專利名稱：帶硅粉處理裝置的多晶硅還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及高純度元素硅的制備領(lǐng)域，特別涉及改良西門子工藝中帶有微硅粉處理裝置的多晶硅還原爐。
背景技術(shù)：
多晶硅是制造半導(dǎo)體器件和太陽能電池等產(chǎn)品的主要原材料，還可以用于制備單晶硅，其深加工產(chǎn)品被廣泛用于半導(dǎo)體工業(yè)中，作為人工智能、自動控制、信息處理、光電轉(zhuǎn)換等器件的基礎(chǔ)材料。同時，由于能源危機和低碳經(jīng)濟的呼吁，全球正在積極開發(fā)利用可再生能源。太陽能由于其清潔、安全、資源豐富，在可再生能源中最引人關(guān)注。利用太陽能的一種方法是通過光電效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。硅太陽能電池是最普遍采用的基于光電壓效應(yīng)的裝置。此外，由于半導(dǎo)體工業(yè)和太陽能電池的發(fā)展，對高純度多晶硅的需求正不斷增加。 目前，高純度元素硅生產(chǎn)主要采用改良西門子法和流化床法。所謂西門子法的原理就是在800-110(TC左右的高純硅芯上用高純氫還原高純含硅化合物，生成高純度元素硅并沉積在硅芯上。改良西門子法則是在西門子法的基礎(chǔ)上，增加了還原尾氣干法回收系統(tǒng)、四氯化硅(SiC14)氫化工藝，實現(xiàn)閉路循環(huán)，通過采用大型還原爐，降低了單位產(chǎn)品的能耗。流化床法則是以含硅化合物為原料，在800-1100°C的流化床中用高純氫還原高純含硅化合物生成單質(zhì)硅并沉積在籽晶上，形成500-2000微米的高純度元素硅顆粒。未反應(yīng)的三氯氫硅和反應(yīng)過程中生成的四氯化硅副產(chǎn)物等其他氯硅烷氣體、連同氫氣、HCl氣體(統(tǒng)稱為熱解尾氣)一起經(jīng)由熱解尾氣排氣管排出，并且任選進入后端的氣體吸附分離裝置分離，其中的三氯氫硅經(jīng)純化后可以循環(huán)供給還原工序使用。在多晶硅尾氣中，除四氯化硅、二氯二氫硅、氫氣、HCl氣體外，隨操作條件的變化，原料氣中的三氯氫娃和/或二氯二氫娃會發(fā)生均相分解，產(chǎn)生娃微粉，娃微粉隨尾氣排出后會吸附在后續(xù)管道上，累積后的硅粉會造成管路通氣不暢，影響生產(chǎn)，此外，若硅微粉進入后續(xù)生產(chǎn)裝置，導(dǎo)致動設(shè)備的磨損增加，導(dǎo)致設(shè)備故障或氣體泄漏產(chǎn)生危險。多晶硅還原爐為多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域中的關(guān)鍵設(shè)備，目前多晶硅硅還原爐一般采用不銹鋼制造，在結(jié)構(gòu)上主要由爐筒，爐體、底盤構(gòu)成，爐筒上有冷卻水腔，冷卻水進水口、冷卻水出水口、視鏡，底盤上有電極、進氣口、尾氣排出口，爐筒與底盤之間用法蘭連接。將硅微粉過濾在還原爐內(nèi)或者出還原爐及其還原爐附屬的尾氣出口管內(nèi)處理掉，可以有效消除硅微粉的不利影響。I. Rover 等人的"The catalytic hydrogenation of chlorosilanes-thecrucial print of production of electronic-grade silicon " , Silicon for theChemical Industry VI, Loen, Norway, 2002 年 6 月 17-21 日；Μ· A. 0ye 等人編著，Trondheim, Norway, 2002,自第209頁起,報道了并非所有的過渡金屬都能形成娃化物，因為這些元素的硅化物形成在動力學(xué)上禁止的。此外，專利CN1946637A發(fā)現(xiàn)鎢、鈮、鉭金屬及其合金在加熱狀態(tài)下具有催化活性，因此，本專利人發(fā)現(xiàn)采用本實用新型的裝置可以有效除去還原爐尾氣中的硅微粉。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種帶硅粉處理裝置的多晶硅還原爐，用于解決因硅微粉導(dǎo)致尾氣管路堵塞和硅微粉影響后續(xù)工序的設(shè)備問題。為解決上述問題，本實用新型采用如下的技術(shù)方案一種帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，由爐筒，爐體、底盤構(gòu)成，爐筒上有冷卻水腔，冷卻水進水口、冷卻水出水口、視鏡，底盤上有電極、進氣口、尾氣排出口，爐筒與底盤之間用法蘭連接，其特征在于位于底盤上部的還原爐尾氣排出口部件設(shè)置有由金屬硅化物或鎢、鈮、鉭金屬或其金屬合金組成的機構(gòu)。其中，所述的金屬硅化物機構(gòu)由鎳、銅、鐵、鋅、鋁、錳、銠、銥的硅化物制備而成，但并不限制于此。在一個具體的實施方式中，在位于底盤上部的還原爐出口設(shè)置有由金屬硅化物或·鎢、鈮、鉭金屬或其金屬合金組成的網(wǎng)狀裝置。此時，網(wǎng)狀裝置的網(wǎng)眼截面形式可以有蜂巢形、圓形、正方形、三角形、六邊形或八角形。當所述網(wǎng)狀裝置的上部截面為圓形時，其直徑略大于還原爐尾氣管內(nèi)徑以支撐在底盤上?；蛘咚鼍W(wǎng)狀裝置上部外徑和還原爐尾氣管道的內(nèi)徑相契合以嵌套在尾氣出口管的出口位置。進一步地，所述網(wǎng)狀裝置的網(wǎng)線垂直向下延伸，其延伸形狀為螺旋形、片狀、棒狀、管狀、或者波紋狀。在另一個具體的實施方式中，在還原爐尾氣出口管內(nèi)壁上涂覆有一層金屬硅化物或鎢、鈮、鉭金屬或/和其金屬合金組成的涂層。尾氣管道內(nèi)壁的金屬涂層長度可以涂覆全部的多晶硅還原爐附屬的尾氣管道長度，也可以是尾氣管道和底盤相連接的和水平垂直的部分，所述涂層厚度為O. 001mm-2mm,優(yōu)選地,所述涂層厚度為O. 1-0. 2mm。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述還原爐尾氣排出口部件還包括氣體反吹管線，SP在還原爐尾氣出口管線上在還原爐尾氣出口端設(shè)有旁路氣體反吹管線，通過氣體的反吹，清除附著在金屬網(wǎng)或管壁上的硅粉。如此，在金屬網(wǎng)的網(wǎng)眼較小的情況下，既能有效消除硅粉，又能防止網(wǎng)眼不被堵塞，保證尾氣出口管路的暢通。本實用新型和以有還原爐結(jié)構(gòu)相比，其效果明顯和積極。通過本實用新型在管路中設(shè)置的涂層和網(wǎng)狀裝置，夾帶硅微粉的多晶硅還原爐尾氣在鎢、鈮、鉭金屬或其金屬合金的催化作用下，娃微粉和四氯化娃、氫氣一起轉(zhuǎn)化為三氯氫娃，同時尾氣中的氯化氫和娃微粉反應(yīng)形成四氯化硅和三氯氫硅，可有效除去還原爐尾氣中的少量硅微粉或/和氯化氫。

圖I是在尾氣出口管道管內(nèi)壁上涂覆有涂層的還原爐；圖2是在尾汽出口管道管內(nèi)壁上涂覆有涂層的還原爐的局部放大圖；圖3是在尾氣出口設(shè)置有網(wǎng)狀裝置的還原爐；圖4是在尾氣出口設(shè)置有網(wǎng)狀裝置的還原爐的局部放大圖；圖5是在尾氣出口管道設(shè)置有氣體反吹管線的還原爐；其中I、爐筒冷卻水出水；2、硅芯；[0021]3、爐筒；4、爐筒冷卻水進水；5、閥門；6、原料進氣管路；7、尾氣出口管夾套冷卻水進口；8、尾氣出口管；9、視鏡；10、還原爐底盤；11、尾氣出口管夾套冷卻水出口；12、硅芯橫梁；13、電極；14、涂層；15、尾氣出口管夾套；16、尾氣出口管出口的網(wǎng)狀裝置；17、氣體反吹管線。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型帶硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐做進一步詳細說明，但需要指出的是，這并不能對本實用新型的保護范圍起任何限制租用，其保護范圍由權(quán)利要求書限定。如圖I和圖2所示，還原爐由爐筒，爐體、底盤構(gòu)成，爐筒上有冷卻水腔，冷卻水進水口、冷卻水出水口、視鏡，底盤上有電極、進氣口、尾氣排出口組成，爐筒與底盤之間用法蘭連接。在圖I中，在還原爐尾氣出口管內(nèi)壁上涂覆一層鎢金屬，尾氣出口夾帶硅微粉的多晶硅還原爐尾氣通過網(wǎng)狀裝置和還原爐尾氣管時，由于尾氣管內(nèi)壁鎢金屬涂層的催化作用下，娃微粉和四氯化娃、氫氣一起轉(zhuǎn)化為三氯氫娃，同時尾氣中的氯化氫和娃微粉反應(yīng)形成四氯化硅和三氯氫硅，可有效除去還原爐尾氣中的少量硅微粉或/和氯化氫。同樣的，可以采用由鎳、銅、鐵、鋅、鋁、錳、銠、銥的硅化物制備而成的金屬硅化物涂層或幾種涂層的組合來代替鎢涂層。還可以采用鈮、鉭金屬或/和其金屬合金組成的涂層。尾氣管道內(nèi)壁的金屬涂層長度可以涂覆全部的多晶硅還原爐附屬的尾氣管道長度，也可以是尾氣管道和底盤相連接的和水平垂直的部分，涂層厚度可以選擇O. 15_。在圖3和圖4中，在還原爐出口安置由鎢、鈮、鉭金屬或其金屬合金組成的網(wǎng)狀裝置，嵌套罩在尾氣出口管上，夾帶硅微粉的多晶硅還原爐尾氣通過網(wǎng)狀裝置和還原爐尾氣管時，在鎢、鈮、鉭金屬或其金屬合金的催化作用下，硅微粉和四氯化硅、氫氣一起轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，同時尾氣中的氯化氫和硅微粉反應(yīng)形成四氯化硅和三氯氫硅，可有效除去還原爐尾氣中的少量硅微粉或/和氯化氫。網(wǎng)狀裝置的的網(wǎng)線垂直向下延伸，其延伸形狀為螺旋形、片狀、棒狀、管狀、或者波紋狀，網(wǎng)狀裝置的網(wǎng)眼截面形式可以有蜂巢形、圓形、正方形、三角形、六邊形或八角形等。[0043]在圖5中，在還原爐出口安置由鎢、鈮、鉭金屬或其金屬合金組成的網(wǎng)狀裝置，嵌套罩在尾氣出口管上，夾帶硅微粉的多晶硅還原爐尾氣通過網(wǎng)狀裝置和還原爐尾氣管時，在鎢、鈮、鉭金屬或其金屬合金的催化作用下，硅微粉和四氯化硅、氫氣一起轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，同時尾氣中的氯化氫和硅微粉反應(yīng)形成四氯化硅和三氯氫硅，可有效除去還原爐尾氣中的少量硅微粉或/和氯化氫。在尾氣出口管線上還設(shè)有氣體反吹管線，通過氣體反吹可消除堵塞在網(wǎng)狀裝置上的硅粉，防止網(wǎng)眼堵塞。氣體反吹管線可以是額外引入的外來氣體，也可以是設(shè)置在尾氣出口管線上的旁路。同樣，在圖I的尾氣出口管內(nèi)壁上涂覆一層鎢金屬的還原爐中，在尾氣出口管線上也優(yōu)選設(shè)有氣體反吹管線，清理管道內(nèi)壁附著的硅粉。此夕卜，清理方式還可以是脈沖、超聲波等形式，并不限于此。本實用新型提供了一種帶硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐的思路及方法，具體實現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。本實施例中未明確的多晶 硅制備工藝均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，由爐筒，爐體、底盤構(gòu)成，爐筒上有冷卻水腔，冷卻水進水口、冷卻水出水口、視鏡，底盤上有電極、進氣口、尾氣排出口，爐筒與底盤之間用法蘭連接，其特征在于位于底盤上部的還原爐尾氣排出口部件設(shè)置有由金屬硅化物或鎢、鈮、鉭金屬或其金屬合金組成的機構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，其特征在于所述的金屬硅化物機構(gòu)由鎳、銅、鐵、鋅、鋁、錳、銠、銥的硅化物制備而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，其特征在于在位于底盤上部的還原爐出口設(shè)置有由金屬硅化物或鎢、鈮、鉭金屬或其金屬合金組成的網(wǎng)狀裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，其特征在于在還原爐尾氣出口管內(nèi)壁上涂覆有一層金屬硅化物或鎢、鈮、鉭金屬或/和其金屬合金組成的涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，其特征在于網(wǎng)狀裝置的網(wǎng)眼截面形式可以有蜂巢形、圓形、正方形、三角形、六邊形或八角形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，其特征在于所述網(wǎng)狀裝置的上部截面為圓形且其直徑略大于還原爐尾氣管內(nèi)徑以支撐在底盤上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，其特征在于所述網(wǎng)狀裝置上部外徑和還原爐尾氣管道的內(nèi)徑相契合以嵌套在尾氣出口管的出口位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，其特征在于所述網(wǎng)狀裝置的網(wǎng)線垂直向下延伸，其延伸形狀為螺旋形、片狀、棒狀、管狀、或者波紋狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，其特征在于所述涂層厚度為 O. 001mm-2mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，其特征在于所述涂層厚度為O. 1-0. 2mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的帶有硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，其特征在于所述還原爐尾氣排出口部件還包括氣體反吹管線。
專利摘要本實用新型涉及一種帶硅微粉處理裝置的多晶硅還原爐，由爐筒，爐體、底盤構(gòu)成，爐筒上有冷卻水腔，冷卻水進水口、冷卻水出水口、視鏡，底盤上有電極、進氣口、尾氣排出口，爐筒與底盤之間用法蘭連接，其特征在于本實用新型在位于底盤上部的還原爐出口或/和在還原爐尾氣出口管內(nèi)壁上設(shè)有由鎢、鈮、鉭金屬或其金屬合金或金屬硅化物組成的機構(gòu)，夾帶硅微粉的多晶硅還原爐尾氣通過網(wǎng)狀裝置和還原爐尾氣管時，在鎢、鈮、鉭金屬或其金屬合金或金屬硅化物的催化作用下，硅微粉和四氯化硅、氫氣一起轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，同時尾氣中的氯化氫和硅微粉反應(yīng)形成四氯化硅和三氯氫硅，可有效除去還原爐尾氣中的少量硅微粉或/和氯化氫。
文檔編號C01B33/03GK202575997SQ20112054854
公開日2012年12月5日 申請日期2011年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月24日
發(fā)明者陳其國 申請人:江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司