專利名稱：一種節(jié)能型多晶硅還原爐的底盤及其實(shí)施方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是西門子法生產(chǎn)多晶硅的一種節(jié)能大型多晶硅還原爐；涉及一種節(jié)能型多晶硅還原爐的新型底盤及其實(shí)施方法。背景介紹多晶硅在電子領(lǐng)域及太陽(yáng)能領(lǐng)域有著廣發(fā)的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)外多晶硅生產(chǎn)企業(yè)主要采用“改良西門子法”。該方法的生產(chǎn)流程是利用氯氣和氫氣合成氯化氫(或外購(gòu)氯化氫)，氯化氫和硅粉在一定溫度下反應(yīng)生成三氯氫硅，然后對(duì)三氯氫硅進(jìn)行精餾分離提純，提純后的高純?nèi)葰涔枧c氫氣按比例混合后，在一定的溫度和壓力下通入多晶硅還原爐內(nèi)，在通電高溫硅芯上進(jìn)行沉積反應(yīng)生成多晶硅，反應(yīng)溫度控制在1080°C 1150°C，最終生成棒狀多晶硅產(chǎn)品，同時(shí)生成四氯化硅、二氯二氫硅、氯化氫等副產(chǎn)物。 其中多晶硅還原爐內(nèi)三氯氫硅和氫氣需要在1080°C 1150°C的高溫下進(jìn)行反應(yīng)，高溫硅芯棒通過熱傳導(dǎo)以及輻射向還原爐底盤傳熱，使得還原爐底盤溫度升高，而底盤是多晶硅還原爐鐘罩以及硅棒的承重體，如果底盤溫度太高則容易引起底盤的變形從而產(chǎn)生危險(xiǎn)，為此需要對(duì)還原爐底盤進(jìn)行冷卻。目前采用的方法是向還原爐底盤內(nèi)通入冷卻水或者導(dǎo)熱油，我們可以想象，由于還原爐底盤的表面積很大，而如果通入冷卻水或者導(dǎo)熱油的話就存在液體流動(dòng)以及分布問題，很難保證底盤的溫度均勻性。而實(shí)際生產(chǎn)過程中，需要將三氯氫硅液體通過加熱蒸發(fā)為氣體進(jìn)入還原爐內(nèi)部，若將反應(yīng)所需三氯氫硅液體直接覆蓋在底盤上表面，則可以保證底盤的溫度不會(huì)超過液體在操作壓力下的飽和溫度，為此設(shè)計(jì)了一種采用三氯氫硅蒸發(fā)冷卻底盤的還原爐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種裝有底盤冷卻裝置的多晶硅還原爐，解決了傳統(tǒng)多晶硅還原爐底盤溫度不均勻的問題本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種節(jié)能型多晶硅還原爐底盤，其特征是在多晶硅還原爐底盤上方固定一氣盒(16，氣盒的外形為圓桶，氣盒的頂部開有均勻的孔5，孔的形狀為圓形或者矩形；氣盒16的材料為不銹鋼，氣盒16的外徑比多晶硅還原爐內(nèi)膽直徑小10-200mm，氣盒16的高度為5-20cm，氣盒16的壁厚為0. 5_5cm，氣盒16通過螺栓固定在底盤上。一種節(jié)能型多晶硅還原爐的新型底盤及其實(shí)施方法，其特征是多晶硅還原爐內(nèi)膽側(cè)壁上留下的高純?nèi)葰涔枰后w的高度超過還原爐底盤上方氣盒的高度，高純?nèi)葰涔枰后w將氣盒覆蓋；氣盒16內(nèi)液態(tài)三氯氫硅受熱形成三氯氫硅氣體，氣體通過氣盒頂部的開孔進(jìn)入多晶硅還原爐反應(yīng)區(qū)域。在多晶硅還原爐底盤上安裝排液管12，使得還原爐內(nèi)的液位不超過硅芯石墨夾套8的位置。還原爐底盤下方通入高純?nèi)葰涔铓怏w進(jìn)入氣盒。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是
首先與傳統(tǒng)多晶硅還原爐相比，圓膽可以防止高溫硅棒將熱量直接輻射到底盤上，同時(shí)由于在圓膽內(nèi)通入了液態(tài)的高純?nèi)葰涔?，由于三氯氫硅的沸點(diǎn)較低，硅棒輻射到圓膽頂部的熱量通過熱傳導(dǎo)加熱了液態(tài)的三氯氫硅，從而使得部分液態(tài)的三氯氫硅變?yōu)闅怏w，并通過圓膽頂部的開孔進(jìn)入到多晶硅還原爐的反應(yīng)區(qū)域參與反應(yīng)，這樣利用了硅棒輻射的熱量來加熱反應(yīng)氣，實(shí)現(xiàn)了能量的循環(huán)利用。再次與傳統(tǒng)多晶硅還原爐相比，由于圓膽內(nèi)有液位計(jì)，可以根據(jù)液位計(jì)的變化調(diào)整通入液態(tài)三氯氫硅的流量，從而保證圓膽內(nèi)的液態(tài)三氯氫硅保持一定的量，因?yàn)榈妆P被液態(tài)三氯氫娃覆蓋，那么液態(tài)三氯氫娃可以吸收娃棒福射來的熱量以及娃棒通過熱傳導(dǎo)傳遞給底盤的熱量，這樣就可以保證底盤的受熱均勻，不至于由于局部溫度過高而產(chǎn)生變形。同時(shí)由于該冷卻裝置的存在，還可以減少底盤冷卻水的通入量。


圖I為本發(fā)明專利一種節(jié)能型多晶硅還原爐主視圖；、
圖2為本發(fā)明專利一種節(jié)能型多晶硅還原爐的氣盒示意圖；圖3為本發(fā)明專利一種節(jié)能型多晶硅還原爐的氣盒開口分布示意圖；其中如圖I所不多晶娃還原爐，包括1_還原爐鐘罩，2_保溫內(nèi)膽,3_娃芯,4_底盤，5-底盤進(jìn)氣管，6-底盤出氣管，7-電極，8-石墨夾套，9-爐體冷卻水進(jìn)口，10-爐體冷卻水出口，11-底盤進(jìn)氣控制裝置，12-底盤排液管，13-底盤液態(tài)三氯氫硅進(jìn)口管，14-內(nèi)膽頂部液態(tài)三氯氫硅進(jìn)口管，15-內(nèi)膽側(cè)壁液態(tài)三氯氫硅進(jìn)口管，16-底盤冷卻氣盒，17-內(nèi)膽頂部出氣管，18-內(nèi)膽頂部回氣管，19-底盤排氣控制裝置，20-內(nèi)膽的內(nèi)壁，21-內(nèi)膽的外壁，22-內(nèi)膽頂部底板，23-內(nèi)膽頂部頂板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明提供的一種節(jié)能型多晶硅還原爐的新型底盤及其實(shí)施方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖I所示，還原爐鐘罩I固定到還原爐底盤4上并密封，硅芯3通過石墨夾套8與底盤電極7相連接并密封，底盤電極7固定到還原爐底盤4且密封，并與供電系統(tǒng)相連接；底盤進(jìn)氣控制裝置11與底盤進(jìn)氣管5相連接，底盤排氣控制裝置19與底盤出氣管6相連接。液態(tài)三氯氫硅通過底盤液態(tài)三氯氫硅進(jìn)口管13進(jìn)入多晶硅還原爐底盤冷卻氣盒16，液態(tài)三氯氫硅通過內(nèi)膽頂部液態(tài)三氯氫硅進(jìn)口管14進(jìn)入多晶硅還原爐頂部，液態(tài)三氯氫硅通過內(nèi)膽側(cè)壁液態(tài)三氯氫硅進(jìn)口管15進(jìn)入多晶硅還原爐內(nèi)膽側(cè)壁，還原爐底盤4、還原爐鐘罩I分別通過底盤冷卻水進(jìn)口和爐體冷卻水入口通入冷卻水，且底盤冷卻水出口和爐體冷卻水出口分別與需熱系統(tǒng)相連接。實(shí)施例I :新型多晶硅還原爐的操作流程I :(I)首先開啟底盤進(jìn)氣控制裝置11以及底盤排氣控制裝置19 ；(2)其次在還原爐的爐體、還原爐底盤同時(shí)通入冷卻水，將液態(tài)三氯氫硅通過底盤液態(tài)三氯氫硅進(jìn)口管13通入多晶硅還原爐底盤冷卻氣盒16，底盤冷卻氣盒16的外徑較多晶娃還原爐內(nèi)膽直徑小IOmm,圓膽的高度為5cm,圓膽的壁厚為0. 5cm ；(3)再將提純的SiHCl3與H2按一定比例混合，然后將混合氣從底盤進(jìn)氣管5通入多晶娃還原爐；(4)啟動(dòng)還原爐的供電系統(tǒng)對(duì)娃芯加熱,并保持娃芯的溫度在1150°C,還原爐內(nèi)壓力為0. SMpa0當(dāng)硅芯表面的溫度達(dá)到SiHCl3與H2反應(yīng)的條件時(shí)，混合氣開始發(fā)生還原反應(yīng)，并且反應(yīng)后的硅將沉積到硅芯上，通過溫度探頭測(cè)溫發(fā)現(xiàn)底盤的溫度始終低于300°C ；(5)反應(yīng)后的尾氣經(jīng)底盤出氣管6排出，尾氣的溫度控制在450°C ±20，直到硅芯的直徑生長(zhǎng)到200mm以上時(shí)，停止供電，并等到硅芯冷卻后，取出硅芯，通過估算節(jié)能22%左右。實(shí)施例2 :新型多晶硅還原爐的操作流程2 (I)首先開啟底盤進(jìn)氣控制裝置11以及底盤排氣控制裝置19 ；(2)其次在還原爐的爐體、還原爐底盤同時(shí)通入冷卻水，將液態(tài)三氯氫硅通過底盤液態(tài)三氯氫硅進(jìn)口管13通入多晶硅還原爐底盤冷卻氣盒16，圓膽的外徑較多晶硅還原爐 內(nèi)膽直徑小50mm,圓膽的高度為IOcm,圓膽的壁厚為2. 5cm ；(3)再將提純的SiHCl3與H2按一定比例混合，然后將混合氣從底盤進(jìn)氣管5通入多晶娃還原爐；(4)啟動(dòng)還原爐的供電系統(tǒng)對(duì)娃芯加熱,并保持娃芯的溫度在1150°C,還原爐內(nèi)壓力為0. SMpa0當(dāng)硅芯表面的溫度達(dá)到SiHCl3與H2反應(yīng)的條件時(shí)，混合氣開始發(fā)生還原反應(yīng)，并且反應(yīng)后的硅將沉積到硅芯上通過溫度探頭測(cè)溫發(fā)現(xiàn)底盤的溫度始終低于320°C ；；(5)反應(yīng)后的尾氣經(jīng)底盤出氣管6排出，尾氣的溫度控制在420°C ±20，直到硅芯的直徑生長(zhǎng)到200mm以上時(shí)，停止供電，并等到硅芯冷卻后，取出硅芯，通過估算節(jié)能20%左右。實(shí)施例3 :新型多晶硅還原爐的操作流程3 (I)首先開啟底盤進(jìn)氣控制裝置11以及底盤排氣控制裝置19 ；(2)其次在還原爐的爐體、還原爐底盤同時(shí)通入冷卻水，將液態(tài)三氯氫硅通過底盤液態(tài)三氯氫硅進(jìn)口管13通入多晶硅還原爐底盤冷卻氣盒16，圓膽的外徑較多晶硅還原爐內(nèi)膽直徑小200mm,圓膽的高度為20cm,圓膽的壁厚為5cm ；(3)再將提純的SiHCl3與H2按一定比例混合，然后將混合氣從底盤進(jìn)氣管5通入多晶娃還原爐；(4)啟動(dòng)還原爐的供電系統(tǒng)對(duì)娃芯加熱,并保持娃芯的溫度在1150°C,還原爐內(nèi)壓力為0. SMpa0當(dāng)硅芯表面的溫度達(dá)到SiHCl3與H2反應(yīng)的條件時(shí)，混合氣開始發(fā)生還原反應(yīng)，并且反應(yīng)后的硅將沉積到硅芯上，通過溫度探頭測(cè)溫發(fā)現(xiàn)底盤的溫度始終低于350°C;;(5)反應(yīng)后的尾氣經(jīng)底盤出氣管6排出，尾氣的溫度控制在390°C ±20，直到硅芯的直徑生長(zhǎng)到200mm以上時(shí)，停止供電，并等到硅芯冷卻后，取出硅芯，通過估算節(jié)能21%左右。以上所述實(shí)例僅是充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能型多晶硅還原爐底盤，其特征是在多晶硅還原爐底盤上方固定ー氣盒(16)，氣盒的外形為圓桶，氣盒的頂部開有均勻的孔(5)，孔的形狀為圓形或者矩形；氣盒的材料為不銹鋼，氣盒的外徑比多晶硅還原爐內(nèi)膽直徑小10-200mm，氣盒16的高度為5-20cm，氣盒的壁厚為0. 5-5cm，氣盒通過螺栓固定在底盤上。
2.一種節(jié)能型多晶硅還原爐的新型底盤及其實(shí)施方法，其特征是多晶硅還原爐內(nèi)膽側(cè)壁上留下的高純?nèi)葰涔枰后w的高度超過還原爐底盤上方氣盒的高度，高純?nèi)葰涔枰后w將氣盒覆蓋；氣盒內(nèi)液態(tài)三氯氫硅受熱形成三氯氫硅氣體，氣體通過氣盒頂部的開孔進(jìn)入多晶硅還原爐反應(yīng)區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的實(shí)施方法，其特征是在多晶硅還原爐底盤上安裝排液管(12)，使得還原爐內(nèi)的液位不超過娃芯石墨夾套(8)的位置。
4.如權(quán)利要求2所述的實(shí)施方法，其特征是還原爐底盤下方通入高純?nèi)葰涔铓怏w進(jìn)入氣盒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種節(jié)能型多晶硅還原爐底盤及其實(shí)施方法；在多晶硅還原爐底盤上方固定一氣盒，氣盒的外形為圓桶，氣盒的頂部開有均勻的孔，孔的形狀為圓形或者矩形；氣盒的材料為不銹鋼，氣盒的外徑比多晶硅還原爐內(nèi)膽直徑小10-200mm，氣盒的高度為5-20cm，氣盒的壁厚為0.5-5cm，氣盒通過螺栓固定在底盤上。多晶硅還原爐內(nèi)膽側(cè)壁上留下的高純?nèi)葰涔枰后w的高度超過還原爐底盤上方氣盒的高度，高純?nèi)葰涔枰后w將氣盒覆蓋；氣盒內(nèi)液態(tài)三氯氫硅受熱形成三氯氫硅氣體，氣體通過氣盒頂部的開孔進(jìn)入多晶硅還原爐反應(yīng)區(qū)域。本發(fā)明利用了硅棒輻射的熱量來加熱反應(yīng)氣，實(shí)現(xiàn)了能量的循環(huán)利用。解決了傳統(tǒng)多晶硅還原爐底盤溫度不均勻的問題。
文檔編號(hào)C01B33/035GK102730692SQ20121014188
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者劉春江, 周陽(yáng), 段連, 段長(zhǎng)春, 王曉靜, 黃哲慶 申請(qǐng)人:天津大學(xué)