JP2018514370A - 流動床反応器システム用ガス分配装置、前記ガス分配装置を含む流動床反応器システム、および前記流動床反応器システムを利用した粒子状ポリシリコンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年4月1日付韓国特許出願第10−2015−0046386号および2015年4月16日付韓国特許出願第10−2015−0053976号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
プレナムチャンバー210と多孔板290を通じて流動床反応チャンバー100内にガスを噴出させる流動床反応器システム用ガス分配装置200であって、
前記プレナムチャンバー210は、同心円状に離隔して配列された複数の環状隔壁220;前記環状隔壁により区画され、少なくとも一つのガス流入口232および複数のガス排出口235をそれぞれ独立的に有する複数の環状空間230;前記ガス流入口232に連結されて前記環状空間230にそれぞれ独立的にガスを供給する複数のガス供給管240;および前記ガス排出口235に対応して連結された複数のガス排出管250を含み、
前記多孔板290は、前記プレナムチャンバー210のガス排出管250の末端に接し、前記ガス排出管250に対応する複数の開口部を有する、
流動床反応器システム用ガス分配装置が提供される。
前記ガス分配装置200;
前記ガス分配装置の多孔板上に配置され、シリコンシード投入口を有する流動床反応チャンバー100;
前記ガス分配装置200のガス供給管240とそれぞれ独立的な流動化ガス流量調節器350を介して連結された流動化ガスタンク300;
前記ガス分配装置200のガス供給管240とそれぞれ独立的なシリコン原料ガス流量調節器450を介して連結されたシリコン原料ガスタンク400;および
前記流動床反応チャンバー100内部に形成されたシリコンシードの流動層の状態を観察してそれぞれの流動化ガス流量調節器350およびシリコン原料ガス流量調節器450に電気信号530を伝達する流動層モニタリング装置500
を含む粒子状ポリシリコン製造用流動床反応器システムが提供される。
前記第1ボディー部110は、前記多孔板上に放射状に互いに離隔配置されて前記第2ボディー部120に連結された複数の反応空間を提供する複数の反応管115と、前記反応管115の外周面の少なくとも一部をそれぞれ囲む複数の加熱部117とを有し;
前記第2ボディー部120は、前記第1ボディー部110の複数の反応管115と連結された一つの反応空間を提供し;
前記ヘッド部130は、前記流動床反応チャンバーの上部を密閉し、前記第2ボディー部120よりも大きい直径を有することができる。
流動床反応チャンバーに流動化ガスおよびシリコン原料ガスを供給してシリコンシードの流動層を形成する段階、
前記シリコン原料ガスと接触するシリコンシードの表面にシリコンを蒸着させて前記シリコンシードを成長させる段階、
前記成長により流動性が減少したシリコンシードを前記流動床反応チャンバーから回収する段階、および
前記流動床反応チャンバーにシリコンシードを投入する段階を含み;
前記段階は、連続的且つ反復的に行われ;
前記流動床反応器システムの流動層モニタリング装置で観察された流動層の状態により、複数のガス供給管を通じて各環状空間に供給される流動化ガスおよびシリコン原料ガスの流量がそれぞれ独立的に調節され得る。
前記流動床反応チャンバーの直径に対して3倍乃至6倍の高さに維持され、85mol%以上の流動化ガスと15mol%未満のシリコン原料ガスが前記プレナムチャンバーの複数の環状空間に均等に供給される気泡流動層;および
前記気泡流動層の初期高さに対して1.2倍乃至1.7倍の高さに維持され、前記プレナムチャンバー半径の1/3以内に位置する環状空間に85mol%未満の流動化ガスと15mol%以上のシリコン原料ガスが供給され、残りの環状空間に流動化ガスのみが供給される噴出流動層であって、製造工程全体にかけて連続的且つ反復的に転換され、
前記シリコンシードの流動層が噴出流動層から気泡流動層に転換される区間において、前記成長により流動性が減少したシリコンシードが回収され得る。
従来知られた粒子状ポリシリコン製造用流動床反応器の大部分は、気泡流動層または噴出流動層の形成が可能なように設計されたものであるため、一つの反応器で気泡流動層と噴出流動層間の転換は事実上不可能であった。
プレナムチャンバー210と多孔板290を通じて流動床反応チャンバー100内にガスを噴出させる流動床反応器システム用ガス分配装置200であって、
前記プレナムチャンバー210は、同心円状に離隔して配列された複数の環状隔壁220;前記環状隔壁により区画され、少なくとも一つのガス流入口232および複数のガス排出口235をそれぞれ独立的に有する複数の環状空間230;前記ガス流入口232に連結されて前記環状空間230にそれぞれ独立的にガスを供給する複数のガス供給管240;および前記ガス排出口235に対応して連結された複数のガス排出管250を含み、
前記多孔板290は、前記プレナムチャンバー210のガス排出管250の末端に接し、前記ガス排出管250に対応する複数の開口部を有する、
流動床反応器システム用ガス分配装置が提供される。
一方、発明の他の一実施形態によると、
前述したガス分配装置200;
前記ガス分配装置の多孔板上に配置され、シリコンシード投入口を有する流動床反応チャンバー100;
前記ガス分配装置200のガス供給管240とそれぞれ独立的な流動化ガス流量調節器350を介して連結された流動化ガスタンク300;
前記ガス分配装置200のガス供給管240とそれぞれ独立的なシリコン原料ガス流量調節器450を介して連結されたシリコン原料ガスタンク400;および
前記流動床反応チャンバー100内部に形成されたシリコンシードの流動層の状態を観察してそれぞれの流動化ガス流量調節器350およびシリコン原料ガス流量調節器450に電気信号530を伝達する流動層モニタリング装置500
を含む粒子状ポリシリコン製造用流動床反応器システムが提供される。
一方、発明のまた他の一実施形態によると、前述した流動床反応器システムを利用した粒子状ポリシリコンの製造方法が提供される。
流動床反応チャンバーに流動化ガスおよびシリコン原料ガスを供給してシリコンシードの流動層を形成する段階、
前記シリコン原料ガスと接触するシリコンシードの表面にシリコンを蒸着させて前記シリコンシードを成長させる段階、
前記成長により流動性が減少したシリコンシードを前記流動床反応チャンバーから回収する段階、および
前記流動床反応チャンバーにシリコンシードを投入する段階を含み;
前記段階は、連続的且つ反復的に行われ;
前記流動床反応器システムの流動層モニタリング装置で観察された流動層の状態により、複数のガス供給管を通じて各環状空間に供給される流動化ガスおよびシリコン原料ガスの流量がそれぞれ独立的に調節される。
前記流動床反応チャンバーの直径に対して3倍乃至6倍の高さに維持され、85mol%以上の流動化ガスと15mol%未満のシリコン原料ガスが前記プレナムチャンバーの複数の環状空間に均等に供給される気泡流動層;および
前記気泡流動層の初期高さに対して1.2倍乃至1.7倍の高さに維持され、前記プレナムチャンバー半径の1/3以内に位置する環状空間に85mol%未満の流動化ガスと15mol%以上のシリコン原料ガスが供給され、残りの環状空間に流動化ガスのみが供給される噴出流動層であって、製造工程全体にかけて連続的且つ反復的に転換され、
前記シリコンシードの流動層が噴出流動層から気泡流動層に転換される区間において、前記成長により流動性が減少したシリコンシードが回収され得る。
110 第1ボディー部
115 反応管
117 加熱部
120 第2ボディー部
130 ヘッド部
200 ガス分配装置
210 プレナムチャンバー
290 多孔板
220 環状隔壁
230 環状空間
232 ガス流入口
235 ガス排出口
240 ガス供給管
250 ガス排出管
257 冷却チャンネル
260 生成物回収管
300 流動化ガスタンク
350 流動化ガス流量調節器
400 シリコン原料ガスタンク
450 シリコン原料ガス流量調節器
500 流動層モニタリング装置
530 電気信号
B 気泡流動層
S 噴出流動層
Claims (15)
- プレナムチャンバー(210)と多孔板(290)を通じて流動床反応チャンバー(100)内にガスを噴出させる流動床反応器システム用ガス分配装置(200)であって、
前記プレナムチャンバー(210)は、同心円状に離隔して配列された複数の環状隔壁(220);前記環状隔壁により区画され、少なくとも一つのガス流入口(232)および複数のガス排出口(235)をそれぞれ独立的に有する複数の環状空間(230);
前記ガス流入口(232)に連結されて前記環状空間(230)にそれぞれ独立的にガスを供給する複数のガス供給管(240);および前記ガス排出口(235)に対応して連結された複数のガス排出管(250)を含み、
前記多孔板(290)は、前記プレナムチャンバー(210)のガス排出管250の末端に接し、前記ガス排出管(250)に対応する複数の開口部を有する、
流動床反応器システム用ガス分配装置。 - 前記プレナムチャンバー(210)は、3乃至10個の環状隔壁220を有する、請求項1に記載の流動床反応器システム用ガス分配装置。
- 前記複数のガス排出管(250)は、スロットルノズル(throttle nozzle)、ベンチュリノズル(venturi nozzle)、およびジェットノズル(jet nozzle)からなる群より選択された1種以上の形態を有する、請求項1に記載の流動床反応器システム用ガス分配装置。
- 前記複数のガス排出管(250)に隣接して各ガス排出管を冷却させる複数の冷却チャンネル(257)をさらに含む、請求項1に記載の流動床反応器システム用ガス分配装置。
- 前記多孔板(290)は、周縁よりも中心が凹形の形態を有する、請求項1に記載の流動床反応器システム用ガス分配装置。
- 前記同心円の中心に位置する環状空間と前記多孔板の中心を貫通する生成物回収管(260)とをさらに含む、請求項1に記載の流動床反応器システム用ガス分配装置。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のガス分配装置(200);
前記ガス分配装置の多孔板上に配置され、シリコンシード投入口を有する流動床反応チャンバー(100);
前記ガス分配装置(200)のガス供給管(240)とそれぞれ独立的な流動化ガス流量調節器(350)を介して連結された流動化ガスタンク(300);
前記ガス分配装置(200)のガス供給管(240)とそれぞれ独立的なシリコン原料ガス流量調節器450を介して連結されたシリコン原料ガスタンク(400);および
前記流動床反応チャンバー(100内部に形成されたシリコンシードの流動層の状態を観察してそれぞれの流動化ガス流量調節器(350)およびシリコン原料ガス流量調節器(450)に電気信号(530)を伝達する流動層モニタリング装置(500)
を含む粒子状ポリシリコン製造用流動床反応器システム。 - 前記流動床反応チャンバー(100)は、前記ガス分配装置の多孔板(290)上に順に連結されて一つの内部空間を形成する第1ボディー部(110)、第2ボディー部(120)およびヘッド部(130)を有し;
前記第1ボディー部(110は、前記多孔板上に放射状に互いに離隔配置されて前記第2ボディー部(120)に連結された複数の反応空間を提供する複数の反応管(115)と、前記反応管(115)の外周面の少なくとも一部をそれぞれ囲む複数の加熱部(117)とを有し;
前記第2ボディー部(120)は、前記第1ボディー部(110)の複数の反応管(115)と連結された一つの反応空間を提供し;
前記ヘッド部(130)は、前記流動床反応チャンバーの上部を密閉し、前記第2ボディー部(120)よりも大きい直径を有する、請求項7に記載の粒子状ポリシリコン製造用流動床反応器システム。 - 請求項7に記載の流動床反応器システムを利用した粒子状ポリシリコンの製造方法。
- 流動床反応チャンバーに流動化ガスおよびシリコン原料ガスを供給してシリコンシードの流動層を形成する段階、
前記シリコン原料ガスと接触するシリコンシードの表面にシリコンを蒸着させて前記シリコンシードを成長させる段階、
前記成長により流動性が減少したシリコンシードを前記流動床反応チャンバーから回収する段階、および
前記流動床反応チャンバーにシリコンシードを投入する段階を含み;
前記段階は、連続的且つ反復的に行われ;
前記流動床反応器システムの流動層モニタリング装置で観察された流動層の状態により、複数のガス供給管を通じて各環状空間に供給される流動化ガスおよびシリコン原料ガスの流量がそれぞれ独立的に調節される、請求項9に記載の粒子状ポリシリコンの製造方法。 - 前記シリコンシードの流動層は、
前記流動床反応チャンバーの直径に対して3倍乃至6倍の高さに維持され、85mol%以上の流動化ガスと15mol%未満のシリコン原料ガスが前記プレナムチャンバーの複数の環状空間に均等に供給される気泡流動層;および
前記気泡流動層の初期高さに対して1.2倍乃至1.7倍の高さに維持され、前記プレナムチャンバー半径の1/3以内に位置する環状空間に85mol%未満の流動化ガスと15mol%以上のシリコン原料ガスが供給され、残りの環状空間に流動化ガスのみが供給される噴出流動層であって、製造工程全体にかけて連続的且つ反復的に転換され、
前記シリコンシードの流動層が噴出流動層から気泡流動層に転換される区間において、前記成長により流動性が減少したシリコンシードを回収する、請求項10に記載の粒子状ポリシリコンの製造方法。 - 前記流動床反応器システムのガス分配装置(200)において、前記プレナムチャンバー(210)の最外郭に位置する環状空間には、製造工程全体にかけて流動化ガスのみが供給される、請求項10に記載の粒子状ポリシリコンの製造方法。
- 前記シリコン原料ガスは、モノシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、トリクロロシラン(SiHCl3)、およびシリコンテトラクロライド(SiCl4)からなる群より選択された1種以上を含有するガスである、請求項10に記載の粒子状ポリシリコンの製造方法。
- 前記流動化ガスは、水素、窒素、アルゴン、およびヘリウムからなる群より選択された1種以上を含有するガスである、請求項10に記載の粒子状ポリシリコンの製造方法。
- 前記流動床反応チャンバーに投入されるシリコンシードは、50乃至800μmの粒径を有する、請求項10に記載の粒子状ポリシリコンの製造方法。
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