KR101210759B1

KR101210759B1 - 폴리실리콘 제조용 전극봉

Info

Publication number: KR101210759B1
Application number: KR1020120061977A
Authority: KR
Inventors: 서경수
Original assignee: 서경수
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2012-12-11

Abstract

본 발명은 폴리실리콘 제조용 전극봉에 관한 것으로 전극봉의 수명을 연장하면서 안정적인 지속적 사용을 할 수 있도록 하기 위하여, 폴리실리콘을 제조하기 위해 순동으로 제조되는 전극봉에 있어서, 하단측에 마주하게 냉각수의 유입로 및 배출로가 형성되고, 유입로 및 배출로에 연통되며 내부 전체를 순환하도록 냉각순환로가 형성되는 원형 형태의 하부지지봉; 상기 하부지지봉의 상단측에 형성되며, 하부지지봉 직경보다 큰 직경으로 형성되는 경계봉; 상기 경계봉의 상단측에 형성되며, 상기 하부지지봉의 직경보다 작은 직경으로 형성되어 폴리실리콘이 증착되는 필라멘트와이어가 연결되는 상부지지봉을 포함하여 이루어지되, 상기 유입로는 하부지지봉의 설치 길이방향 중심에 설치되는 내측파이프에 연결되고, 상기 배출로는 내측파이프의 외측에 이격되어 감싸도록 설치되는 외측파이프에 연결되어 유입로를 통해 유입되는 냉각수가 내측파이프를 따라 수직상부측으로 이동된 후 외측파이프를 따라 수직하부측으로 이동되어 배출로를 통해 배출되어지도록 구성되고, 상기 상부지지봉 전체표면 및 경계봉의 상부면에 은코팅층을 형성하고, 경계봉의 측면 및 하부면에 세라믹코팅층을 형성하여 구성된다.

Description

폴리실리콘 제조용 전극봉{Electrode bar for manufacturing polysilicon}

본 발명은 폴리실리콘 제조용 전극봉에 관한 것으로서, 특히 전극봉의 수명을 연장하면서 안정적인 지속적 사용을 할 수 있도록 하는 폴리실리콘 제조용 전극봉에 관한 것이다.

일반적으로 폴리실리콘(polysilicon)은 태양전지에서 빛에너지를 전기에너지로 전환시키는 역할을 하는 작은 실리콘 결정체들로 이루어진 물질로서, 일반 실리콘에 비하여 발수성이나 내화성, 산화 안정성, 저온 안전성, 가스 투과성 등이 뛰어난 장점이 있다. 이러한 폴리실리콘은 결정구조가 다결정 상태이면서 순도가 매우 높아 현재 반도체소자, 태양전지 등 상업적으로 널리 이용되고 있는 실정이다.

현재 사용되고 있는 폴리실리콘의 대표적인 공정예는 화학기상증착법으로 실리콘으로 제조된 필라멘트와이어에 전력을 공급하여 고온으로 가열하고, 99% 순도의 규소(Si)를 고순도 실란가스로 전환시킨 다음 이러한 실란가스를 소정의 비율로 수소가스와 함께 그 고온, 고압의 반응기에 공급하여 그 실란가스의 열분해 및 수소환원 반응에 따른 규소의 필라멘트와이어 표면에의 증착을 통해 로드(rod) 형태의 폴리실리콘을 형성하게 된다.

상기한 폴리실리콘의 제조시 사용되는 필라멘트와이어의 양측단에는 전극봉이 연결된다. 이때 전극봉은 통상 순동으로 형성되므로 각종 가스 등을 사용하는 반응기 내에서 부식이 발생되어 사용수명이 짧은 문제점이 있었다.

또한 전력 공급시 전극봉에서 발생되는 전기부하로 인해 근접설치된 다른 기기들에 영향을 끼치게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 전극봉의 수명을 연장하면서도 다른 기기들에 불안정한 영향을 끼치지 않도록 하여 안정적으로 지속적 사용을 할 수 있도록 하는 폴리실리콘 제조용 전극봉을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 폴리실리콘을 제조하기 위해 순동으로 제조되는 전극봉에 있어서, 하단측에 마주하게 냉각수의 유입로 및 배출로가 형성되고, 유입로 및 배출로에 연통되며 내부 전체를 순환하도록 냉각순환로가 형성되는 원형 형태의 하부지지봉; 상기 하부지지봉의 상단측에 형성되며, 하부지지봉 직경보다 큰 직경으로 형성되는 경계봉; 상기 경계봉의 상단측에 형성되며, 상기 하부지지봉의 직경보다 작은 직경으로 형성되어 폴리실리콘이 증착되는 필라멘트와이어가 연결되는 상부지지봉을 포함하여 이루어지되, 상기 유입로는 하부지지봉의 설치 길이방향 중심에 설치되는 내측파이프에 연결되고, 상기 배출로는 내측파이프의 외측에 이격되어 감싸도록 설치되는 외측파이프에 연결되어 유입로를 통해 유입되는 냉각수가 내측파이프를 따라 수직상부측으로 이동된 후 외측파이프를 따라 수직하부측으로 이동되어 배출로를 통해 배출되어지도록 구성되고, 상기 상부지지봉 전체표면 및 경계봉의 상부면에 은코팅층을 형성하고, 경계봉의 측면 및 하부면에 세라믹코팅층을 형성하여 구성됨을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조용 전극봉을 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 폴리실리콘 제조용 전극봉은 폴리실리콘의 제조를 위한 각종 가스 등에 노출되는 부위인 상부지지봉의 전체표면 및 경계봉의 상부면에 은코팅층을 형성함으로써 전극봉 내로 각종 가스 등의 침투를 방지하여 전극봉의 전체 수명을 연장할 수 있게 되고, 은코팅층이 형성되지 않은 경계봉의 측면 및 하부면에 세라믹코팅층을 형성함으로써 전극봉 자체에서 방전되도록 하여 주변설비들의 부하를 방지하도록 하는 이점이 있다.

또한 제조상에서 파손되기 쉬운 상부지지봉 및 경계봉의 일부를 교체할 수 있도록 구성함으로써 교체 및 수리에 대한 비용 및 시간을 줄일 수 있게 되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 폴리실리콘 제조용 전극봉의 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 전극봉의 측단면도,
도 3은 본 발명에 의한 사용 상태 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 설치 상태 단면도,
도 5는 본 발명에 의한 설치 상태 분해 사시도이다.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 보면 본 발명에 의한 폴리실리콘 제조용 전극봉(A)은 폴리실리콘(polysilicon)을 제조하기 위해 순동으로 제조되는 전극봉(A)에 있어서, 하단측의 하부지지봉(10)과, 하부지지봉(10)의 상부에 형성되는 경계봉(20), 경계봉(20)의 상부에 형성되는 상부지지봉(30), 상부지지봉(30)의 전체표면 및 경계봉(20)의 상부면에 형성되는 은코팅층(40), 경계봉(20)의 측면 및 하부면에 형성되는 세라믹코팅층(42)으로 이루어진다.

상기 하부지지봉(10), 경계봉(20) 및 상부지지봉(30)은 모두 원형의 봉 형태로 이루어지는 것이 바람직하며, 설치조건 등에 따라 사각형 등의 각형 형태로도 구성될 수 있다.

상기 하부지지봉(10)은 그 내부의 하단측에 마주하게 냉각수의 유입로(11) 및 배출로(12)가 형성되고, 유입로(11) 및 배출로(12)에 연통되면서 하부지지봉(10)의 내부 전체를 순환하도록 냉각순환로(13)가 형성된다.

이때 냉각순환로(13)는 냉각수의 유입 및 배출이 원활하게 이루어지면서 하부지지봉(10)의 내부 전체를 순환하면서 냉각 기능을 발휘하기 위하여 도 2 및 도 3에서와 같이 하부지지봉(10)의 설치 길이방향 중심에 내측파이프(16)를 설치하고 내측파이프(16)의 외측에 이격되어 감싸도록 외측파이프(17)를 설치하되, 내측파이프(16)는 유입로(11)에 연결되고 외측파이프(17)는 배출로(12)에 연결되도록 하여 유입로(11)를 통해 유입되는 냉각수가 내측파이프(16)를 따라 수직상부측으로 이동된 후 외측파이프(17)를 따라 수직하부측으로 이동되어 배출로(12)를 통해 배출되어지도록 구성된다.

상기 하부지지봉(10)의 상단측에 형성되는 경계봉(20)은 하부지지봉(10)의 직경보다 큰 직경으로 외측으로 더 돌출되게 형성된다. 이때 경계봉(20)은 하부의 하부지지봉(10)과 상부의 상부지지봉(30)을 연결해주면서 설치시 주변 설치요소들이 고정될 수 있는 기능을 수행하게 된다.

상기 경계봉(20)의 상단측에 형성되는 상부지지봉(30)은 하부지지봉(10)의 직경보다 크게 형성되어도 무방하나 전극봉(A)의 설치시 수직설치되기 때문에 안정적인 설치를 위하여 하부지지봉(10)의 직경보다 작게 형성되게 하는 것이 바람직하다.

상기한 하부지지봉(10), 경계봉(20) 및 상부지지봉(30)으로 구성되는 전극봉(A)이 완성되면, 도 2에서와 같이 상부지지봉(30)의 전체표면 및 경계봉(20)의 상부면에 은코팅층(40)을 형성한다.

폴리실리콘을 제조하기 위해 전극봉(A)을 반응기(90) 내부에 설치하게 되면 전극봉(A)은 반응기(90) 내부에 폴리실리콘의 제조를 위해 마련되는 각종 가스 등의 작용에 노출된다. 이때 전극봉(A)의 부식을 방지하여 오래 사용할 수 있도록 하기 위하여 각종 가스 등에 노출되기 쉬운 부분인 상부지지봉(30) 및 경계봉(20)의 표면에 은코팅층(40)을 형성한다.

상기 은코팅층(40)은 전기도금 방식이 사용되며, 은코팅층(40)의 두께는 0.1～0.15㎜로 형성되게 함이 바람직하다. 이때 그 두께가 0.1㎜ 이하이면 상부지지봉(30) 및 경계봉(20)의 표면에 은코팅층(40)의 부착성이 떨어질 뿐만 아니라 얇은 두께로 인하여 각종 가스 등이 쉽게 침투하게 될 단점이 있고, 두께가 0.15㎜ 이상이면 각종 가스 등의 침투 방지는 유리하게 되나 침투방지 조건의 한계치에 다다르거나 그 이상이 되므로 불필요한 자원의 낭비를 초래하게 되고 또한 제조상의 문제까지 초래하게 되는 문제점이 발생될 우려가 있다.

그리고 상기 은코팅층(40)이 형성되지 않은 경계봉(20)의 측면 및 하부면에는 전극봉(A) 자체에서 방전되도록 하여 주변설비들의 부하를 방지하도록 하기 위하여 세라믹코팅층(42)을 형성한다.

상기 세라믹코팅층(42)은 다양한 세라믹재로 사용 가능하나 특히 방전 및 부하방지 기능이 우수한 산화알루미나(AL₂O₃)가 사용되고, 전극봉(A)의 표면에 세라믹재가 고착되는 고압분사 방식이 사용되며, 세라믹코팅층(42)의 두께는 0.1～1.0㎜로 형성되도록 한다. 그 두께가 0.1㎜ 이하이면 경계봉(20)의 측면 및 하부면에 부착성이 떨어질 뿐만 아니라 방전 및 부하방지 기능이 떨어지게 되는 단점이 있고, 두께가 1.0㎜ 이상이면 방전 및 부하방지 기능의 한계치에 다다르거나 그 이상이 되므로 불필요한 자원의 낭비를 초래하게 되는 단점이 있다.

상기한 은코팅층(40) 및 세라믹코팅층(42)이 형성된 전극봉(A)은 도 4에서와 같이 하부지지봉(10) 및 경계봉(20)의 하단면은 반응기(90)의 바닥측에 설치되는 베이스플레이트(61)에 고정된다. 이때 전류공급에 따른 절연방지를 위하여 하부지지봉(10) 및 경계봉(20)과 베이스플레이트(61) 사이에 테프론부쉬(62)를 마련한다. 이때 베이스플레이트(61)는 주로 스틸재로 형성된다.

그리고 경계봉(20)의 상단면 및 측면에는 전극봉(A)의 보호 및 내부로의 온도 침투 방지를 위하여 주로 석영으로 제조되는 보호커버(63)를 구비하고, 상부지지봉(30)에는 탄소성분으로 형성되는 그라파이트(graphite)를 이용하여 고정커버(64)를 구비한다.

상기 전극봉(A)은 폴리실리콘의 제조을 위하여 두개가 한조로 형성되도록 설치되고 두개의 전극봉(A) 상부에 각각 설치되는 고정커버(64) 사이에 폴리실리콘층(80)이 증착 형성되도록 필라멘트와이어(65)를 연결한다. 이때 필라멘트와이어(65)는 설치시 "∩" 형태로 되며, "∩" 의 필라멘트와이어(65) 표면에 폴리실리콘층(80)이 증착 형성된다.

그 일예로서 필라멘트와이어(65)를 3m 가량의 높이로 설치하여 약 2200V의 전류를 흘려 보내고 약 2～3일 정도의 시간이 지나면 도 3에서와 같이 직경 100㎜ 가량의 폴리실리콘층(80)이 필라멘트와이어(65) 상에 형성된다. 아울러 전극봉(A)은 반응기(90) 내에 두개를 한조로 하여 다수조로 설치되며 주로 36개, 48개, 60개, 90개 등으로 설치된다.

한편 도 3에서와 같이 하부지지봉(10)의 하단측의 유입로(11) 및 배출로(12)에 연결되는 냉각수단(50)과도 상호간에 나사결합되도록 구성하여 작업성 및 제조성을 높일 수 있다.

(A) : 전극봉 10 : 하부지지봉
11 : 유입로 12 : 배출로
13 : 냉각순환로 16 : 내측파이프
17 : 외측파이프 20 : 경계봉
30 : 상부지지봉 40 : 은코팅층
42 : 세라믹코팅층 50 : 냉각수단
61 : 베이스플레이트 62 : 테프론부쉬
63 : 보호커버 64 : 고정커버
65 : 필라멘트와이어

Claims

폴리실리콘을 제조하기 위해 순동으로 제조되는 전극봉(A)에 있어서,
하단측에 마주하게 냉각수의 유입로(11) 및 배출로(12)가 형성되고, 유입로(11) 및 배출로(12)에 연통되며 내부 전체를 순환하도록 냉각순환로(13)가 형성되는 원형 형태의 하부지지봉(10);
상기 하부지지봉(10)의 상단측에 형성되며, 하부지지봉(10) 직경보다 큰 직경으로 형성되는 경계봉(20);
상기 경계봉(20)의 상단측에 형성되며, 상기 하부지지봉(10)의 직경보다 작은 직경으로 형성되어 폴리실리콘이 증착되는 필라멘트와이어(65)가 연결되는 상부지지봉(30)을 포함하여 이루어지되,
상기 유입로(11)는 하부지지봉(10)의 설치 길이방향 중심에 설치되는 내측파이프(16)에 연결되고, 상기 배출로(12)는 내측파이프(16)의 외측에 이격되어 감싸도록 설치되는 외측파이프(17)에 연결되어 유입로(11)를 통해 유입되는 냉각수가 내측파이프(16)를 따라 수직상부측으로 이동된 후 외측파이프(17)를 따라 수직하부측으로 이동되어 배출로(12)를 통해 배출되어지도록 구성되고,
상기 상부지지봉(30) 전체표면 및 경계봉(20)의 상부면에 은코팅층(40)을 형성하고, 경계봉(20)의 측면 및 하부면에 세라믹코팅층(42)을 형성하여 구성됨을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조용 전극봉.
제1항에 있어서,
상기 은코팅층(40)의 두께는 0.1～1.0㎜ 이고, 세라믹코팅층(42)의 두께는 0.1～0.15㎜ 임을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조용 전극봉.
제1항에 있어서,
상기 하부지지봉(10)의 하단측에 유입로(11) 및 배출로(12)에 연결되는 냉각수단(50)을 연결하되, 냉각수단(50)과 하부지지봉(10)은 나사결합되어 구성됨을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조용 전극봉.
삭제
제1항에 있어서,
상기 세라믹코팅층(42)은 산화알루미나(AL₂O₃)를 전극봉(A)의 표면에 고압분사하여 고착 형성됨을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조용 전극봉.