CN201105990Y - 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，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，从内圆周向外圆周分别设置为3对、5对、10对；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；底盘上设有喷口，喷口为四组，每组喷口为多个，其中两组喷口形成的圆为同心圆，且均布在底盘每两个硅芯棒圈之间的圆周上，另外两组设置在内圈硅芯棒圆周之内。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。

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、氢还原炉的进气喷口也是多晶硅氢还原炉的极其重要的组成元件，它的喷口的喷速和分布对硅棒的生长和沉积状况有着重大影响。现有技术中，多晶硅氢还原炉大多采用固定截面积喷口，这种结构在对硅棒最终直径要求较小时，缺陷并不突出，但当对硅棒最终直径要求较大时缺陷就比较明显，这时由于还原炉的后期的进气需要量比初期进气需要量差距很大，相差大约为10-20倍，因此固定截面积喷口的喷口流速也会相差10-20倍，喷速太小时，物料分布不均匀；喷速太大时，喷口的阻力太大，会在喷口处形成较大的压差，使流量调节阀无法调节流量。这就会影响沉积的均匀性，影响硅棒棒温的一致性，使得温度很难控制，最终影响沉积速率；3、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，提供一种适用于低压常规电源启动的多晶硅氢还原炉。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。

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，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；所述底盘上设有喷口，所述喷口为四组，每组喷口为多个，其中两组喷口形成的圆为同心圆，且均布在底盘每两个硅芯棒圈之间的圆周上，另外两组设置在内圈硅芯棒圆周之内；每个喷口上设有可拆卸式石墨喷嘴，且每个喷嘴的截面积相同；各组喷口的喷嘴的截面积之和的比为1∶2∶4∶8。

所述每组喷口的下部通过环形管或直管相互连接后与进气装置连通。

所述进气装置在还原炉外还设有分别控制每组喷口流量和开关组合的流量调节阀门。

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、本实用新型将进气喷口分成四组，每组喷嘴的截面积之比分别为1∶2∶4∶8，而每个喷嘴的截面积相同，从而保证了各喷嘴在相同压力下流量、速度相同，这样就解决了多晶硅氢还原炉因炉内物料、温度分布不均匀而带来的硅棒沉积率低、生长不均匀的问题，每组的喷口数量可以根据需要决定，每组喷口间的连接可以是环形，也可以是直管，炉外的四组阀门在不同生产时期按流量大小的需要将四个喷口组进行开关组合，组成了多个单位截面积的变化，这就保证在整个生产过程中喷口始终保持着相同的喷速。

5、由于改善炉子内物料成分的均匀分布是生长大直径多晶硅棒的突出问题，尤其是HCl分布的均匀性，直接影响着每个部位的沉积速率，影响着多晶硅棒直径的均匀性，影响着温度分布的均匀性，从而影响着炉子的平均沉积速率。当气流达到一定速度和流量从每个喷嘴喷出时，在喷口附近就产生低压区，周围的物料就会流向低压区，与喷口喷出的物流一起喷向炉顶，形成环流，起着强烈的搅拌作用，在硅棒的生产初期，进气流量和速度不需要很大，这样就可以仅开启部分喷口，随着流量的增加，就需要增加更多的喷口数量，直至喷口全部工作，从而保证在大直径时也可以获得较高的沉积速率。

6、由于还原炉在生产过程中，炉内温度很高，因此将喷口的喷嘴设计成可拆卸式石墨喷嘴，这样不仅可以耐高温，而且可以根据不同的生产需要，简单、方便的更换喷嘴。

附图说明：

图1为本实用新型硅芯棒和喷口在炉内底盘上的分布示意图。

图2为本实用新型氢还原炉结构示意图。

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为喷口，11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壳1、2，炉壳安装在底盘6上；底盘6上布有进、出气装置，底盘上设有进气喷口10，喷口10为四组，每组喷口为多个，其中两组喷口形成的圆为同心圆，且均布在底盘6的每两个硅芯棒3圈之间的圆周上，另外两组设置在内圈硅芯棒3的圆周之内；每个喷口10上设有可拆卸式石墨喷嘴，且每个喷嘴的截面积相同；并均匀分布在底盘6的每两个电极圈之间的同一圆周上；各组喷口10的喷嘴的截面积之和的比为1∶2∶4∶8，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3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。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。

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。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。

本实用新型将进气喷口分成四组，每组喷嘴的截面积之比分别为1∶2∶4∶8，并将其均匀地分布各圆周和电极之间，而每个喷嘴的截面积相同，从而保证了各喷嘴在相同压力下流量、速度相同，这样就解决了多晶硅氢还原炉因炉内物料、温度分布不均匀而带来的硅棒沉积率低、生长不均匀的问题，每组的喷口数量可以根据需要决定，每组的喷口间的连接可以环形，也可以是直管，炉外的四组阀门在不同生产时期按流量大小的需要将四个喷口组进行开关组合，组成了多个单位截面积的变化，这就保证在整个生产过程中喷口始终保持着相同的喷速。由于改善炉子内物料成分的均匀分布是生长大直径多晶硅棒的突出问题，尤其是HCl分布的均匀性，直接影响着每个部位的沉积速率，影响着多晶硅棒直径的均匀性，影响着温度分布的均匀性，从而影响着炉子的平均沉积速率。当气流达到一定速度和流量从每个喷嘴喷出时，在喷口附近就产生低压区，周围的物料就会流向低压区，与喷口喷出的物流一起喷向炉顶，形成环流，起着强烈的搅拌作用，在硅棒的生产初期，进气流量和速度不需要很大，这样就可以仅开启部分喷口，随着流量的增加，就需要增加更多的喷口数量，直至喷口全部工作，从而保证在大直径时也可以获得较高的沉积速率。由于还原炉在生产过程中，炉内温度很高，因此将喷口的喷嘴设计成可拆卸式石墨喷嘴，这样不仅可以耐高温，而且可以根据不同的生产需要，简单、方便的更换喷嘴。

Claims (6)

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)，炉壁安装在底盘(6)上；底盘(6)上布有进、出气装置(11)，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；所述底盘(6)上设有喷口(10)，所述喷口(10)为四组，所述每组喷口(10)为多个，其中两组喷口(10)形成的圆为同心圆，且均布在底盘(6)每两个硅芯棒(3)圈之间的圆周上，另外两组设置在内圈硅芯棒(3)圆周之内；每个喷口(10)上设有可拆卸式石墨喷嘴，且每个喷嘴的截面积相同；各组喷口(10)的喷嘴的截面积之和的比为1∶2∶4∶8。

2、根据权利要求1所述的多晶硅氢还原炉，其特征在于：所述每组喷口(10)的下部通过环形管或直管相互连接后与进气装置(11)连通。

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：所述进气装置(11)在还原炉外还设有分别控制每组喷口(10)流量和开关组合的流量调节阀门。

4、根据权利要求1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。

5、根据权利要求1所述的多晶硅氢还原炉，其特征在于：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。

6、根据权利要求1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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