RU79882U1 - POLYCRYSTALLINE SILICON SPRAYING DEVICE - Google Patents
POLYCRYSTALLINE SILICON SPRAYING DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- RU79882U1 RU79882U1 RU2008133012/22U RU2008133012U RU79882U1 RU 79882 U1 RU79882 U1 RU 79882U1 RU 2008133012/22 U RU2008133012/22 U RU 2008133012/22U RU 2008133012 U RU2008133012 U RU 2008133012U RU 79882 U1 RU79882 U1 RU 79882U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cuvette
- housing
- polycrystalline silicon
- aluminum
- silicon
- Prior art date
Links
Abstract
Полезная модель относится к производству поликристаллического кремния. Устройство для напыления поликристаллического кремния состоит из корпуса, снабженного, по меньшей мере, одним фланцем, выполненными с возможностью охлаждения, внутри корпуса размещена кювета с расплавленным алюминием, выполненная с возможностью ее подогрева, термостатированная подложка для осаждения поликристаллического кремния размещена над кюветой, кювета снабжена крышкой, система подачи реагентов представляет собой коаксиальную горелку, состоящую из трех концентрически расположенных патрубков, наружного патрубка подачи хлорида алюминия (АlСl3), внутреннего патрубка подачи тетрахлорида кремния (SiCl4) и промежуточного патрубка подачи инертного газа, причем, наружный патрубок подачи хлорида алюминия соединен с кюветой, с возможностью обеспечения прохода газообразного реагента между поверхностью расплавленного алюминия и крышкой, при этом корпус устройства, кювета, наружный и промежуточный патрубки выполнены из материала на основе оксида алюминия, а внутренний патрубок выполнен из материала на основе оксида кремния.The utility model relates to the production of polycrystalline silicon. A device for spraying polycrystalline silicon consists of a casing equipped with at least one flange made with cooling, a cuvette with molten aluminum is placed inside the casing, made with the possibility of heating it, a thermostatic substrate for the deposition of polycrystalline silicon is placed over the cuvette, the cuvette is provided with a lid , the reagent supply system is a coaxial burner consisting of three concentrically arranged nozzles, an external chloride supply nozzle aluminum (AlCl 3), the inner tube supplying the silicon tetrachloride (SiCl 4) and the intermediate pipe supplying an inert gas, wherein the outer tube feeding aluminum chloride is connected to the cuvette, to provide a passage of the reactant gas between the surface of molten aluminum and a cover, wherein the device body , the cuvette, the outer and intermediate nozzles are made of aluminum oxide-based material, and the inner nozzle is made of silicon oxide-based material.
Устройство позволяет получать пленку поликристаллического кремния требуемой чистоты, пригодной для фотогальваники. 1 н.з. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.The device allows to obtain a polycrystalline silicon film of the required purity, suitable for photovoltaics. 1 n.a. and 7 z.p. f-ly, 1 ill.
Description
Полезная модель относится к производству поликристаллического кремния, в частности, к устройствам для конверсии тетрахлорида кремния в поликристаллический кремний и его напыления.The invention relates to the production of polycrystalline silicon, in particular, to devices for the conversion of silicon tetrachloride to polycrystalline silicon and its deposition.
Известно устройство для гидрирования тетрахлорида кремния, позволяющее производить процесс с высокой степенью конверсии тетрахлорида кремния в трихлорсилан (Патент RU 2278076, С01В 33/107, 2006.06.20), и устройства для получения поликристаллического кремния из трихлорсилана его водородным восстановлением при высоком давлении и с низким выходом (Сименс - процесс) (Патенты US № 4102764, B01J 10/00; С01В 33/02; С01В 33/027, 1978.07.25; № 4102985, C01B 33/02; C01B 33/027; C01B 33/00, 1978.07.25). Эти устройства чрезвычайно сложны по конструкции и режимам работы, и в не позволяют достигнуть высокой степени конверсии тетрахлорида кремния за один проход. Кроме того, они требуют для своей работы дополнительно большого количества вспомогательного оборудования, в частности, для конверсии попутно генерируемых хлоридов и гидрохлоридов (хлорсиланов) кремния.A device for the hydrogenation of silicon tetrachloride is known, which allows a process with a high degree of conversion of silicon tetrachloride to trichlorosilane (Patent RU 2278076, С01В 33/107, 2006.06.20), and a device for producing polycrystalline silicon from trichlorosilane by its hydrogen reduction at high pressure and with low output (Siemens - process) (US Patent No. 4102764, B01J 10/00; СВВ 33/02; СВВ 33/027, 1978.07.25; № 4102985, C01B 33/02; C01B 33/027; C01B 33/00, 1978.07 .25). These devices are extremely complex in design and operating modes, and do not allow to achieve a high degree of conversion of silicon tetrachloride in one pass. In addition, they require an additional large number of auxiliary equipment for their work, in particular, for the conversion of simultaneously generated silicon chlorides and hydrochlorides (chlorosilanes).
Известно устройство, близкое по конструкции к заявляемому, предназначенное для восстановления паров тетрахлорида кремния с использованием пара металла, например магния, натрия, подаваемых в устройство извне. (Патент US 4139438 В01К 1/00; C01B 33/02, 1979.02.13).A device is known that is close in design to the claimed one, designed to recover silicon tetrachloride vapors using metal vapor, for example magnesium, sodium, supplied to the device from the outside. (US Patent 4,139,438 B01K 1/00; C01B 33/02, 1979.02.13).
Известное устройство не позволяет получать пленку поликристаллического кремния. Получаемый в устройстве кремний загрязнен хлоридами натрия или магния, образующимися при восстановлении кремния, так как их температура кипения превышает оптимальное значение температур, необходимых для формирования требуемых полупроводниковых характеристик пленки поликристаллического кремния.The known device does not allow to obtain a film of polycrystalline silicon. The silicon obtained in the device is contaminated with sodium or magnesium chlorides formed during the reduction of silicon, since their boiling point exceeds the optimum temperature required for the formation of the required semiconductor characteristics of a polycrystalline silicon film.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для получения поликристаллического кремния методом цинкотермии (ЕР1550636, С01В 33/035, 2005.07.06), имеющее закрытую от окружающей атмосферы реакционную зону и систему подвода паров реагентов. Устройство дает выход кремния, близкий к 100%, но при этом не обеспечивает возможность получения пленки поликристаллического кремния, пригодной для фотогальваники. Пары восстановителя, в данном случае цинка, имеющего температуру кипения 907°С, также имеют температуру выше оптимальной, требуемой для получения пленки поликристаллического кремния, The closest in technical essence to the claimed device is a device for producing polycrystalline silicon by the method of zincothermy (EP1550636, С01В 33/035, 2005.07.06), which has a reaction zone closed from the surrounding atmosphere and a reagent vapor supply system. The device gives a silicon yield close to 100%, but it does not provide the possibility of obtaining a film of polycrystalline silicon suitable for photovoltaics. Vapors of a reducing agent, in this case zinc having a boiling point of 907 ° C, also have a temperature above the optimum required to obtain a polycrystalline silicon film,
пригодной для фотогальваники, поступают в устройство извне, контактируя со стенками корпуса и другими элементами конструкции, загрязняя конечный продукт примесями из конструкционных материалов. Для осуществления процесса очистки требуется дополнительный переплав кремния при пониженном давлении, и, следовательно, дополнительное оборудование, что ведет к удорожанию устройства и повышению себестоимости конечного продукта - поликристаллического кремния. Кроме того, возврат металла-восстановителя в процесс требует его электролитического восстановления из хлорида - ZnCl2 в высокотемпературных солевых электролизерах, что сопряжено с его загрязнением электролитом и материалом электродов. Повышает стоимость устройства и необходимость применения специальных материалов для его изготовления, способных выдерживать высокотемпературный режим процесса.suitable for photovoltaics, enter the device from the outside, in contact with the walls of the housing and other structural elements, contaminating the final product with impurities from structural materials. For the implementation of the cleaning process requires additional remelting of silicon at reduced pressure, and, therefore, additional equipment, which leads to higher costs of the device and increase the cost of the final product - polycrystalline silicon. In addition, the return of the reducing metal to the process requires its electrolytic reduction from chloride — ZnCl 2 in high-temperature salt electrolysis cells, which is associated with its contamination with electrolyte and electrode material. Increases the cost of the device and the need to use special materials for its manufacture, capable of withstanding the high temperature process.
Задачей, которую решает заявляемая полезная модель, является получение пленки поликристаллического кремния, пригодной для фотогальваники, снижение себестоимости получения поликристаллического кремния.The problem that the claimed utility model solves is to obtain a polycrystalline silicon film suitable for photovoltaics, and to reduce the cost of producing polycrystalline silicon.
Технический результат достигается за счет обеспечения возможности синтеза газообразного восстановителя внутри корпуса устройства, исключая его подачу извне, удешевления устройства, вследствие получения пленки поликристаллического кремния требуемой чистоты в одном устройстве и использования традиционных материалов для изготовления устройства, за счет обеспечения снижения температуры в зоне осаждения поликристаллического кремния.The technical result is achieved by providing the possibility of synthesizing a gaseous reducing agent inside the device case, excluding its external supply, cheaper device, due to the production of polycrystalline silicon film of the required purity in one device and the use of traditional materials for the manufacture of the device, due to the reduction in temperature in the polycrystalline silicon deposition zone .
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для напыления поликристаллического кремния, включающем корпус с системой подачи и вывода реагентов, нагреватели, подложку для осаждения поликристаллического кремния, согласно заявляемому решению корпус снабжен, по меньшей мере, одним фланцем, выполненными с возможностью охлаждения, внутри корпуса под термостатированной подложкой размещена, по меньшей мере, одна кювета с расплавленным алюминием, выполненная с возможностью ее подогрева и снабженная крышкой, система подачи реагентов представляет собой коаксиальную горелку, состоящую из трех концентрически расположенных патрубков, наружного патрубка подачи хлорида алюминия (АlСl3), внутреннего патрубка подачи тетрахлорида кремния (SiCl4) и промежуточного патрубка подачи инертного газа, причем, наружный патрубок подачи хлорида алюминия (АlСl3) соединен с кюветой, с возможностью обеспечения прохода газообразного реагента между поверхностью расплавленного алюминия и крышкой, при этом корпус устройства, кювета, наружный и промежуточный патрубки выполнены из материала на основе оксида алюминия, а внутренний патрубок выполнен из материала на основе оксида кремния.This object is achieved in that in a device for spraying polycrystalline silicon, comprising a housing with a feed and withdrawal system of reagents, heaters, a substrate for the deposition of polycrystalline silicon, according to the claimed solution, the housing is equipped with at least one flange made with cooling inside the housing at least one cuvette with molten aluminum, arranged to heat it and provided with a lid, a reagent supply system, is placed under the thermostated substrate represents a coaxial burner consisting of three concentrically arranged nozzles, an external nozzle for supplying aluminum chloride (AlCl 3 ), an internal nozzle for feeding silicon tetrachloride (SiCl 4 ) and an intermediate nozzle for supplying inert gas, and the outer nozzle for feeding aluminum chloride (AlCl 3 ) is connected with a cuvette, with the possibility of ensuring the passage of a gaseous reagent between the surface of the molten aluminum and the lid, while the body of the device, the cuvette, the outer and intermediate nozzles are made of material and an aluminum oxide, and an inner pipe made of a material based on silicon oxide.
В качестве материала для изготовления корпуса устройства может быть использован лейкосапфир.As a material for the manufacture of the device case, leucosapphire can be used.
Корпус устройства может быть выполнен теплоизолированным в средней части.The housing of the device can be made insulated in the middle part.
В качестве подогревающего кювету устройства могут быть применены нагреватели, установленные внутри корпуса.As a device heating a cell, heaters installed inside the housing can be used.
В качестве подогревающего кювету устройства могут быть применены индукционные излучатели, установленные вне корпуса.Induction emitters installed outside the housing can be used as a device for heating the cell.
В качестве подогревающего кювету устройства могут быть применены инфракрасные излучатели, установленные вне корпуса.As a device heating a cuvette, infrared emitters installed outside the housing can be used.
При размещении внутри корпуса более, чем одной кюветы, их размещают одну над другой.When placing more than one cuvette inside the body, they are placed one above the other.
Внутренний патрубок подачи тетрахлорида кремния (SiCl4) может быть выполнен из кварца.The inner pipe for supplying silicon tetrachloride (SiCl 4 ) can be made of quartz.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, на котором схематически представлено устройство для напыления поликристаллического кремния.The essence of the claimed utility model is illustrated by the drawing, which schematically shows a device for spraying polycrystalline silicon.
Устройство состоит из корпуса 1, нагревателей 2, кюветы с жидким алюминием 3 с крышкой 4, термостатируемой подложки 5 на термостате-держателе 6, коаксиальной горелки 7, состоящей из наружного патрубка 8 подачи хлорида алюминия, внутреннего патрубка 9 подачи тетрахлорида кремния и промежуточного патрубка 10 подачи инертного газа, патрубка вывода реагентов 11, фланцев 12.The device consists of a housing 1, heaters 2, a cuvette with liquid aluminum 3 with a cover 4, a thermostatically controlled substrate 5 on a thermostat-holder 6, a coaxial burner 7, consisting of an external pipe 8 for supplying aluminum chloride, an internal pipe 9 for supplying silicon tetrachloride and an intermediate pipe 10 inert gas supply, reagent outlet pipe 11, flanges 12.
Через внутренний патрубок 9 коаксиальной горелки 7 в реакционную зону подводится тетрахлорид кремния (SiCl4). Для защиты патрубка 9 от воздействия хлорида алюминия и для поддержания требуемой температуры реакции по коаксиальному патрубку 10 подается инертный газ - аргон. По патрубку 8 в кювету 3 с жидким алюминием вводится хлорид алюминия (АlСl3), который взаимодействуя с зеркалом расплава, восстанавливается до субхлорида алюминия, представляющего собой смесь моно-, ди- и трихлорида алюминия с доминированием в этой смеси монохлорида алюминия. Соотношение между хлоридами алюминия определяется температурой кюветы: чем она выше, тем больше в выходящей из кюветы смеси монохлорида алюминия. В реакционной зоне происходит смешение трех газовых потоков и взаимодействие хлорида кремния и субхлорида алюминия. Восстановленный кремний оседает на термостатированную подложку 5, температура которой поддерживается на требуемом уровне термостатом-держателем 6 за счет охлаждения изнутри газовым или жидким теплоносителем. Сопродукт химической реакции - АlСl3 покидает реакционное пространство и устройство в целом через патрубок 11 в верхнем фланце 12.Through the inner pipe 9 of the coaxial burner 7, silicon tetrachloride (SiCl 4 ) is introduced into the reaction zone. To protect the pipe 9 from exposure to aluminum chloride and to maintain the required reaction temperature, an inert gas, argon, is supplied through the coaxial pipe 10. Alumina chloride (AlCl 3 ) is introduced through nozzle 8 into a cuvette 3 with liquid aluminum, which, interacting with the melt mirror, is reduced to aluminum subchloride, which is a mixture of aluminum mono-, di-, and trichloride with aluminum monochloride dominating in this mixture. The ratio between aluminum chlorides is determined by the temperature of the cell: the higher it is, the greater the mixture of aluminum monochloride in the mixture leaving the cell. In the reaction zone, the mixing of the three gas flows and the interaction of silicon chloride and aluminum subchloride. The reduced silicon deposits on a thermostated substrate 5, the temperature of which is maintained at the required level by the thermostat-holder 6 due to cooling from the inside with a gas or liquid coolant. A co-product of the chemical reaction - AlCl 3 leaves the reaction space and the device as a whole through the pipe 11 in the upper flange 12.
Заявляемая конструкция устройства обеспечивают максимально возможную полноту прохождения реакции:The inventive design of the device provide the maximum possible completeness of the reaction:
SiCl4+2/3АlСl3+4/3Аl→Si+2АlСl3 SiCl 4 + 2 / 3AlCl 3 + 4 / 3Al → Si + 2AlCl 3
Размещение кюветы с жидким алюминием внутри реакционной камеры в высокотемпературной зоне (в середине камеры) обеспечивает максимальное расстояние до охлаждаемых фланцев и минимальное расстояние для прохождения субхлорида алюминия (AlClx, x<3) - продукта взаимодействия хлорида алюминия с зеркалом расплавленного алюминия, до реакционной зоны, расположенной между коаксиальной горелкой, состоящей из набора концентрически расположенных патрубков подвода реагентов: топлива (AlClx), окислителя (SiCl4) и балластного инертного газа (аргона). В реакционной зоне происходит смешение и сильноэкзотермическая реакция между газовыми реагентами (горение).Placing a cuvette with liquid aluminum inside the reaction chamber in the high temperature zone (in the middle of the chamber) provides the maximum distance to the cooled flanges and the minimum distance for the passage of aluminum subchloride (AlCl x , x <3), the product of the interaction of aluminum chloride with a mirror of molten aluminum, to the reaction zone located between the coaxial burner, consisting of a set of concentrically arranged nozzles for supplying reagents: fuel (AlClx), oxidizing agent (SiCl 4 ) and inert gas ballast (argon). In the reaction zone, mixing and a highly exothermic reaction between gas reagents (combustion) occurs.
Конструкция устройства позволяет наиболее рационально расходовать тепло нагревателей, так как этим теплом осуществляется предварительный нагрев исходных компонентов газовой смеси и поддержание температуры зеркала алюминия, где идет эндотермическая реакция восстановления хлорида алюминия до субхлорида.The design of the device allows the most rational use of heat from the heaters, since this heat is used to preheat the initial components of the gas mixture and maintain the temperature of the aluminum mirror, where the endothermic reaction of the reduction of aluminum chloride to subchloride takes place.
Для защиты реакционного пространства от кислорода и азота воздуха уплотнительные фланцы с патрубками подвода и отвода реагентов расположены в холодных зонах с температурой 180-200°С, что позволяет использовать для изготовления фланцев традиционные материалы - нержавеющую сталь, фторсиликоновую резину и пр., и значительно удешевить стоимость устройства. При этой температуре пар АlСl3 входит и выходит из устройства без десублимации.To protect the reaction space from oxygen and nitrogen, air sealing flanges with nozzles for supplying and removing reagents are located in cold zones with a temperature of 180-200 ° C, which allows the use of traditional materials for the manufacture of flanges - stainless steel, fluorosilicon rubber, etc., and significantly reduce the cost of device cost. At this temperature, AlCl 3 vapor enters and leaves the device without desublimation.
Для эффективного осуществления синтеза субхлорида алюминия температура алюминия в кювете поддерживается отдельным нагревателем в диапазоне 1000-1400°С. Наружный патрубок подачи хлорида алюминия (АlСl3) соединен с кюветой, с возможностью обеспечения прохода газообразного реагента между поверхностью расплавленного алюминия и крышкой, что обеспечивает длительный контакт АlСl3 с поверхностью расплавленного алюминия. Выполнение стенок корпуса из материала на основе оксида алюминия обеспечивает стойкость корпуса к воздействию восстановителя, а изготовление корпуса, в частном случае - из лейкосапфира обеспечивает прозрачность и позволяет контролировать оптическим пирометром температуру подложки, а спектрометром - ход химических реакций горения субхлорида алюминия в парах тетрахлорида кремния.For the effective implementation of the synthesis of aluminum subchloride, the temperature of the aluminum in the cell is maintained by a separate heater in the range of 1000-1400 ° C. The outer pipe for supplying aluminum chloride (AlCl 3 ) is connected to the cuvette, with the possibility of ensuring the passage of the gaseous reactant between the surface of the molten aluminum and the lid, which ensures long-term contact of AlCl 3 with the surface of the molten aluminum. The execution of the case walls from an alumina-based material ensures the resistance of the case to the reducing agent, and the manufacture of the case, in particular, from leucosapphire, provides transparency and allows the temperature of the substrate to be controlled by an optical pyrometer, and the course of chemical reactions of combustion of aluminum subchloride in silicon tetrachloride vapors with a spectrometer.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008133012/22U RU79882U1 (en) | 2008-08-11 | 2008-08-11 | POLYCRYSTALLINE SILICON SPRAYING DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008133012/22U RU79882U1 (en) | 2008-08-11 | 2008-08-11 | POLYCRYSTALLINE SILICON SPRAYING DEVICE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU79882U1 true RU79882U1 (en) | 2009-01-20 |
Family
ID=40376383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008133012/22U RU79882U1 (en) | 2008-08-11 | 2008-08-11 | POLYCRYSTALLINE SILICON SPRAYING DEVICE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU79882U1 (en) |
-
2008
- 2008-08-11 RU RU2008133012/22U patent/RU79882U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101388323B1 (en) | Process for producing trichlorosilane and trichlorosilane producing apparatus | |
US8399072B2 (en) | Process for improved chemcial vapor deposition of polysilicon | |
JP5621957B2 (en) | Method and apparatus for producing trichlorosilane | |
TWI434805B (en) | Method and apparatus of manufacturing trichlorosilane and method of manufacturing polycrystal silicon | |
JP5488777B2 (en) | Trichlorosilane production method and trichlorosilane production apparatus | |
JPS62123011A (en) | Method for producing trichlorosilane and apparatus therefor | |
JP5637866B2 (en) | Production method of polycrystalline silicon | |
TW200804633A (en) | Plasma deposition apparatus and method for making polycrystalline silicon | |
KR100945748B1 (en) | Apparatus of manufacturing polysilicon | |
US20100055007A1 (en) | Apparatus for producing trichlorosilane | |
KR20130019568A (en) | Apparatus for manufacturing polycrystalline silicon and method for manufacturing polycrystalline | |
KR20040025590A (en) | Deposition of a solid by thermal decomposition of a gaseous substance in a cup reactor | |
RU79882U1 (en) | POLYCRYSTALLINE SILICON SPRAYING DEVICE | |
JPS6221706A (en) | Recycling production of silicon or silicon compound via trichlorosilane | |
CN101479192A (en) | Process for producing trichlorosilane and trichlorosilane producing apparatus | |
JP5155708B2 (en) | Method for hydrogen reduction of chlorosilane-containing gas and apparatus for hydrogen reduction of chlorosilanes | |
CN107074561A (en) | Use the poly plant and method of high-efficiency hybrid horizontal reactor | |
WO2010074673A1 (en) | Method and apparatus for the production of chlorosilanes | |
CN103011174B (en) | Device and method for preparing SiCl4 through silicon ore carbochlorination | |
RU85155U1 (en) | DEVICE FOR CONVERSION OF SILICON TETRACHLORIDE AND SPRAYING OF POLYCRYSTAL SILICON | |
CN102674361B (en) | Top structure of inner container of energy-saving type polysilicon reduction furnace and implementation method for top structure | |
WO2009065444A1 (en) | A method of producing polycrystalline and single crystal silicon | |
JPS59121109A (en) | Production of high purity silicon | |
KR101311739B1 (en) | Polysilicon manufacturing apparatus | |
JPH0355409B2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20090812 |