

所述低电阻率硅芯棒为电阻率为0.05-0.1Ω-cm的掺杂硅芯棒。

所述掺杂硅芯棒是指先在直拉炉中用常规掺杂方法加入硼或磷而制成电阻率为0.05-0.1Ω-cm的预制棒，再将预制棒在硅芯炉中拉制成为电阻率为0.05-0.1Ω-cm的硅芯棒。

所述常规电阻率硅芯棒是指先在直拉炉中用常规方法制成常规电阻率的预制棒，再将预制棒在硅芯炉中拉制成为常规电阻率的硅芯棒。

本实用新型的优点在于：

1、由于通常氢还原炉的硅芯棒对数和电极对数都是一一对应，都是3的倍数，以符合供电3相平衡要求，同时根据棒距和均匀分布的原则，本实用新型将最内圆周上的硅芯棒和电极对数设置为3对，中圈和外圈圆周设置为5对和10对，总共18对，相对于12对硅芯棒大大增加了数量，符合大直径和多对棒的生产要求，有利于大量提高产量，增加效益。

2、将最内圈的硅芯棒设置为低电阻率硅芯棒，这样在启动时，可以先用低压常规电源对最内圈3对硅芯棒进行加热启动，并不断烘烤中圈和外圈的常规硅芯棒，使中圈和外圈的常规硅芯棒逐渐受热后不断降低电阻率，当常规硅芯棒电阻率降低到0.05-0.1Ω-cm时，再对常规硅芯棒通入低压常规电源进行启动，有效避免了原有直接通入高压电源强行对硅芯棒加热降低电阻率的方式，大大简化了高压电控制设备。

3、本实用新型中由于有掺杂的低电阻率的硅芯棒，其后期沉积的多晶硅产品的品质磷或硼的含量高于未掺杂的硅芯棒沉积生产出的多晶硅产品，但目前太阳能级多晶硅都是需要掺磷或硼，只要事先根据用户的需要进行掺杂，并且每炉产品中掺杂硅棒数量仅有3对，数量很少，因此，并不影响产品质量和用户使用。

4、由于原有视镜为双层结构，并在其间进行水冷，当还原炉的工作压力为0.6MPa时，视镜玻璃很厚，水冷只能冷却视镜玻璃的外表面，而不能冷却内表面，实际冷却效果不好，并容易污染视镜玻璃，本实用新型采用在单层视镜玻璃结构，且在玻璃内表面通入氢气，直接将氢气吹向视镜玻璃内表面进行冷却，并用水冷进行辅助冷却，实现双重冷却，这样不仅冷却效果好，同时避免了水冷对玻璃外表面的污染。同时，由于将气体直接吹向玻璃内表面，这样在镜筒内通道上通过气体将从还原炉内进入镜筒的有氯硅烷的混合气体与玻璃内表面隔绝，可以防止混合气体在玻璃内表面沉积，不易形成有色的无定形硅。

5、为增加使用效果，本实用新型在在镜筒中部的筒壁或位于还原炉内的镜筒筒壁上，也设有至少一个两端分别与镜筒外的进气管和镜筒内通道相通的气体通道，向镜筒内吹入氢气，这样，加上玻璃内表面吹入的氢气，形成一个有至少两路气体组成的隔离带，进而有效的阻止了从还原炉内的有氯硅烷的混合气体进入镜筒内，不仅防止了混合气体在玻璃内表面沉积，同时也起到了隔热的作用。

附图说明：

图1为本实用新型多晶硅氢还原炉结构示意图。

图2为本实用新型中硅芯棒在底盘上的分布示意图。

图3为本实用新型视镜结构示意图。

图中标记：1为外壳体，2为内壳体，3为硅芯棒，4为视镜，5为冷却水环管，6为底盘，7为电极，8为支架，9为导轨，10镜筒11为进气管，12为冷却水出水管，13为气体通道，14为视镜玻璃，15为镜筒内通道，16为冷却水进水管，17为水冷结构，18为喷口，19为进、出气装置。

具体实施方式

多晶硅氢还原炉，包括带有冷却装置的炉壁，炉壁包括内壳体2和外壳体1，炉壁上安装有视镜4，所述视镜4包括视镜玻璃14和通入还原炉内壁的内空式镜筒10，视镜玻璃14安装在位于还原炉炉壁之外的镜筒10上，镜筒10筒壁在靠近视镜玻璃14的位置设有水冷结构17，水冷结构17为环形水冷结构或螺旋水冷结构；所述视镜玻璃14为单层玻璃结构，视镜玻璃14内表面侧的镜筒10的筒壁上设有两端分别与镜筒10外的进气管11和镜筒10的内通道相通15的气体通道13。为增加使用效果，在镜筒10中部的筒壁或位于还原炉内的镜筒10筒壁上，也可以设置两端分别与镜筒10外的进气管11和镜筒10内通道相通15的气体通道13，气体通道13为至少一个直通道，也可以是斜通道，还可以是至少一个直通道和环形通道配合，或至少一个斜通道和环形通道配合。由于原有视镜为双层结构，并在其间进行水冷，当还原炉的工作压力为0.6MPa时，视镜玻璃很厚，水冷只能冷却视镜玻璃的外表面，而不能冷却内表面，实际冷却效果不好，并容易污染视镜玻璃，本实用新型采用在单层视镜玻璃结构，且在玻璃内表面通入氢气，直接将氢气吹向视镜玻璃内表面进行冷却，并用水冷进行辅助冷却，实现双重冷却，这样不仅冷却效果好，同时避免了水冷对玻璃外表面的污染。同时，由于将气体直接吹向玻璃内表面，这样在镜筒内通道上通过气体将从还原炉内进入镜筒的有氯硅烷的混合气体与玻璃内表面隔绝，可以防止混合气体在玻璃内表面沉积，不易形成有色的无定形硅。炉壁安装在底盘6上；底盘6上布有进、出气装置，底盘6设有加热电极7，电极7上一一对应安装有硅芯棒3，硅芯棒3和电极7为各18对，即各36个，且在底盘6上沿三个同心圆周均布设置，从内圆周向外圆周分别设置为3对、5对、10对；所述内圆周的3对硅芯棒为低电阻率硅芯棒，其余两圆周上为常规电阻率硅芯棒；低电阻率硅芯棒为电阻率为0.05-0.1Ω-cm的掺杂硅芯棒。掺杂硅芯棒是指先在直拉炉中用常规掺杂方法加入硼或磷而制成电阻率为0.05-0.1Ω-cm的预制棒，再将预制棒在硅芯炉中拉制成为电阻率为0.05-0.1Ω-cm的硅芯棒。常规电阻率硅芯棒是指先在直拉炉中用常规方法制成常规电阻率的预制棒，再将预制棒在硅芯炉中拉制成为常规电阻率的硅芯棒。

由于通常氢还原炉的硅芯棒对数和电极对数都是一一对应，都是3的倍数，以符合供电3相平衡要求，同时根据棒距和均匀分布的原则，本实用新型将最内圆周上的硅芯棒和电极对数设置为3对，中圈和外圈圆周设置为5对和10对，总共18对，相对于12对硅芯棒大大增加了数量，符合大直径和多对棒的生产要求，有利于大量提高产量，增加效益。此外，将最内圈的硅芯棒设置为低电阻率硅芯棒，这样在启动时，可以先用低压常规电源对最内圈3对硅芯棒进行加热启动，并不断烘烤中圈和外圈的常规硅芯棒，使中圈和外圈的常规硅芯棒逐渐受热后不断降低电阻率，当常规硅芯棒电阻率降低到0.05-0.1Ω-cm时，再对常规硅芯棒通入低压常规电源进行启动，有效避免了原有直接通入高压电源强行对硅芯棒加热降低电阻率的方式，大大简化了高压电控制设备。本实用新型中由于有掺杂的低电阻率的硅芯棒，其后期沉积的多晶硅产品的品质磷或硼的含量高于未掺杂的硅芯棒沉积生产出的多晶硅产品，但目前太阳能级多晶硅都是需要掺磷或硼，只要事先根据用户的需要进行掺杂，并且每炉产品中掺杂硅棒数量仅有3对，数量很少，因此，并不影响产品质量和用户使用。

为增加使用效果，本实用新型在在镜筒中部的筒壁或位于还原炉内的镜筒筒壁上，也设有至少一个两端分别与镜筒外的进气管和镜筒内通道相通的气体通道，向镜筒内吹入氢气，这样，加上玻璃内表面吹入的氢气，形成一个有至少两路气体组成的隔离带，进而有效的阻止了从还原炉内的有氯硅烷的混合气体进入镜筒内，不仅防止了混合气体在玻璃内表面沉积，同时也起到了隔热的作用。

Claims (4)

1、多晶硅氢还原炉，包括带有冷却装置的炉壁(1、2)，炉壁(1、2)上安装有视镜(4)，所述视镜(4)包括视镜玻璃(14)和通入还原炉内壁的内空式镜筒(10)，视镜玻璃(14)安装在位于还原炉炉壁之外的镜筒(10)上，镜筒(10)筒壁在靠近视镜玻璃(14)的位置设有水冷结构(17)；炉壁安装在底盘(6)上；底盘(6)上布有进、出气装置，底盘(6)设有加热电极(7)，电极(7)上一一对应安装有硅芯棒(3)，其特征在于：硅芯棒(3)和电极(7)为各18对，即各36个，且在底盘(6)上沿三个同心圆周均布设置，从内圆周向外圆周分别设置为3对、5对、10对；所述内圆周的3对硅芯棒为低电阻率硅芯棒，其余两圆周上为常规电阻率硅芯棒；所述视镜玻璃(14)为单层玻璃结构，视镜玻璃(14)内表面侧的镜筒(10)筒壁上设有两端分别与镜筒(10)外的进气管(11)和镜筒内通道(15)相通的气体通道(13)。

2、根据权利要求1所述的多晶硅氢还原炉，其特征在于：在镜筒(10)中部的筒壁或位于还原炉内的镜筒(10)筒壁上，也设有至少一个两端分别与镜筒(10)外的进气管(11)和镜筒内通道(15)相通的气体通道(13)；气体通道(13)包括至少一个直通道或斜通道，或至少一个直通道和环形通道，或至少一个斜通道和环形通道。

3、根据权利要求1或2所述的多晶硅氢还原炉，其特征在于：所述低电阻率硅芯棒为电阻率为0.05-0.1Ω-cm的掺杂硅芯棒；所述掺杂硅芯棒是指先在直拉炉中用常规掺杂方法加入硼或磷而制成电阻率为0.05-0.1Ω-cm的预制棒，再将预制棒在硅芯炉中拉制成为电阻率为0.05-0.1Ω-cm的硅芯棒。

4、根据权利要求1或2所述的多晶硅氢还原炉，其特征在于：所述常规电阻率硅芯棒是指先在直拉炉中用常规方法制成常规电阻率的预制棒，再将预制棒在硅芯炉中拉制成为常规电阻率的硅芯棒。

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