KR20130053693A - 유동층 반응기 - Google Patents

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KR20130053693A
KR20130053693A KR1020110119258A KR20110119258A KR20130053693A KR 20130053693 A KR20130053693 A KR 20130053693A KR 1020110119258 A KR1020110119258 A KR 1020110119258A KR 20110119258 A KR20110119258 A KR 20110119258A KR 20130053693 A KR20130053693 A KR 20130053693A
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heater
plate
fluidized bed
gas supply
bed reactor
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KR1020110119258A
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정윤섭
권현구
윤여균
김진성
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주식회사 실리콘밸류
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    • B01J8/1872—Details of the fluidised bed reactor
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Abstract

유동층 반응기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기는 실리콘 석출이 일어나는 내부 공간을 갖는 몸체, 상기 몸체에 고정되어 상기 내부 공간에 유동가스를 공급하는 유동가스 공급노즐, 상기 몸체에 고정되어 상기 내부 공간에 반응가스를 공급하는 복수의 반응가스 공급노즐 및 상기 복수의 반응가스 공급노즐 사이에 설치되어 상기 내부 공간으로 열을 공급하는 히터를 포함한다.

Description

유동층 반응기{FLUIDIZED BED REACTOR}
본 발명은 유동층 반응기에 관한 것이다.
다결정실리콘을 제조하기 위하여 실리콘원소를 함유하는 반응가스의 열분해 또는 수소환원 반응으로 실리콘 표면에 실리콘 원소를 계속적으로 석출시키는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 방식이 사용된다.
이와 같이 반도체 응용을 위해 사용되는 다결정실리콘의 상업적 대량생산을 위하여, 지금까지 종형(bell-jar type)의 반응기가 주로 사용되어오고 있으며, 이 반응기를 사용하여 제조된 다결정실리콘 제품의 직경은 약 50 ∼ 300 mm인 봉(棒; rod)형태를 갖는다. 전기저항가열이 핵심인 종형 반응기는 실리콘 석출로 증가하는 봉의 직경에 한계가 있으므로 제품을 연속적으로 생산할 수 없을 뿐만 아니라, 상온의 실리콘 봉의 전기 전도성을 향상시키기 위한 예열과정이 필요하며, 또한 약 1,000 ℃ 이상의 반응온도를 실리콘 봉 표면에 유지시키기 위한 전력소모량이 아주 큰 단점을 가지고 있다.
상기한 바와 같은 단점을 해결하기 위해, 최근에는 입자(粒子)형태로 다결정실리콘을 생산할 수 있게 하는 유동층 반응기를 응용한 실리콘 석출공정이 개발되었다. 이 방법에 따르면, 반응기 내부로 공급되는 반응가스에 의해 실리콘 입자들이 유동되는 유동층(fluidized bed)이 형성된다.
고온으로 가열된 이들 실리콘 입자표면에 반응가스 중의 실리콘원소가 계속 석출됨으로써 입자가 점점 커지게 되어 다결정실리콘 제품이 생산된다. 이때, 크기가 작은 실리콘 종입자(種粒子, seed crystal)에 실리콘 원소의 지속적인 석출로 커짐에 따라 실리콘 입자의 유동성이 줄어들게 되어 유동층 하부로 점차 가라앉게 된다. 실리콘 종입자는 유동층 내부로 연속적 또는 주기적으로 공급할 수 있으며, 석출반응으로 크기가 증가된 실리콘입자, 즉 다결정실리콘 제품은 반응기 하부로부터 연속적 또는 주기적으로 빼낼 수 있다.
유동층 반응기를 통한 다결정 실리콘의 대량 생산은 환경 오염을 대량으로 유발하는 화석 연료를 태양전지로 대체하려는 전지구적 과제가 대두되면서 초미의 관심을 끌게 되었다.
이에 따라 유동층 반응기 제조업체들은 다결정 실리콘의 대량 생산을 위한 다양한 연구 활동을 진행하고 있다. 다결정 실리콘의 대량 생산을 위해서는 실험실에서 사용되는 유동층 반응기에 비해 크기와 높이가 큰 유동층 반응기가 필요하다.
이와 같이 유동층 반응기의 크기와 높이가 커지면 유동층 반응기 내부에 공급된 반응가스 분포의 편차나 히터에서 공급되는 열 분포 편차가 커질 수 있다. 다결정 실리콘의 석출에 필요한 반응가스 또는 열 분포의 편차가 커질 경우 유동층 반응기 내부의 특정 영역에서 다결정 실리콘의 석출 효율이 급격히 떨어지거나 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대형 유동층 반응기 내부의 유동가스와 열 분포의 편차를 줄일 수 있는 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기는 실리콘 석출 반응이 일어나는 유동층 반응기 내부 공간에 유동가스 및 열을 골고루 분포시키기 위한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 실리콘 석출이 일어나는 내부 공간을 갖는 몸체, 상기 몸체에 고정되어 상기 내부 공간에 유동가스를 공급하는 유동가스 공급노즐, 상기 몸체에 고정되어 상기 내부 공간에 반응가스를 공급하는 복수의 반응가스 공급노즐 및 상기 복수의 반응가스 공급노즐 사이에 설치되어 상기 내부 공간으로 열을 공급하는 히터를 포함하는 유동층 반응기가 제공될 수 있다.
상기 몸체는 헤드, 제1 몸체부, 제2 몸체부 및 저면부를 포함하며, 상기 제1 몸체부는 상기 헤드의 아래에 위치하여 상기 헤드와 연결되고, 상기 제2 몸체부는 상기 제1 몸체부의 아래에 위치하여 상기 제1 몸체부와 연결되며, 상기 저면부는 상기 제2 몸체부의 아래에 위치하여 상기 제2 몸체부와 연결되며 상기 유동가스 공급노즐, 상기 반응가스 공급노즐, 및 상기 히터가 조립될 수 있다.
상기 복수의 유동가스 공급노즐들은 상기 내부 공간의 중심으로부터 소정 거리의 반경을 갖는 노즐 영역 둘레 상에 또는 상기 노즐 영역 내부에 설치되며, 상기 하나 이상의 히터가 상기 노즐 영역 내부에 설치될 수 있다.
상기 유동층 반응기는 상기 내부 공간의 둘레 영역을 가열할 수 있는 히터를 더 포함할 수 있다.
상기 히터는 상기 몸체의 내벽면과 상기 반응가스 공급노즐 사이에 설치될 수 있다.
상기 히터에 히터캡이 씌워질 수 있다.
상기 저면부는 상기 유동가스 공급노즐 및 상기 반응가스 공급노즐이 조립되는 기저 플레이트, 상기 기저 플레이트 상에 위치하여 상기 기저 플레이트를 절연시키는 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트 상에 위치하여 상기 히터에 전기를 공급하는 제2 플레이트, 및 상기 제2 플레이트 상에 위치하여 상기 제2 플레이트를 절연시키는 제3 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 기저 플레이트와 상기 제2 플레이트의 끝단들은 소정 거리만큼 이격될 수 있다.
상기 제2 플레이트와 상기 제3 플레이트 각각은 복수의 단위플레이트들을 포함할 수 있다.
상기 제2 플레이트는 복수의 단위 플레이트들을 포함하며, 상기 히터의 하부는 상기 복수의 단위 플레이트들 중 서로 인접한 상기 단위 플레이트들과 접촉하고, 상기 인접한 단위 플레이트들은 서로 절연될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기는 복수의 반응가스 공급노즐과 반응가스 공급노즐들 사이에 설치되는 히터를 포함함으로써 유동층 반응기의 크기 및 높이가 증가하여도 내부 공간에서의 반응가스 및 열의 분포 편차를 줄일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기를 나타낸다.
도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기의 유동가스 공급노즐 및 히터의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 내부 공간에 하나의 반응가스 공급노즐이 설치되는 경우와 복수 개의 반응가스 공급노즐이 설치될 경우의 유동가스와 반응가스 분포를 나타낸다.
도 2c 및 도 2d는 각각 내부 공간에 하나의 반응가스 공급노즐이 설치되는 경우와 복수 개의 반응가스 공급노즐이 설치될 경우의 반응가스 분포를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 제1 반응관과 제2 반응관의 연결 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기의 플레이트들과 히터의 조립 구조를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기의 유동가스 공급노즐의 조립 구조를 나타낸다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기의 유동가스 공급노즐의 다양한 변형예 들을 나타낸다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기를 나타낸다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 몸체(200), 유동가스 공급노즐(300), 복수의 반응가스 공급노즐(400a, 400b) 및 히터(500)를 포함한다.
몸체(200)는 실리콘 석출이 일어나는 내부 공간(201)을 갖는다.
유동가스 공급노즐(300)은 몸체(200)에 고정되어 몸체(200)의 내부 공간(201)에 몸체 내부의 실리콘 석출이 일어나는 공간에 유동가스를 공급한다.
복수의 반응가스 공급노즐(400a, 400b)은 몸체(200)에 고정되어 몸체(200)의 내부 공간(201)에 반응가스를 공급한다.
히터(500)는 복수의 반응가스 공급노즐(400a, 400b) 사이에 설치되어 몸체(200)의 내부 공간(201)으로 열을 공급한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 각 구성요소 및 동작에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 몸체(200)는 헤드(head)(205), 제1 몸체부(210), 제2 몸체부(230) 및 저면부(250)를 포함할 수 있다.
헤드(205)는 제1 몸체부(210) 상에서 제1 몸체부(210)와 연결된다. 또한 제2 몸체부(230)는 제1 몸체부(210)의 아래에 위치하여 제1 몸체부(210)와 연결된다. 저면부(250)는 제2 몸체부(230)의 아래에 위치하여 제2 몸체부(230)와 연결된다.
본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 몸체(200)는 헤드(205)를 포함하나, 헤드(200) 없이 복수의 몸체부(예를 들어, 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)) 및 저면부(250)를 포함할 수 있으며, 이 경우 제1 몸체부(210)의 상부는 개구되지 않고 밀폐된다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 몸체(200)는 2 개의 몸체부(210, 230)를 포함하나 이에 한정되지 않고 2 개 이상의 몸체부를 포함할 수 있다.
헤드(205)의 내벽은 고온에서 쉽게 변형되지 않는 무기재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 헤드(205)의 내벽은 석영, 실리카(silica), 질화규소, 질화보론(boron nitride), 지르코니아(zirconia), 탄화규소, 흑연, 실리콘, 유리질 탄소 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
또한 헤드(205)의 외벽에 대한 냉각이 가능할 경우 헤드(205)의 내벽에 유기고분자를 이용한 코팅(coating) 또는 라이닝(lining) 중 적어도 하나가 이루어질 수 있다.
헤드(205)의 내벽이 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소와 같은 탄소함유 재료로 이루어진 경우, 다결정 실리콘이 탄소 불순물에 의하여 오염될 수 있으므로, 다결정 실리콘이 접촉할 수 있는 헤드(205)의 내벽은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등과 같은 재료로 코팅되거나 라이닝될 수 있다.
예를 들어, 도 1b의 헤드(205)는 복수의 부분 헤드들(205a, 205b)를 포함할 수 있으며, 제1 부분 헤드(205a)의 내면에 라이닝막(205c)이 위치할 수 있다.
제1 몸체부(210)는 헤드(205)의 아래에 위치하여 헤드(205)와 연결되며 다결정 실리콘 석출 반응이 일어나는 내부 공간(201)을 제공한다.
제2 몸체부(230)는 제1 몸체부(210)의 아래에 위치하여 제1 몸체부(210)와 연결되며 제1 몸체부(210)와 더불어 다결정 실리콘 석출 반응 또는 가열 반응 중 적어도 하나가 일어나는 내부 공간(201)을 제공한다.
저면부(250)는 제2 몸체부(230)의 아래에 위치하여 제2 몸체부(230)와 연결되며 다결정 실리콘 석출을 위한 각종 노즐들(300, 400a, 400b), 히터(500), 전극(600) 등이 조립된다.
이 때 헤드(205), 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)는 탄소강, 스테인리스강, 인콜로이(Incoloy), 하스텔로이(Hasteloy), 또는 이들의 합금강 등과 같이 기계 강도가 우수하고 가공이 용이한 금속재료로 이루어질 수 있으며, 헤드(205), 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)의 내벽면에 버핑(buffing), 전해연마(EP), 화학연마(CP) 등의 표면처리를 통해 면조도를 개선할 수 있다. 이와 같은 재질로 이루어지는 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)의 보호막은 금속, 유기고분자, 세라믹, 또는 석영 등으로 이루어질 수 있다.
헤드(205), 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)의 조립시 내부 공간(201)를 외부 공간으로부터 차단하기 위하여 가스켓(gasket) 또는 실링재(sealing material)가 이용될 수 있다. 제1 몸체부(210)와 제2 몸체부(230)는 원통형 파이프, 플랜지, 튜브 및 피팅(fitting), 판(plate), 원추, 타원 또는 이중벽 사이로 냉각매체가 흐르는 재킷(jacket) 등과 같이 다양한 형태를 지닐 수 있다.
또한 헤드(205), 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)가 금속재질로 이루어진 경우 그 내부 표면에 보호막이 코팅되거나 보호관 또는 보호벽이 추가로 설치될 수 있다. 보호막, 보호관 또는 보호벽은 금속재질로 이루어질 수 있으나 반응기 내부의 오염을 막기 위해 유기고분자, 세라믹, 석영 등과 같은 비금속 재료가 코팅되거나 라이닝될 수 있다.
제1 몸체부(210)와 제2 몸체부(230)는 열팽창 방지, 작업자 보호, 기타 사고 방지 등의 목적으로 물, 오일, 가스, 공기 등과 같은 냉각유체에 의하여 일정 온도범위 이하로 유지될 수 있다. 냉각이 필요한 제1 몸체부(210)와 제2 몸체부(230) 의 내부 혹은 외벽에 냉각 유체의 순환이 가능하도록 제작될 수 있다.
한편, 제1 몸체부(210)와 제2 몸체부(230)의 외부 표면에 작업자 보호 및 과다한 열손실 방지를 위하여 단열재가 설치될 수 있다.
다결정 실리콘의 대량 생산을 위하여 유동층 반응기의 크기 및 높이가 증가할 경우 유동층 반응기의 조립 설치 및 유지보수가 어려울 수 있다. 즉, 유동층 반응기가 크기가 크고 높이가 높으며 무게가 무거운 하나의 몸체부와 반응관을 포함할 경우 유동층 반응기의 조립, 설치 및 유지 보수시 몸체부의 취급이 어려워져 몸체부에 노즐이나 반응관이 부딪혀 파손될 수 있다.
반면에 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 복수의 몸체부들(210, 230)과 반응관들(215, 235)을 포함하므로 유동층 반응기(10)의 조립, 설치 및 유지 보수가 용이하게 이루어질 수 있다.
제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235)은 튜브 형태이거나, 튜브, 원추 및 타원 부분들을 포함하는 형태를 가질 수 있다. 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235)의 끝 부분은 플랜지형으로 가공될 수 있다. 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235)은 다수의 부분들로 이루어질 수 있고, 이러한 부분들의 일부가 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)의 내벽면에 라이너(liner)와 같은 형태로 설치될 수도 있다.
제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235)의 재질은 고온에서 쉽게 변형되지 않는 무기재료로 이루어질 수 있으며, 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 이트리아, 탄화규소, 흑연, 실리콘, 유리질 탄소 또는 이러한 재료가 혼합된 복합체 등과 같은 무기재료로 이루어질 수 있다.
제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235)이 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소 등의 탄소함유 재질로 이루어진 경우, 탄소함유 재질은 다결정 실리콘을 오염시킬 수 있으므로, 다결정 실리콘이 접촉할 수 있는 반응관의 내벽면은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등으로 코팅 또는 라이닝될 수 있다.
이와 같은 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235)에 대해서는 이후에 도 2a 및 도 2b를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 조립 과정에 대해 상세히 설명한다.
제1 반응관(215)은 제1 몸체부(210)의 내부에 위치하도록 조립한다. 제2 반응관(235)은 제2 몸체부(230)의 내부에 위치하도록 조립하고, 제2 몸체부(230)의 하단을 밀폐하기 위한 저면부(250)에 각종 노즐들(300, 400a, 400b), 전극(600) 및 히터(500)가 조립된다. 제2 반응관(235)이 위치하는 제2 몸체부(230)의 하부에는 저면부(250)가 연결된다. 이후 제1 몸체부(210)와 제2 몸체부(230)가 서로 연결되고 헤드(205)가 제1 몸체부(210)에 연결된다.
저면부(250)에 조립되는 각종 노즐들은 유동가스 공급노즐(300) 및 복수의 반응가스 공급노즐(400a, 400b) 을 포함할 수 있다.
제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235)이 각각 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)에 조립될 경우, 실리콘 석출은 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235)의 내부에서 이루어지므로 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)의 내부 공간(201)은 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235) 내부의 공간일 수 있다.
도 1a 및 도 1b에는 도시되어 있지 않으나 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235) 없이 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)가 조립된다면 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230) 각각의 내측면에 의하여 형성된 공간이 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)의 내부 공간(201)이 될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 제1 반응관과 제2 반응관의 연결 구조를 나타낸다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235)은 각각 제 1 반응관(215) 및 제 2 반응관(235) 끝단에서 제1 몸체부(210)와 제2 몸체부(230) 방향으로 돌출된 돌출부(215a, 235a)를 포함하고, 제1 반응관(215)의 돌출부(215a)와 제2 반응관(235)의 돌출부(235a)는 서로 마주볼 수 있다. 이에 따라 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235) 사이의 접촉 면적이 넓어지므로 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235) 연결시 파손 위험이 줄어든다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 반응관(215)과 제2 반응관(235)의 내구적 취약성을 고려하여 지지링(supporting ring)(270)은 제1 반응관(215)과 제2 반응관(235) 사이에 끼어 있다.
지지링(270)의 재질은 고온에서 쉽게 변형되지 않는 무기재료로 이루어질 수 있으며, 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 탄화규소, 흑연, 실리콘, 유리질 탄소 또는 이러한 재료가 혼합된 복합체 등과 같은 무기재료로 이루어질 수 있다. 지지링(270)이 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소 등의 탄소함유 재질로 이루어진 경우, 탄소함유 재질은 다결정 실리콘을 오염시킬 수 있으므로, 다결정 실리콘이 접촉할 수 있는 지지링(270)의 표면은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등으로 코팅 또는 라이닝될 수 있다.
이 때 도 2a에 도시된 지지링(270)은 실링재(미도시)로 대체가능하며, 이 경우 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235) 사이에 실링재(미도시)가 끼어 있게 된다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 지지링(270)과 제1 반응관(215) 사이 그리고 지지링(270)과 제2 반응관(235) 사이에 실링재(275)가 끼어 있을 수 있다.
도 2a의 지지링(270)을 대체하는 실링재 또는 도 2b의 실링재(275)는 시트(sheet), 니트(knit), 혹은 펠트(felt) 형상을 지닐 수 있으며, 고온에서 견딜 수 있고 오염을 방지할 수 있도록 실리콘을 함유하고 있는 섬유상의 재질로 이루어질 수 있다.
도 2a의 지지링(270)을 대체하는 실링재 또는 도 2b의 실링재(275)는 제1 반응관(215)과 제2 반응관(235) 사이의 틈새를 막을 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 조립, 설치 및 유지 보수의 편의성을 위하여 제1 반응관(215)과 제2 반응관(235)을 포함할 수 있으며, 제1 반응관(215)과 제2 반응관(235) 사이에 틈새가 있을 수 있다. 도 2a의 지지링(270)을 대체하는 실링재 또는 도 2b의 실링재(275)는 제1 반응관(215)과 제2 반응관(235) 사이의 틈새를 막아 실리콘 입자가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
또한 도 2a의 지지링(270)을 대체하는 실링재 또는 도 2b의 실링재(275)는 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235) 연결시 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235)의 파손 위험을 줄일 수 있다.
유동가스 공급노즐(300)은 실리콘 입자를 유동시키는 유동 가스를 공급한다. 이 때 유동가스는 수소, 질소, 아르곤, 헬륨, 염화수소(HCl), 사염화실란(SiCl4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유동가스 공급노즐(300)은 무기재질 성분으로 이루어진 튜브, 라이너 또는 성형품일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
복수 개의 반응가스 공급노즐(400a, 400b)은 실리콘 입자층에 실리콘원소를 함유하는 반응가스를 공급한다. 반응가스는 다결정 실리콘의 석출에 사용되는 원료가스로서 실리콘원소 성분을 포함한다. 반응가스는 모노실란(SiH4), 디실란(disilane : Si2H6), 고차 실란(SinH2n +2, n은 3 이상의 자연수), 이염화실란(DCS : SiH2Cl2), 삼염화실란 (TCS : SiHCl3), 사염화실란(STC : SiCl4), 디브로모실란(SiH2Br2), 트리브로모실란(SiHBr3), silicontetrabromide(SiBr4), diiodosilane(SiH2I2), triiodosilane(SiHI3), silicontetraiodide(SiI4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 때 반응가스는 수소, 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 염화수소 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 반응가스의 공급에 따라 0.5 내지 3 mm 정도인 다결정 실리콘 종입자의 표면에 다결정 실리콘이 석출되어 다결정 실리콘 종입자의 크기가 증가한다. 다결정 실리콘 종입자의 크기가 일정 정도 증가하면 유동층 반응기(10)의 외부로 방출된다.
히터(500)는 유동층 반응기(10)의 내부에 다결정 실리콘 입자의 표면에서 실리콘 석출 반응이 일어나기 위한 열을 공급한다. 히터(500)는 그라파이트 (graphite), 탄화 규소와 같은 세라믹, 또는 금속 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 복수의 반응가스 공급노즐(400a, 400b)을 포함하며, 히터(500)는 복수의 반응가스 공급노즐(400a, 400b) 사이에 설치된다.
앞서 설명된 바와 같이, 다결정 실리콘의 대량 생산을 위하여 유동층 반응기(10)의 크기와 높이가 증가할 경우, 유동층 반응기(10)의 내부 공간(201)이 커지므로 내부 공간(201)에 반응가스가 골고루 퍼져야 한다. 반응가스의 분포 편차가 내부 공간(201)의 영역에 따라 과도하게 발생하는 경우 동일한 내부 공간(201)에서 실리콘 석출이 원활하게 일어나는 영역과 실리콘 석출이 원활하게 일어나지 않는 영역이 존재하게 된다.
예를 들어, 대형 유동층 반응기가 내부 공간의 중심 영역에 설치된 하나의 반응가스 공급노즐을 구비할 경우, 반응가스의 농도는 내부 공간의 둘레 영역에 비하여 내부 공간의 중심 영역에서 더 클 수 있다. 이에 따라 실리콘 석출 반응은 내부 공간의 둘레 영역에 비하여 내부 공간의 중심 영역에서 활발히 일어날 가능성이 높다.
결과적으로 반응가스의 과도한 분포편차는 다결정 실리콘의 생산 효율을 떨어뜨리므로 다결정 실리콘의 대량 생산을 위해서는 반응가스의 분포 편차를 줄이는 것이 필요하다.
본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 내부 공간에 설치된 복수 개의 반응가스 공급노즐(400a, 400b)를 포함하므로 유동층 반응기(10)의 내부 공간(201)이 커지더라도 반응가스를 내부 공간(201)에 골고루 분포시킬 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 내부 공간에 하나의 반응가스 공급노즐이 설치되는 경우와 복수 개의 반응가스 공급노즐이 설치될 경우의 유동가스와 반응가스 분포를 나타낸다. 도 2a 및 도 2b에서 파란 색 부분은 수소가스와 같은 유동가스를 나타낸다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 내부 공간(201)의 중심 영역에 위치하는 하나의 반응가스 공급노즐이 반응가스를 공급할 때 시간이 지남에 따라 점선 영역과 같이 유동가스와 반응가스가 섞이지 않는 영역이 존재한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예와 같이 내부 공간(201)에 설치된 복수 개의 반응가스 공급노즐들(400a, 400b)이 반응가스를 공급하면 시간이 지남에 따라 유동가스와 반응가스가 원활하게 섞임을 알 수 있다.
도 2c 및 도 2d는 각각 내부 공간에 하나의 반응가스 공급노즐이 설치되는 경우와 복수 개의 반응가스 공급노즐이 설치될 경우의 반응가스 분포를 나타낸다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 내부 공간(201)의 중심 영역에 위치하는 하나의 반응가스 공급노즐이 반응가스를 공급할 때 시간이 지남에 따라 반응가스가 내부공간(201)에 골고루 분포하지 않고 특정 영역에 집중적으로 분포하여 반응가스의 분포편차가 큼을 알 수 있다.
반면에 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예와 같이 내부 공간(201)에 설치된 복수 개의 반응가스 공급노즐들(400a, 400b)이 반응가스를 공급하면 시간이 지남에 따라 반응가스가 내부 공간(201)에 골고루 분포하여 반응가스의 분포편차가 작아짐을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)가 복수 개의 반응가스 공급노즐(400a, 400b)를 포함할 경우 반응가스 공급노즐(400a, 400b) 사이에는 히터(500)가 설치되어야 한다. 실리콘 석출 반응은 흡열 반응이므로 내부 공간(201)에 반응가스가 골고루 분포된다고 하더라도 실리콘 석출 반응을 일으킬 수 있는 열이 내부 공간(201)에 공급되지 않는다면 실리콘 대량 생산은 어려워질 수 있다.
즉, 복수 개의 반응가스 공급노즐(400a, 400b)이 설치될 경우 반응가스가 내부 공간(201)에 골고루 분포할 수 있으나 복수 개의 반응가스 공급노즐(400a, 400b) 사이의 영역에 열이 전달되지 않을 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)와 다르게 히터가 내부 공간(201)에 설치되는 것이 아니라 내부 공간(201)의 외부에 설치될 수 있다. 즉, 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)의 외측면 또는 제1 몸체부(210) 및 제2 몸체부(230)의 내측면과 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235) 사이의 영역에 히터가 설치될 경우 히터로부터 공급된 열은 내부 공간의 중심 영역으로 갈수록 감소하게 된다.
이와 같이 히터가 내부 공간(201)의 외부에 설치될 경우 복수의 반응가스 공급노즐(400a, 400b)이 설치되더라도 열이 내부 공간(201)에 균일하게 도달하지 못하여 실리콘 석출반응이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.
특히 내부 공간(201)의 반경 방향으로 마주보는 반응가스 공급노즐들(400a, 400b) 사이의 영역은 내부 공간(201)의 중심 영역을 포함할 수 있으며, 내부 공간(201)의 외부에 설치된 히터는 중심 영역으로 갈수록 적은 양의 열을 전달한다. 따라서 내부 공간(201)의 열 분포 편차가 커지게 된다.
이와 다르게 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 내부 공간(201)에 설치된 복수의 반응가스 공급노즐들(400a, 400b)과, 반응가스 공급노즐들(400a, 400b) 사이에 설치된 히터(500)를 포함한다.
예를 들어, 도 1c에 도시된 바와 같이, 복수의 반응가스 공급노즐들(400a, 400b)은 내부 공간의 중심으로부터 소정 거리의 반경(D)을 갖는 노즐 영역(201a) 둘레 상에 또는 노즐 영역(201a) 내부에 설치되며, 하나 이상의 히터(500)가 노즐 영역 내부에 설치될 수 있다. 이에 따라 히터(500)는 내부 공간(201)의 반경 방향으로 마주보는 복수의 반응가스 공급노즐들(400a, 400b) 사이에 설치될 수 있다.
참고로 도 1c에는 설명의 편의를 위하여 유동가스 공급노즐(300)은 생락되었다. 또한 도 1a 및 도 1b는 도 1c의 A-A'에 따른 유동층 반응기(10)의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 내부 공간(201)이 커지더라도 반응가스 및 열을 내부 공간(201)에 골고루 분포시킬 수 있으므로 실리콘 석출을 효율적으로 수행함으로써 다결정 실리콘을 대량으로 생산할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 내부 공간(201)의 둘레 영역을 가열할 수 있는 히터(500)를 더 포함할 수 있다. 즉, 히터(10)는 몸체(200)의 내벽면과 복수의 반응가스 공급노즐(400a, 400b) 사이에 설치될 수 있으며, 이 때 복수의 반응가스 공급노즐(400a, 400b)은 앞서 설명된 바와 같이 내부 공간(201)의 중심으로부터 소정 거리의 반경(D)을 갖는 노즐 영역(201a) 둘레 상에 또는 노즐 영역(201a) 내부에 설치될 수 있다. 이에 따라 내부 공간(201)에 히터(500)에서 공급된 열이 골고루 분포할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 내부 공간(201)의 둘레 영역은 제2 반응관(235)과, 제2 반응관(235)에 인접한 반응가스 공급노즐(400a 또는 400b) 사이의 영역일 수 있다. 또한 본 발명이 실시예에 따른 유동층 반응기(10)가 제2 반응관(235)을 포함하지 않을 경우 내부 공간(201)의 둘레 영역은 제2 몸체부(230)의 내측면과, 제2 몸체부(230)의 내측면에 인접한 반응가스 공급노즐(400a 또는 400b) 사이의 영역일 수 있다.
각종 노즐들(300, 400a, 400b), 전극(600) 및 히터(500) 등은 저면부(250)를 구성하는 플레이트들(251 내지 257)과 함께 조립된다. 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 저면부(250)는 기저 플레이트(251)와, 제1 내지 제3 플레이트(253, 255, 257)을 포함한다.
기저 플레이트(251)는 제2 몸체부(230)와 연결되고 유동가스 공급노즐(300) 및 반응가스 공급노즐(400a, 400b)이 조립된다. 기저 플레이트(251)는 탄소강, 스테인리스강, 기타 합금강 등 기계 강도가 우수하고 가공이 용이한 금속재료로 이루어질 수 있다.
전극(600)과 접촉하는 기저 플레이트(251)의 영역에는 절연물질(미도시)이 코팅되어 전극(600)과 기저 플레이트(251)가 서로 절연될 수 있다. 전극(600)은 흑연, 탄화규소, 금속재질, 또는 이들의 복합물로 이루어질 수 있다. 전극(600)의 형태는 케이블, 봉, 막대, 성형물, 컨센트, 결합기, 바(bar), 편조선이나 이들의 조합일 수 있다.
이와 같은 절연 방법 이외에 절연 물질에 의하여 피복된 전극(600)이 기저 플레이트(251)에 삽입될 수도 있다. 기저 플레이트(251)와 전극(600) 사이의 절연 방법은 앞서 언급된 절연 방법에 한정되지 않으며 다양한 절연 방법이 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)에 적용될 수 있다.
제1 플레이트(253)는 기저 플레이트(251) 상에 위치하여 기저 플레이트(251)를 절연시킨다. 이에 따라 제1 플레이트(253)는 쿼츠(quartz)와 같이 절연성을 지니면서도 석출되는 다결정 실리콘을 오염시키지 않는 물질로 이루어질 수 있다. 제1 플레이트(253)는 쿼츠 이외에 질화규소, 알루미나(alumina), 이트리아(yttria) 등과 같이 고온에서 내열성을 갖는 세라믹 물질로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서는 이와 같은 세라믹 물질로 제1 플레이트(253)의 표면에 코팅되거나 라이닝될 수 있다.
제2 플레이트(255)는 제1 플레이트(253) 상에 위치하며, 전극(600) 및 히터(500)와 접촉하여 히터(500)에 전기를 공급한다. 제2 플레이트(255)는 그라파이트, 실리콘카바이드가 코팅된 그라파이트, 실리콘카바이드, 질화규소가 코팅된 그라파이트와 같은 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
기저 플레이트(251)와 제2 플레이트(255) 사이에는 절연특성을 가지고 있는 제1 플레이트(253)가 위치하므로 기저 플레이트(251)와 제2 플레이트(255)는 서로 절연된다.
제2 플레이트(255)가 히터(500)와 접촉하므로 제2 플레이트(255)에서 열이 발생할 수 있으나 제2 플레이트(255)에서 전류가 흐르는 단면적이 히터(500)에 비하여 매우 크므로 제2 플레이트(255)에서 발생하는 열은 히터(500)에서 발생하는 열에 비하여 매우 작다. 또한 제2 플레이트(255)에서 발생하는 열을 줄이기 위하여 연성이 우수한 그라파이트 시트(sheet)가 제2 플레이트(255)와 히터(500) 사이에 삽입될 수도 있다.
기저 플레이트(251)와 제2 플레이트(255)가 도전성을 지닐 경우 기저 플레이트(251)와 제2 플레이트(255)의 접촉에 의하여 기저 플레이트(251)로 흐르는 누설 전류가 발생할 수 있다. 이에 따라 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 기저 플레이트(251)와 제2 플레이트(255)의 끝단들은 소정 거리(d)만큼 이격될 수 있다. 소정 거리(d) 만큼의 이격을 위하여 제1 플레이트(253)에는 제2 플레이트(255)가 안착될 수 있는 홈이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 플레이트(253)에는 제2 플레이트(255)의 길이와 같거나 큰 홈이 형성되어 제2 플레이트(255)가 제1 플레이트(253)의 홈 안에 안착될 수 있다. 이에 따라 기저 플레이트(251)와 제2 플레이트(255)의 끝단 사이에 제1 플레이트(253)의 일부분이 위치할 수 있으므로 기저 플레이트(251)와 제2 플레이트(255) 사이의 절연이 유지될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이 제1 플레이트(253)에 의하여 기저 플레이트(251)와 제2 플레이트(255)가 절연될 수 있고, 도 1b에 도시된 바와 같이 제2 플레이트(255)의 둘레를 감싸는 절연링(900)이 설치됨으로써 기저 플레이트(251)와 제2 플레이트(255)가 절연될 수도 있다. 이 때 절연링(900)은 쿼츠, 세라믹으로 이루어질 수 있다.
제3 플레이트(257)는 제2 플레이트(255) 상에 위치하여 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235) 내부에서 석출된 다결정 실리콘이 제2 플레이트(255)에 의하여 오염되는 것을 방지하고, 절연기능을 갖고 있다.
제3 플레이트(257)는 고온에서 쉽게 변형되지 않는 무기재료로 이루어질 수 있으며, 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 탄화규소, 흑연, 실리콘, 유리질 탄소 또는 이러한 재료가 혼합된 복합체 등으로 이루어질 수 있다.
제3 플레이트(257)가 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소 등의 탄소함유 재질로 이루어진 경우, 탄소함유 재질은 다결정 실리콘을 오염시킬 수 있으므로, 제3 플레이트(257)의 표면은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등으로 코팅 또는 라이닝될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 플레이트들과 히터의 조립 구조를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기저 플레이트(251), 제1 플레이트(253), 제2 플레이트(255) 및 제3 플레이트(257)를 관통하는 고정 볼트(450)에 의하여 기저 플레이트(251), 제1 플레이트(253), 제2 플레이트(255) 및 제3 플레이트(257)가 고정될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 저면부(250)에 포함된 복수의 플레이트들(251 내지 257)은 복수의 플레이트들(251 내지 257)을 관통하여 고정 볼트(450)에 의하여 고정된다.
이와 같은 고정 볼트(450)는 제1 반응관(215) 및 제2 반응관(235) 내부에서 형성되는 다결정 실리콘의 오염을 방지하기 위하여 고온에서 쉽게 변형되지 않는 무기재료로 이루어질 수 있으며, 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 실리콘, 또는 이러한 재료가 혼합된 복합체 등과 같은 무기재료로 이루어질 수 있다.
고정 볼트(450)가 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소 등의 탄소함유 재질로 이루어진 경우, 탄소함유 재질로 인한 다결정 실리콘의 오염 방지를 위하여 고정 볼트(450)의 표면은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등으로 코팅 또는 라이닝되거나 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소으로 이루어진 캡이 고정 볼트(450)에 씌워질 수 있다. 고정 볼트(450)는 복수의 플레이트들(251 내지 257)과 나사 조립된다.
한편, 히터(500)가 조립될 저면부(250)의 제1 플레이트(253)에는 히터(500)에 삽입되는 고정부(520)가 착설되어 있다. 핀이나 클립같은 고정부(520)는 저면부(250)의 플레이트들(251, 253, 255, 257) 중 히터(500)와 연결되는 제2 플레이트(255)에 형성된 천공부에 삽입된다.
히터(500)에는 고정부(520)가 삽입되는 홈들(g1, g2)이 형성되며, 제조자 또는 사용자가 히터(500)를 고정부(520)에 압입하여 히터(500)를 저면부(250)에 고정할 수 있다. 따라서 히터(500)의 조립에는 나사와 볼트 등의 체결이 필요 없으므로 히터(500)의 조립이 간단하게 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 히터(500)는 U자 형상을 지니므로 하나의 히터(500)마다 2 개의 고정부(520)가 필요하나 히터(500)의 형상에 따라 고정부(520)의 개수는 변할 수 있다. 고정부(520)는 그라파이트나 금속재질과 같이 전기전도성과 연성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다.
제2 플레이트(255)는 복수의 단위 플레이트들(255a, 255b)을 포함하며, 히터(500)의 하부는 서로 인접한 단위 플레이트들(255a, 255b)과 접촉함으로써 제2 플레이트(255)의 단위 플레이트들(255a, 255b)을 통하여 전기를 공급받는다.
이 때 히터(500)는 히터(500)의 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 히터(500)의 하부에서 연장된 돌출부(500a)를 포함한다. 히터(500)의 돌출부(500a)는 홈(g1, g2)을 지닐 수는 있으며, 돌출부(500a)의 홈(g1, g2)에 고정부(520)가 삽입됨과 동시에 돌출부(500a)가 제3 플레이트(257)에 의해 덮혀지므로 히터(500)의 고정이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다.
인접한 단위 플레이트들(255a, 255b)은 서로 절연되어 있다. 예를 들어, 히터(500)의 하부와 접촉하는 제2 플레이트(255)의 단위 플레이트들(255a, 255b) 사이에는 절연체(530)가 위치할 수 있다. 절연체(530)는 히터(500)의 하부와 접촉하는 단위 플레이트들(255a, 255b) 사이를 절연시켜 누설 전류의 발생을 방지한다.
본 발명의 실시예에서 히터(500)의 표면에 주름이 형성될 수 있으며, 이에 따라 히터(500)의 단위 부피 당 표면적이 증가하여 가열 효율을 높일 수 있다. 히터(500)의 단위 부피 당 표면적의 증가는 주름 이외에 히터(500)의 표면으로부터 돌출된 다양한 형상의 돌기 혹은 패턴이 형성될 수도 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
고정부(520)가 히터(500)에 삽입된 후 히터(500)의 보호와, 히터(500)에 의한 다결정 실리콘의 오염을 방지하기 위하여 히터캡(heater cap)(510)이 히터(500)의 외부를 감싸서 히터(500)가 내부 공간(201)에 노출되지 않도록 한다.
이와 같은 히터캡(510)의 역할을 수행하기 위하여 히터캡(510)은 고온에서 쉽게 변형되지 않는 무기재료로 이루어질 수 있으며, 석영, 실리카, 질화규소, 질화보론, 지르코니아, 이트리아, 실리콘, 또는 이러한 재료가 혼합된 복합체 등과 같은 무기재료로 이루어질 수 있다.
히터캡(510)이 탄화규소, 흑연, 유리질 탄소 등의 탄소함유 재질로 이루어진 경우, 탄소함유 재질로 인한 다결정 실리콘의 오염 방지를 위하여 히터캡(510)의 표면은 실리콘, 실리카, 석영, 질화규소 등으로 코팅 또는 라이닝될 수 있다.
히터캡(510)은 히터캡(510)의 길이방향에 대해 수직한 방향으로 연장된 걸림턱(510a)을 포함하고, 히터캡(510)의 걸림턱(510a)은 제3 플레이트(257)의 복수의 단위 플레이트들(257a, 257b) 사이에 끼게 되어 고정된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 유동가스 공급노즐의 조립 구조를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 유동가스 공급노즐(300)는 유동가스 공급노즐(300)의 고정을 위한 플랜지부(310)를 포함할 수 있다. 유동층 반응기(10)의 저면부(250)에는 유동가스 공급노즐(300)을 안착시킬 수 있는 홀(259)이 형성된다.
유동가스 공급노즐(300)의 플랜지부(310)의 상부와 하부에제1 완충물(320)과 제2 완충물(330)이 배치될 수 있다. 이러한 제1 완충물(320)과 제2 완충물(330)은 유동가스 공급노즐(300)의 플랜지부(310)를 감싸 외부 충격으로부터 유동가스 공급노즐(300)을 보호할 수 있고, 또한, 제1 완충물(320) 및 제2 완충물(330)은 유동가스 공급노즐(300)의 조립을 견고히 하며 견고한 실링을 제공할 수 있다.
저면부(250)에 형성된 홀(259) 표면의 일부 또는 전체에는 나사산이 형성되며, 유동가스 공급노즐(300)이 완충물들(320, 330)과 함께 홀(259)에 안착된 후 외면에 나사산을 갖는 부싱(340)이 홀(259) 표면의 나사산에 의하여 나사 결합된다. 나사 결합되는 부싱(340)에 의하여 유동층 반응기(10) 운전 도중 고압 유동가스로 인한 유동가스 공급노즐(300)의 이탈이나 이동이 방지될 수 있다. 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 유동층 반응기(10)의 유동가스 공급노즐의 다양한 변형예들을 나타낸다.
도 6의 (a) 및 (b)는 일정한 두께의 플랜지부(310)를 지닌 유동가스 공급노즐(300)을 나타낸다. 도 6의 (c)는 저면부(250)와 접촉하는 유동가스 공급노즐(300)의 하부로 갈수록 두께가 감소하는 플랜지부(310)를 지닌 유동가스 공급노즐(300)을 나타낸다. 도 6의 (d)는 유동가스 공급노즐(300)의 하부로 갈수록 두께가 증가하는 플랜지부(310)를 지닌 유동가스 공급노즐(300)을 나타낸다. 도 6의 (e)는 일정한 두께를 지닌 복수의 플랜지부(310)를 지닌 유동가스 공급노즐(300)을 나타낸다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 실리콘 석출이 일어나는 내부 공간을 갖는 몸체;
    상기 몸체에 고정되어 상기 내부 공간에 유동가스를 공급하는 유동가스 공급노즐;
    상기 몸체에 고정되어 상기 내부 공간에 반응가스를 공급하는 복수의 반응가스 공급노즐; 및
    상기 복수의 반응가스 공급노즐 사이에 설치되어 상기 내부 공간으로 열을 공급하는 히터
    를 포함하는 유동층 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 헤드, 제1 몸체부, 제2 몸체부 및 저면부를 포함하며,
    상기 제1 몸체부는 상기 헤드의 아래에 위치하여 상기 헤드와 연결되고,
    상기 제2 몸체부는 상기 제1 몸체부의 아래에 위치하여 상기 제1 몸체부와 연결되며, 상기 저면부는 상기 제2 몸체부의 아래에 위치하여 상기 제2 몸체부와 연결되며 상기 유동가스 공급노즐, 상기 반응가스 공급노즐, 및 상기 히터가 조립되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 유동가스 공급노즐들은 상기 내부 공간의 중심으로부터 소정 거리의 반경을 갖는 노즐 영역 둘레 상에 또는 상기 노즐 영역 내부에 설치되며, 상기 하나 이상의 히터가 상기 노즐 영역 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유동층 반응기는 상기 내부 공간의 둘레 영역을 가열할 수 있는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 히터는 상기 몸체의 내벽면과 상기 반응가스 공급노즐 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터에 히터캡이 씌워진 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저면부는
    상기 유동가스 공급노즐 및 상기 반응가스 공급노즐이 조립되는 기저 플레이트,
    상기 기저 플레이트 상에 위치하여 상기 기저 플레이트를 절연시키는 제1 플레이트,
    상기 제1 플레이트 상에 위치하여 상기 히터에 전기를 공급하는 제2 플레이트, 및
    상기 제2 플레이트 상에 위치하여 상기 제2 플레이트를 절연시키는 제3 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기저 플레이트와 상기 제2 플레이트의 끝단들은 소정 거리만큼 이격된 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 플레이트와 상기 제3 플레이트 각각은 복수의 단위플레이트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 플레이트는 복수의 단위 플레이트들을 포함하며,
    상기 히터의 하부는 상기 복수의 단위 플레이트들 중 서로 인접한 상기 단위 플레이트들과 접촉하고,
    상기 인접한 단위 플레이트들은 서로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100756310B1 (ko) * 2006-02-07 2007-09-07 한국화학연구원 입자형 다결정실리콘 제조용 고압 유동층반응기
KR100783667B1 (ko) * 2006-08-10 2007-12-07 한국화학연구원 입자형 다결정 실리콘의 제조방법 및 제조장치
KR20120057732A (ko) * 2010-10-01 2012-06-07 한국화학연구원 유동층 반응기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100756310B1 (ko) * 2006-02-07 2007-09-07 한국화학연구원 입자형 다결정실리콘 제조용 고압 유동층반응기
KR100783667B1 (ko) * 2006-08-10 2007-12-07 한국화학연구원 입자형 다결정 실리콘의 제조방법 및 제조장치
KR20120057732A (ko) * 2010-10-01 2012-06-07 한국화학연구원 유동층 반응기

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
연세대학교학위논문,2010 *

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