TWI596052B - 用於輸送塊狀多晶矽或粒狀多晶矽的產物流的設備 - Google Patents

Description

用於輸送塊狀多晶矽或粒狀多晶矽的產物流的設備

本發明係關於一種用於輸送塊狀多晶矽或粒狀多晶矽的產物流的設備。尤其，係關於一種用於識別這種產物流中的金屬異物的設備。

多晶體矽（polycrystalline silicon）（簡稱多晶矽（polysilicon））作為一種起始材料，用於藉由柴可斯基（CZ）或區域熔融（FZ）法生產用於半導體的單晶矽，以及用於藉由各種牽拉（pulling）及鑄造法生產單晶體矽或多晶體矽，用於光電領域的太陽能電池生產。

粒狀多晶體矽或簡稱為粒狀多晶矽是在流化床反應器中生產。這是藉由在流化床中藉助氣體流來流化矽粒子，並透過加熱設備將該流化床加熱至高溫來完成。含矽反應氣體的加入引起在熱的粒子表面處的熱解反應。這使得元素矽沉積在矽粒子上，且個別粒子的直徑增大。規律地取出直徑已經增大的粒子並且加入相對較小的矽粒子作為晶種粒子，使得該方法可以連續地實施且具有其所附帶的所有優點。可使用的含矽的反應物氣體為：矽－鹵素化合物（例如氯矽烷或溴矽烷）、單矽烷（SiH₄ ）以及這些氣體與氫氣的混合物。

粒狀多晶矽通常在其被生產後利用篩選設備劃分（分類）成二個或更多個級分或等級。隨後可以在磨機中將最小的篩選級分（篩下料）處理成晶種粒子並且添加至反應器中。

篩選目標級分通常被包裝並且運送給客戶。客戶特別是將此粒狀多晶矽用於根據柴可斯基法（CZ法）生長單晶。

多晶矽亦可藉助於西門子法（Siemens process）來生產。該方法包含藉由在鐘罩形反應器（bell-jar-shaped reactor（『西門子反應器』））中直接通電以加熱支撐體，通常是細的矽絲棒，並且引入包含氫氣及一種或多種含矽成分的反應氣體。

使用的含矽成分通常是三氯矽烷（SiHCl₃ ，TCS）或三氯矽烷與二氯矽烷（SiH₂ Cl₂ ，DCS）及／或與四氯矽烷（SiCl₄ ，STC）的混合物。矽烷較不常被使用，但也處於工業規模。

絲棒垂直地插入到在反應器基部處的電極中，且絲棒通過該電極連接到電源。

高純度多晶矽沉積在加熱的絲棒及水平橋上，以隨著時間的推移增加其直徑。

在棒冷卻後打開該反應器鐘罩，並且藉由手或藉助特定裝置（所謂的卸載輔助裝置）移除棒，用於後續的處理或用於中間的存儲。

對於大多數的應用，多晶矽棒被破碎成小塊，且該小塊之後通常按尺寸分類。

US 2007／0235574 A1揭露了一種用於粉碎及分選多晶矽的設備，其包含用於將粗糙大塊的多晶矽供給到破碎設備（crushing plant）中的供給裝置、該破碎設備、以及用於將大塊狀多晶矽分類的分選設備，其中該設備設置有控制器，該控制器允許可變地調節破碎設備中的至少一個破碎參數及／或可變地調節分選設備中的至少一個分選參數。

破碎設備可以是1至10個破碎機組成的多級（multistage）破碎設備。

分選設備可以由多級機械篩選設備及多級光電分離設備組成。該機械篩選設備用於去除產品流中的細粒級分。不含細粒級分的塊狀多晶矽係藉助於光電分離設備來分選。塊狀多晶矽的分選根據選自塊狀多晶矽的長度、面積、形狀、形態、顏色及重量的群組的一至三個標準來實現。

然而，用於識別多晶矽塊之參數的已知的電子感測器技術的其它組合係同樣地適用（例如金屬檢測器、超聲波、紅外線）。

可以在各個破碎級之間以及同樣在分選設備之內以及其下游設置磁分離器（magnetic separator）（例如板磁體（plate magnet）、捲筒磁體（drum magnet）或帶磁體（belt magnet）），以從塊狀多晶矽中去除金屬異物，並且減少塊狀多晶矽的金屬污染。

缺點是，只有諸如鐵的鐵磁（ferromagnetic）異物可以被去除。非磁性金屬異物不能被去除。

US 2005／034430 A1揭露了一種設備，其包含用於塊狀多晶矽的輸送通道、具有漏斗及偏轉板的用於塊狀多晶矽的稱重設備、由高純度塑膠膜形成塑膠袋的填充設備、用於填充有塊狀多晶矽的塑膠袋的焊接密封設備、流量盒（其安裝在輸送通道、稱重設備、填充設備及焊接密封設備上方，並且防止塊狀多晶矽的粒子污染）、用於填充有塊狀多晶矽的焊接密封塑膠袋的輸送機帶，其中與塊狀多晶矽接觸的所有組成部件係用矽包套，或以高度耐磨的塑膠為襯裡。

塊狀多晶矽被運送到矽包套的輸送通道上的稱重設備，其中該塊狀多晶矽從漏斗倒空進入塑膠袋中，該塑膠袋在填充之後被焊接密封，並且填充有塊狀多晶矽的塑膠袋經由輸送機帶傳遞通過磁感應檢測器以檢測任何金屬污染。

缺點是，金屬異物只能在封裝之後檢測。

CN 202052624 U描述了一種用於將金屬或高度摻雜的矽從常態矽（normal silicon）分離的分選設備。

材料係位於產物儲存器中。該產物儲存器連接到包含渦流感測器及去除機構的檢測裝置。輸送機帶可以可選擇地存在於檢測裝置中，以便輸送矽。

渦流檢測設備可選擇地將信號轉送到分離機構，以實現金屬或高度摻雜的矽之自動去除。

由於與渦流感測器的干擾，所描述的佈置將不適於金屬輸送通道。因此在包含多晶矽的產物流中檢測金屬將是不可能的。

本發明要實現的目的從所述的問題產生。

該目的由用於輸送塊狀多晶矽或粒狀多晶矽的產物流的設備來實現，該設備包含由金屬製成並且以塑膠或以矽為襯裡的輸送表面，以及用於檢測產物流中金屬的或導電的異物的渦流感測器。

在下文中也被稱為輸送裝置的這種設備使得能夠識別任何類型的金屬異物，即使是非磁性的金屬異物。

此外，甚至在封裝之前就可以對包含多晶矽的產物流分析金屬異物。

原則上，在多晶矽生產中使用的任何設備（甚至金屬設備）可以以相對簡單的方式用這種設備改裝。

現有的設備或襯裡材料不需要被調整。

使用根據本發明的設備不損害多晶矽純度。

該目的也由一種識別塊狀多晶矽或粒狀多晶矽的產物流中的金屬的或導電的異物的方法來實現，其中該產物流在根據本發明的設備的塑膠或矽襯裡的金屬輸送表面上移動，其中藉助於渦流感測器來實現異物的檢測。

在一個實施態樣中，輸送裝置是傳統的運送通道或設備，較佳是一振動輸送通道，其包含形成輸送表面並且以塑膠或矽為襯裡的輸送槽或通道槽。襯裡用於保護在輸送槽或通道槽上移動的多晶矽產物流免受污染，特別是因為輸送表面由金屬製成。

在一個實施態樣中，用於異物檢測的渦流感測器直接地安裝在輸送槽或通道槽中，即在其塑膠或矽襯裡下方。

在一個實施態樣中，渦流感測器具有模組化結構，該模組化結構包含殼頂部分、殼體中間部分以及殼底部分。感測器可以固定在殼體中間部分中。用於感測器的佈線係經由殼底部分傳遞到殼體中。殼頂部分用於覆蓋感測器。輸送槽或通道槽的襯裡也可固定到殼頂部分。殼體的模組化構造使得更換感測器、殼體部分等變得更容易。殼底部分可以包含用於使感測器及複數個電纜入口埠均分的焊接式不銹鋼板。該電纜入口埠用於將感測器電纜傳遞到殼體中。中間殼體部分用於固定感測器並且嵌入感測器電纜。殼頂部分係設置在感測器緊鄰的上方，並且用於覆蓋感測器並固定襯裡。三件式殼體較佳藉助於螺紋連接件以防塵方式組裝。

在一個較佳的實施態樣中，渦流感測器係固定在單件非導電殼體中。感測器的檢測表面較佳由高度耐磨損及耐污染的非導電材料所保護。輸送槽或通道槽的襯裡可另外地固定到殼體。感測器元件的更換可以在不將殼體從輸送單元的底側拆下的情況下單獨地執行。

在另一個實施態樣中，殼體是防塵滲透（dust-impermeable）的塑膠殼體。

在一個實施態樣中還存在輸送槽或通道槽的橫向襯裡。襯裡係由非導電材料，例如塑膠、矽或陶瓷所製成，較佳使用聚氨酯。

在一個實施態樣中，複數個渦流感測器係設置成一行，並橫向於產品流的方向。在另一個較佳的實施態樣中，複數個渦流感測器在彼此相對橫向偏移以及在產物流的方向中的複數個行中設置。

為了避免干擾，應該存在在最接近的相鄰感測器之間的一定的最小距離S。

在一個實施態樣中，渦流感測器的二個或更多個平行的行係橫向於輸送方向設置。

考慮到相互的場影響，必須在各個感測器之間保持作為感測器強度的函數的最小距離S。第二行的最接近的相鄰感測器必須同樣地保持最小距離S，距第一行的感測器至少距離S。

設備的檢測準確度（accuracy）可在保持彼此之間最小距離S的同時藉助於感測器行的偏移角α及其數量而改變。

檢測準確度可另外經由感測器的中心軸線及異物的中心軸線之間的小的距離而增加。經由距離= 0實現最高準確度。

在一個實施態樣中，當檢測到異物時，輸送裝置經由評估電子裝置關斷。

在一個實施態樣中，具有感測器位於其中的殼體係安裝到輸送裝置的輸送槽或通道槽。該殼體位於輸送槽或通道槽的襯裡下方。藉由夾持到橫向襯裡部件實現固定。

在一個實施態樣中，殼體由塑膠製成，較佳由聚醯胺製成。

應該在感測器及殼頂部分之間保持一定距離。以確保感測器不受振動而損壞。

感測器的數量取決於通道寬度、感測器場線強度、檢測準確度以及可靠性。

輸送表面的寬度／通道寬度可以從200毫米寬至2000毫米。在一個實施態樣中，通道寬度為400毫米至600毫米。

輸送表面越大，所需要的感測器的數量越多。

感測器之間的距離S應該使得相鄰渦流感測器不發生相互損害。

感測器之間的距離S較佳地為從30毫米至200毫米，並且在一個實施態樣中，距離S為80毫米至120毫米。

橫向襯裡的寬度應使得通道槽不與場線干擾。

對於相對小的金屬的或導電的異物的高度檢測的可靠性可經由包含複數個感測器行的感測器佈置來實現，其中感測器行係橫向於輸送方向而彼此相對偏移設置。這更好地覆蓋整個輸送表面。

基於在一行的二個感測器之間的間隙（距離S），隨產物流輸送的小異物可能保持不被發現。然而，當平行於第一行的第二行感測器存在時，它確保即使如此小的異物將被檢測。還可以存在多於二個的感測器行，以實現甚至更好的檢測準確度。感測器行的較佳數量取決於在第一行中的感測器距離S。

當具有平行於第一行的感測器的第二行存在時，較佳的是在感測器之間保持至少最小的距離S。

為了提高檢測準確度，還可以存在多於二個相對於前一行偏移的感測器行。感測器行的數量較佳多至5個。行相對彼此的偏移係作為所要求的檢測準確度的函數來實行。

考慮到在感測器的檢測半徑內以及因而在檢測行上的不同場線配置，複數個行的佈置必須使得所要求的檢測準確度經由隨後行的偏移而表示在所需寬度上所要求的檢測可靠性。

因此，在一個實施態樣中，參考圖1，感測器之佈置係使得當一行的二個最接近的相鄰感測器的中心點連接到另一行的共同最接近的相鄰感測器的中心點時，形成具有最小邊長S的三角形。

渦流感測器的評估可以經由電流輸出信號實現，較佳經由電壓輸出信號實現。

由金屬或導電異物引起的電壓信號中的變化使得輸送通道經由評估電子裝置停止。

根據本發明方法的上述實施態樣的所述特徵可以相應地應用到本發明的設備上。反之，根據本發明的設備的上述實施態樣的所述特徵可以相應地應用到本發明的方法上。根據本發明的實施態樣的這些及其它特徵在附圖的描述中及申請專利範圍中加以闡述。各個特徵可以單獨或組合地理解為本發明的實施態樣。該等特徵可以進一步描述適合於保護其自身權利的有利的實施方式。

圖1顯示殼體3，該殼體3安裝到運送單元的通道槽5並且包含具有強度2的感測器1。

在感測器1之間的距離S取決於它們的強度2，以使得不發生感測器1的相互影響。

殼體3經由橫向襯裡4夾持到通道槽的襯裡（未示出）。

還顯示的是產物流移動的輸送方向。

存在二行之感測器1，該感測器以平行並且係橫向於輸送方向設置。

最接近的相鄰感測器1每個彼此以距離S間隔開。

此外，一行相對於另一行橫向於輸送方向以距離S／2偏移。

對說明性實施態樣的上文描述應被理解為是示例性的。由此公開的內容使本領域技術人員能夠理解本發明及與其相關的優點，並且還涵括對本領域的技術人員明顯的對所述結構及方法的改變及修改。因此，所有這種改變及修改以及均等物應因此由申請專利範圍的保護範圍涵蓋。

1‧‧‧感測器
2‧‧‧感測器強度
3‧‧‧殼體
4‧‧‧襯裡
5‧‧‧通道槽
α‧‧‧偏移角

圖1是具有整合感測器單元的輸送通道的示意圖，該整合感測器單元包含橫向於輸送方向在二行中設置的感測器。

：無。

：無。

1‧‧‧感測器

2‧‧‧感測器強度

3‧‧‧殼體

4‧‧‧襯裡

5‧‧‧通道槽

α‧‧‧偏移角

Claims (8)

1. 一種用於輸送塊狀多晶矽或粒狀多晶矽的產物流的設備，該設備包含：由金屬製成的輸送表面，該輸送表面以塑膠或以矽為襯裡；以及用於檢測該產物流中金屬的或導電的異物的渦流感測器，其中渦流感測器位於該輸送表面的該襯裡下方的一殼體中。
2. 如請求項1所述的設備，該設備包含橫向襯裡，且該殼體及襯裡被夾持到橫向襯裡。
3. 如請求項1或2中任一項所述的設備，其中渦流感測器係橫向於所輸送之該產物流地設置成複數個平行且間隔開的行。
4. 如請求項3所述的設備，其中渦流感測器的至少一行係相對於渦流感測器的另一行而橫向偏移設置。
5. 如請求項3所述的設備，其中渦流感測器設置成使得當一行的二個最接近的相鄰渦流感測器的中心點連接到另一行的共同最接近的相鄰渦流感測器的中心點時，形成具有最小邊長S的三角形。
6. 如請求項4所述的設備，其中渦流感測器設置成使得當一行的二個最接近的相鄰渦流感測器的中心點連接到另一行的共同最接近的相鄰渦流感測器的中心點時，形成具有最小邊長S的三角形。
7. 一種識別塊狀多晶矽或粒狀多晶矽的產物流中的金屬的或導電的異物的方法，其中該產物流在一如請求項1至6中任一項所述之設備之以塑膠或矽為襯裡的金屬輸送表面上移動，其中對異物的檢測係藉助於渦流感測器來實現。
8. 如請求項7所述的方法，其中當檢測到異物時該設備經由評估電子裝置關斷。