專利名稱：多晶硅還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多晶硅的生產(chǎn)設(shè)備，尤其是一種用于生產(chǎn)多晶硅的多晶硅還 原爐。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)和半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展也越來(lái)越迅猛。作為太陽(yáng) 能光伏產(chǎn)業(yè)以及半導(dǎo)體工業(yè)主要的原料的多晶硅，其工業(yè)需求也是越來(lái)越大。目前，業(yè)界生產(chǎn)多晶硅的方法有多種，其中較為常見(jiàn)的是氫還原法。其是把提純好 的三氯氫硅和凈化好的氫氣作為原料，通入到反應(yīng)容器內(nèi)，在高溫、高壓環(huán)境下，兩者在反 應(yīng)容器內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成多晶硅，并沉積在反應(yīng)容器內(nèi)的發(fā)熱體上。隨著化學(xué)反應(yīng)的繼 續(xù)，沉積在發(fā)熱體上的多晶硅越來(lái)越多，逐漸的將發(fā)熱體全部覆蓋，變成一根外表包裹著多 晶硅的棒狀體，俗稱硅棒。反應(yīng)容器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)將繼續(xù)進(jìn)行，多晶硅也會(huì)繼續(xù)沉積在硅 棒上，使得硅棒的直徑逐漸加大，直到最后達(dá)到預(yù)定的直徑尺寸，停止反應(yīng)容器內(nèi)的化學(xué)反 應(yīng)。業(yè)界通常使用多晶硅還原爐，作為實(shí)施上述化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)容器。其自身的性能 好壞，對(duì)其生產(chǎn)的多晶硅的品質(zhì)有著重大的影響。通常其包括有底座以及與底座連接的爐 體。底座中心設(shè)置出氣口，圍繞出氣口設(shè)置有多層周向均勻分布的電極發(fā)熱體，以及設(shè)置在 電極發(fā)熱體之間的進(jìn)氣口。但是這樣的結(jié)構(gòu)，尤其是進(jìn)氣口的不合理設(shè)置，使得位于進(jìn)氣口 外側(cè)的電極發(fā)熱體面向進(jìn)氣口的一側(cè)比較容易接觸到三氯氫硅和氫氣發(fā)生反應(yīng)，其背面很 難接觸三氯氫硅和氫氣，因此難以充分發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致硅棒沉積時(shí)偏心，容易折斷，嚴(yán)重影 響了提純硅的產(chǎn)量，甚至?xí)p壞爐體。而且，從底座進(jìn)氣口進(jìn)來(lái)的冷的三氯氫硅和氫氣，經(jīng)爐內(nèi)加溫后上升，造成爐內(nèi)上 部的溫度過(guò)高，與底座附近溫度相差200度左右，上部的溫度過(guò)高，使得沉積后的硅與氫氣 發(fā)生逆向反應(yīng)，重新生成了三氯氫硅或其他化合物，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。另一個(gè)方面，為了保護(hù)爐體，不會(huì)被爐體內(nèi)的反應(yīng)條件中的高溫所損壞，以及防止 反應(yīng)生成的多晶硅沉積于爐體內(nèi)壁表面。爐體通常為雙層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)夾層中會(huì)通入用于冷 卻爐體內(nèi)壁的冷卻水或油。如此，通過(guò)冷卻水來(lái)帶走靠近爐體內(nèi)壁區(qū)域的大量熱量，使得爐 體內(nèi)壁的溫度相對(duì)低于多晶硅還原沉積溫度。避免了爐體內(nèi)的高溫?fù)p壞爐體內(nèi)壁。但同時(shí) 由于爐體內(nèi)存在有這么一個(gè)溫差區(qū)，這就使得在該區(qū)域內(nèi)會(huì)發(fā)生生成有副產(chǎn)物四氯化硅和 氯化氫的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而使得產(chǎn)能下降，同時(shí)需要對(duì)副產(chǎn)物四氯化硅和氯化氫的進(jìn)行處理， 也進(jìn)一步提高了生產(chǎn)成本。也不利于在靠近爐壁的電極發(fā)熱體上沉積硅。另外，使用冷卻水來(lái)冷卻爐體內(nèi)壁，也使得其不停的帶走爐內(nèi)大量的熱量，其帶走 的熱量只能是白白損耗掉，而不能對(duì)其進(jìn)行再次利用，而且大量的冷卻水被蒸發(fā)消耗，造成 極大水源浪費(fèi)。同時(shí)，由于爐體內(nèi)不斷有大量熱量的損耗，為了維持爐體內(nèi)正常的多晶硅生 產(chǎn)，就必須在向其內(nèi)不斷的提供熱量，以補(bǔ)充損耗的熱能，這就又耗費(fèi)了大量的電能。如此 操作方式，很明顯，對(duì)熱能的需求是極為巨大的。也就是說(shuō)，其為維持還原爐內(nèi)的正常多晶硅生產(chǎn)要消耗大量的能源，這顯然極大的違反了節(jié)能環(huán)保的要求，造成大量能源的浪費(fèi)。因此，業(yè)界急需一種多晶硅還原爐的解決方案，來(lái)改善或解決上述的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有業(yè)界使用的多晶硅還原爐，成本高，能耗量巨大，產(chǎn)量低的問(wèn)題，本 實(shí)用新型提供一種多晶硅還原爐，其成本低，能耗小且產(chǎn)量大。本實(shí)用新型解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種多晶硅還原爐，其包括 有底座以及其上設(shè)置的鐘罩形爐體，其特征是，所述底座上設(shè)置有中心出氣口，以及圍繞所 述中心出氣口同心設(shè)置的、具有不同半徑的多個(gè)電極發(fā)熱體層，所述每一電極發(fā)熱體層包 括多個(gè)沿周向均勻設(shè)置的電極發(fā)熱體，所述多個(gè)電極發(fā)熱體層的最外層的外側(cè)設(shè)置有多個(gè) 進(jìn)氣口。優(yōu)選的，所述電極發(fā)熱體為U形，其兩自由端與所述底座可拆卸連接。優(yōu)選的，所述電極發(fā)熱體為直徑大于20厘米的圓形硅棒或單邊長(zhǎng)大于20厘米的 方形硅棒。優(yōu)選的，所述進(jìn)氣口沿周向均勻設(shè)置。優(yōu)選的，所述電極發(fā)熱體層之間沿周向均勻設(shè)置多個(gè)進(jìn)氣口。優(yōu)選的，所述爐體上部還設(shè)置有多個(gè)進(jìn)氣口。所述爐體上部的多個(gè)進(jìn)氣口環(huán)形均勻設(shè)置。優(yōu)選的，所述爐體內(nèi)壁上設(shè)置有保溫隔熱裝置，所述保溫隔熱裝置包括有碳素纖 維或硅材料的殼體，其內(nèi)設(shè)置有一個(gè)收容腔。優(yōu)選的，其中所述保溫隔熱裝置的收容腔內(nèi)收容有包括稻草灰的保溫隔熱材料。本實(shí)用新型的有益效果是，通過(guò)將進(jìn)氣口設(shè)置在電極發(fā)熱體最外層的外側(cè)，使得 三氯氫硅和氫氣在進(jìn)氣口與出氣口之間的對(duì)流中穿過(guò)全部的電極發(fā)熱體涵蓋，均勻沉積在 電極發(fā)熱體上。而電極發(fā)熱體的截面面積較大，啟動(dòng)時(shí)更穩(wěn)定，且電極發(fā)熱體用于硅沉積的 表面更大，更利于硅的生長(zhǎng)。另外通過(guò)設(shè)置包括有碳素纖維材料或硅材料構(gòu)成的保溫隔熱裝置，由于其耐熱溫 度高達(dá)攝氏2000度，可起到隔斷熱量，避免了爐體內(nèi)熱量對(duì)爐體內(nèi)壁造成的損害，又可對(duì) 其附近的熱能起到保溫作用，既避免了水冷式帶走熱量而造成爐體內(nèi)熱能的白白損耗，極 大地提高了爐體內(nèi)熱能的利用率，又利于靠近爐壁的電極發(fā)熱體上沉積硅。同時(shí)，由于隔 熱保溫裝置的保溫功效，其附近區(qū)域的溫度與爐體內(nèi)溫度的是差不多的，因此多晶硅生產(chǎn) 的化學(xué)反應(yīng)也會(huì)在其附近發(fā)生，因此其上也會(huì)沉積有多晶硅，因此，大大提高了多晶硅的產(chǎn) 量。

圖1是本實(shí)用新型涉及的多晶硅還原爐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所示多晶硅還原爐底座的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。[0024]請(qǐng)參閱圖1和圖2所示，本實(shí)用新型涉及的一種多晶硅還原爐100，包括有底座 110和設(shè)置于其上的爐體120。底座110上中心設(shè)置有出氣口 113，圍繞出氣口 113同心設(shè) 置的、半徑大小不同的兩電極發(fā)熱體層142和144，電極發(fā)熱體層142和144包括周向均勻 設(shè)置的U形電極發(fā)熱體150，電極發(fā)熱體150為直徑大于20厘米的圓形硅棒或單邊長(zhǎng)大于 20厘米的方形硅棒，其兩自由端與底座110可拆卸連接，底座110上位于外層的電極發(fā)熱體 層144的外側(cè)設(shè)置多個(gè)進(jìn)氣口 115，進(jìn)氣口 115沿周向均勻設(shè)置，為了使進(jìn)氣量更大，更加均 勻，電極發(fā)熱體層142和144之間還可以設(shè)置一些進(jìn)氣口 117。爐體120的上端還可以設(shè)置有多個(gè)沿環(huán)形排列的進(jìn)氣口 122，進(jìn)氣口 122與底座 110上的進(jìn)氣口 115和117 —樣，向爐內(nèi)通冷的三氯氫硅和氫氣，使得整個(gè)爐內(nèi)氣體的流動(dòng) 形成喘流，爐內(nèi)溫度均衡，從而平抑了爐體120上部的溫度高帶來(lái)的逆向反應(yīng)。另外，為了 防止?fàn)t體120內(nèi)高溫，會(huì)對(duì)爐體內(nèi)壁造成損害，以及更好的利用爐體內(nèi)的熱量。其中爐體 120內(nèi)壁126上設(shè)置有保溫隔熱裝置155，其構(gòu)成材料包括有碳素纖維或硅材料。該保溫隔 熱裝置155能起到隔斷爐體內(nèi)高溫對(duì)爐體內(nèi)壁的接觸，又可對(duì)爐體內(nèi)其附近的熱量起到保 溫的作用。進(jìn)一步的，在不同實(shí)施方式中，保溫隔熱裝置在爐體內(nèi)壁上的設(shè)置區(qū)域，可隨需要 而定，其并不一定需要將全部的爐體內(nèi)壁遮蔽。在本實(shí)施例中，其是只在環(huán)形爐體內(nèi)壁上設(shè) 置了保溫隔熱裝置。進(jìn)一步的，保溫隔熱裝置155包括有殼體157，其內(nèi)設(shè)置有一個(gè)收容腔159。其中 殼體157的構(gòu)成材料包括有碳素纖維或硅材料，而由碳素纖維或硅材料構(gòu)成的殼體部分會(huì) 直面爐體內(nèi)，與爐體內(nèi)的高溫直接接觸。進(jìn)一步的，殼體157內(nèi)設(shè)置的收容腔159內(nèi)還可進(jìn)一步的填充保溫隔熱材料，以加 強(qiáng)保溫隔熱裝置的保溫隔熱效果。進(jìn)一步的，在不同實(shí)施方式中，其中保溫隔熱裝置的收容腔內(nèi)收容的保溫隔熱材 料包括有稻草灰。這些稻草灰也就是，收割后的稻草燒成的灰。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不以上述實(shí) 施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變 化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種多晶硅還原爐，其包括有底座以及其上設(shè)置的鐘罩形爐體，其特征是，所述底座上設(shè)置有中心出氣口，以及圍繞所述中心出氣口同心設(shè)置的、具有不同半徑的多個(gè)電極發(fā)熱體層，所述每一電極發(fā)熱體層包括多個(gè)沿周向均勻設(shè)置的電極發(fā)熱體，所述多個(gè)電極發(fā)熱體層的最外層的外側(cè)設(shè)置有多個(gè)進(jìn)氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征是所述電極發(fā)熱體為U形，其兩自由 端與所述底座可拆卸連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶硅還原爐，其特征是所述電極發(fā)熱體為直徑大于20厘 米的圓形硅棒或單邊長(zhǎng)大于20厘米的方形硅棒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征是所述進(jìn)氣口沿周向均勻設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征是所述電極發(fā)熱體層之間沿周向均 勻設(shè)置多個(gè)進(jìn)氣口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征是所述爐體上部還設(shè)置有多個(gè)進(jìn)氣
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征是所述爐體上部的多個(gè)進(jìn)氣口環(huán)形 均勻設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的多晶硅還原爐，其特征是所述爐體內(nèi)壁上設(shè) 置有保溫隔熱裝置，所述保溫隔熱裝置包括有碳素纖維或硅材料的殼體，其內(nèi)設(shè)置有一個(gè) 收容腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多晶硅還原爐，其特征是其中所述保溫隔熱裝置的收容腔 內(nèi)收容有包括稻草灰的保溫隔熱材料。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多晶硅還原爐，其包括有底座以及其上設(shè)置的鐘罩形爐體，其中底座上設(shè)置有中心出氣口，以及圍繞中心出氣口同心設(shè)置的、具有不同半徑的多個(gè)電極發(fā)熱體層，每一電極發(fā)熱體層包括多個(gè)沿周向均勻設(shè)置的電極發(fā)熱體，多個(gè)電極發(fā)熱體層的最外層的外側(cè)設(shè)置有多個(gè)進(jìn)氣口。本實(shí)用新型是通過(guò)將進(jìn)氣口設(shè)置在電極發(fā)熱體最外層的外側(cè)，使得三氯氫硅和氫氣在進(jìn)氣口與出氣口之間的對(duì)流中穿過(guò)全部的電極發(fā)熱體涵蓋，均勻沉積在電極發(fā)熱體上。而電極發(fā)熱體的截面面積較大，啟動(dòng)時(shí)更穩(wěn)定，且電極發(fā)熱體用于硅沉積的表面更大，更利于硅的生長(zhǎng)。另外多晶硅還原爐設(shè)置有碳素纖維材料或硅材料構(gòu)成的保溫隔熱裝置，能大大節(jié)約能耗，提高產(chǎn)量。
文檔編號(hào)C30B29/06GK201713326SQ20102017901
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者王春龍 申請(qǐng)人:王春龍