專利名稱：帶有出口氣體收集器的多晶硅還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅的生產(chǎn)設(shè)備，特別涉及一種多晶硅還原爐。
背景技術(shù)
目前多晶硅生產(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)，氯化氫和冶金硅粉在一定溫度下合成三氯氫硅，分離精餾 提純后的三氯氫硅進(jìn)入還原爐被氫氣還原，通過化學(xué)氣相沉積反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。該流 程包括五個(gè)主要環(huán)節(jié)三氯氫硅的合成、三氯氫硅的精餾提純、三氯氫硅的氫還原、尾氣的 回收和四氯化硅的氫化分離。
其中，三氯氫硅的氫還原在大型鐘罩式還原爐中進(jìn)行。還原爐主要由爐體、硅芯、 氣路系統(tǒng)、電極加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)組成，如圖2所示。氫氣和三氯氫硅混合氣體經(jīng)由進(jìn)氣 管及其上設(shè)置的噴嘴進(jìn)入還原爐內(nèi)，混合氣體高速向上噴射過程中在通電高溫的硅芯表面 發(fā)生化學(xué)氣相沉積反應(yīng)生成高純多晶硅，得到棒狀多晶硅產(chǎn)品，同時(shí)生成四氯化硅、二氯二 氫硅、氯化氫等副產(chǎn)物尾氣，尾氣從底盤上設(shè)置的出氣口和出氣管排出。
現(xiàn)有技術(shù)存在的主要問題有氣路系統(tǒng)設(shè)置不合理，如圖2所示，進(jìn)氣口 9與出氣 口 10'均設(shè)置在還原爐的底盤上，造成爐內(nèi)底部由于氣體擴(kuò)散而發(fā)生短路，部分氣體未與 硅芯充分接觸發(fā)生反應(yīng)就直接經(jīng)出氣口排出，爐內(nèi)氣體分布不均勻，最終導(dǎo)致生成的多晶 硅棒上下粗細(xì)不均勻，影響產(chǎn)品質(zhì)量。尾氣是否能夠被均勻地收集和排出對(duì)于還原爐的操 作性能和生成多晶硅棒產(chǎn)品的質(zhì)量有非常大的影響，因此需要對(duì)還原爐的氣體出口結(jié)構(gòu)重 新進(jìn)行設(shè)計(jì)。中國(guó)專利CN201105995Y公開的改進(jìn)型多晶硅還原爐，其特征是在底盤上增加 一個(gè)尾氣出氣導(dǎo)管，使得氣體出口與進(jìn)口位置不在同一個(gè)平面上；中國(guó)專利CN101476153A 公開的多晶硅的還原生產(chǎn)工藝及其生產(chǎn)用還原爐，將出氣口設(shè)置在還原爐頂端，采用5 7 管口式結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的改變雖然較之傳統(tǒng)還原爐內(nèi)由于氣體在底部擴(kuò)散造成短路的現(xiàn)象 有一定的改善作用，但并沒有根本解決爐內(nèi)氣體分布不均勻的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的帶有出口氣體收集器的多晶硅還原爐，目的在于克服現(xiàn)有設(shè)備的上述缺 點(diǎn)，提供一種能使?fàn)t內(nèi)氣體不易發(fā)生短路且分布均勻從而保證生產(chǎn)出的多晶硅棒上下粗細(xì) 均勻的多晶硅還原爐。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的一種多晶硅還原爐，包括爐體，夾套，底盤，支座，多對(duì)電極，帶有石墨頭 的硅芯，混合氣進(jìn)氣管及進(jìn)氣噴嘴，出氣管和冷卻系統(tǒng)等；其中爐內(nèi)頂端設(shè)置有出口氣體收 集器，底盤中心設(shè)置有出氣管，出氣管與出口氣體收集器連通。
在出口氣體收集器上設(shè)置有兩根垂直連通的主接管；其中主接管I 19 一端與設(shè) 置在底盤中心的出氣管連通，另一端與主接管II 20的中心位置垂直連通；主接管II上連 接有若干根側(cè)接管21，側(cè)接管與主接管II垂直連通；側(cè)接管和主接管II向下的一面即面向底盤的一面均勻設(shè)置有若干小孔22。
所述主接管II 20和側(cè)接管21均與爐體1內(nèi)壁連接。
所述主接管II 20和側(cè)接管21均通過搭接板M及螺栓25與爐體1內(nèi)壁連接。
多對(duì)電極分圈正負(fù)交錯(cuò)均勻地布置在底盤上，與電極連接的帶有石墨頭的硅芯頂 部?jī)蓛纱罱?，電極可以設(shè)置為12對(duì)或15對(duì)或18對(duì)或M對(duì)或36對(duì)；混合氣進(jìn)氣管上連接 若干噴嘴，噴嘴均勻分布在底盤上。
具體說明如下
帶有出口氣體收集器的多晶硅還原爐，包括爐體，夾套，底盤，支座，觀察視鏡，多 對(duì)電極，帶有石墨頭的硅芯，混合氣進(jìn)氣管及進(jìn)氣噴嘴，出口氣體收集器，出氣管，夾套冷卻 水進(jìn)水口和出水口，底盤冷卻水進(jìn)水口和出水口，電極冷卻水進(jìn)水口和出水口及其他附屬 部件。多對(duì)電極分圈正負(fù)交錯(cuò)均勻地布置在底盤上，與電極連接的帶有石墨頭的硅芯頂部 兩兩搭接，電極可設(shè)置為12對(duì)或15對(duì)或18對(duì)或M對(duì)或36對(duì)；混合氣進(jìn)氣管上連接若干 噴嘴，噴嘴均勻分布在底盤上；爐內(nèi)頂端設(shè)置有出口氣體收集器，底盤中心設(shè)置有出氣管， 出氣管與出口氣體收集器連通。
出口氣體收集器上設(shè)置有兩根垂直連通的主接管；其中主接管I 19 一端與設(shè)置 在底盤中心的出氣管11連通，另一端與主接管II 20的中心位置垂直連通；主接管II 20 上連接有若干根側(cè)接管21，側(cè)接管21與主接管II 20垂直連通；側(cè)接管21和主接管II 20 向下的一面即面向底盤的一面均勻設(shè)置有若干小孔22。主接管I 19與主接管II 20、主接 管II 20與側(cè)接管21均通過法蘭23連接，主接管II 20和側(cè)接管21均通過搭接板M及 螺栓25與爐體1內(nèi)壁連接。
本發(fā)明的特征在于多晶硅還原爐內(nèi)頂端設(shè)置有出口氣體收集器，設(shè)置在底盤中心 的出氣管與出口氣體收集器連通。
本發(fā)明的效果和優(yōu)點(diǎn)是，氫氣和三氯氫硅混合氣體由進(jìn)氣管及進(jìn)氣噴嘴進(jìn)入還原 爐內(nèi)，由于爐內(nèi)頂端設(shè)置有出口氣體收集器，且出口氣體收集器與設(shè)置在底盤中心的出氣 管連通，使得氣體在高速向上噴射的過程中，不會(huì)發(fā)生短路直接從出氣口排出，并且能夠均 勻的分布于整個(gè)爐內(nèi)空間，與通電高溫的硅棒充分接觸并在其表面發(fā)生化學(xué)氣相沉積反 應(yīng)，生成高純多晶硅均勻沉積于硅棒上，得到上下粗細(xì)均勻的棒狀多晶硅產(chǎn)品。同時(shí)生成 的四氯化硅、二氯二氫硅、氯化氫等副產(chǎn)物尾氣向上運(yùn)動(dòng)至出口氣體收集器，經(jīng)由收集器下 表面均勻設(shè)置的若干小孔進(jìn)入收集器內(nèi)，然后沿著收集器的主接管I向下運(yùn)動(dòng)至出氣管排 出O


圖1為本發(fā)明的帶有出口氣體收集器的多晶硅還原爐結(jié)構(gòu)示意圖2為現(xiàn)有多晶硅還原爐結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的出口氣體收集器的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明的出口氣體收集器的A-A結(jié)構(gòu)示意其中1-爐體，2-夾套，3-底盤，4-支座，5-硅芯，6-電極，7_石墨頭，8_進(jìn)氣管， 9-進(jìn)氣噴嘴，10-出口氣體收集器，10'-出氣口，11-出氣管，12-觀察視鏡，13-夾套冷卻 水進(jìn)口，14-夾套冷卻水出口，15-底盤冷卻水進(jìn)口，16-底盤冷卻水出口，17-電極冷卻水進(jìn)口，18-電極冷卻水出口，19-出口氣體收集器主接管I，20-出口氣體收集器主接管II， 21-出口氣體收集器側(cè)接管，22-出口氣體收集器小孔，23-法蘭，24-搭接板，25-螺栓。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明
如圖1所示，帶有出口氣體收集器的多晶硅還原爐包括爐體1，夾套2，底盤3，支 座4，觀察視鏡12，多對(duì)電極6，帶有石墨頭7的硅芯5，混合氣進(jìn)氣管8及進(jìn)氣噴嘴9，出口 氣體收集器10，出氣管11，夾套冷卻水進(jìn)水口 13，夾套冷去水出水口 14，底盤冷卻水進(jìn)水口 15，底盤冷卻水出水口 16，電極冷卻水進(jìn)水口 17，電極冷卻水出水口 18等。多對(duì)電極6分 圈正負(fù)交錯(cuò)均勻地布置在底盤上，與電極6連接的帶有石墨頭7的硅芯5頂部?jī)蓛纱罱樱?極6可以設(shè)置為12對(duì)或15對(duì)或18對(duì)或M對(duì)或36對(duì)；混合氣進(jìn)氣管8上連接若干噴嘴9， 噴嘴9均勻分布在底盤上；爐內(nèi)頂端設(shè)置有出口氣體收集器10，底盤中心設(shè)置有出氣管11， 出氣管11與出口氣體收集器10連通。
如圖3、圖4所示，出口氣體收集器10上設(shè)置有兩根垂直連通的主接管，其中主接 管119 一端與出氣管11連通，另一端與主接管II 20的中心位置垂直連通；主接管II 20 上設(shè)置有若干根側(cè)接管21，側(cè)接管21與主接管II 20垂直連通；側(cè)接管21和主接管II 20 向下的一面即面向底盤的一面均勻設(shè)置有若干小孔22。主接管I 19與主接管II 20、主接 管II 20與側(cè)接管21均通過法蘭23連接，主接管II 20和側(cè)接管21均通過搭接板M及 螺栓25與爐體1內(nèi)壁連接。
氫氣和三氯氫硅混合氣經(jīng)由進(jìn)氣管8及其上設(shè)置的若干噴嘴9高速噴射進(jìn)入還原 爐1內(nèi)，帶有石墨頭7的硅芯電極6通電產(chǎn)生高溫，同時(shí)在夾套冷卻水進(jìn)水口 13和出水口 14之間、底盤冷卻水進(jìn)水口 15和出水口 16之間、電極冷卻水進(jìn)水口 17和出水口 18之間通 以冷卻水。氣體高速向上噴射運(yùn)動(dòng)，爐內(nèi)頂端出口氣體收集器10保證了混合氣體不易發(fā)生 短路且均勻地分布于整個(gè)爐內(nèi)空間，與通電高溫硅芯5充分接觸，在硅芯5表面發(fā)生化學(xué)氣 相沉積反應(yīng)，生成高純多晶硅并沉積于硅芯上，得到上下粗細(xì)均勻的棒狀多晶硅產(chǎn)品。反應(yīng) 中生成的四氯化硅、二氯二氫硅、氯化氫等副產(chǎn)物尾氣向上運(yùn)動(dòng)至爐內(nèi)頂端的出口氣體收 集器10，從收集器下表面均勻設(shè)置的若干小孔22進(jìn)入收集器內(nèi)，然后沿著收集器的主接管 I 19向下運(yùn)動(dòng)至底盤中心的出氣管11排出。爐體側(cè)壁上從上至下設(shè)置3個(gè)觀察視鏡12， 以方便觀察多晶硅棒各個(gè)部位的生長(zhǎng)情況。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅還原爐，包括爐體，夾套，底盤，支座，多對(duì)電極，帶有石墨頭的硅芯，混合 氣進(jìn)氣管及進(jìn)氣噴嘴，出氣管及冷卻系統(tǒng)；其特征是爐內(nèi)頂端設(shè)置有出口氣體收集器，底盤 中心設(shè)置有出氣管，出氣管與出口氣體收集器連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于出口氣體收集器上設(shè)置有兩根垂 直連通的主接管；其中主接管I (19) 一端與設(shè)置在底盤中心的出氣管連通，另一端與主接 管II 00)的中心位置垂直連通；主接管II上連接有若干根側(cè)接管(21)，側(cè)接管與主接管 II垂直連通；側(cè)接管和主接管II向下的一面即面向底盤的一面均勻設(shè)置有若干小孔(22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶硅還原爐，其特征在于主接管IK20)和若干根側(cè)接管 (21)與爐體(1)內(nèi)壁連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多晶硅還原爐，其特征在于主接管II20和側(cè)接管21通過搭 接板04)及螺栓05)與爐體(1)內(nèi)壁連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于多對(duì)電極分圈正負(fù)交錯(cuò)均勻地布 置在底盤上，與電極連接的帶有石墨頭的硅芯頂部?jī)蓛纱罱?，電極設(shè)置為12對(duì)或15對(duì)或18 對(duì)或M對(duì)或36對(duì)；混合氣進(jìn)氣管上連接若干噴嘴，噴嘴均勻分布在底盤上。
全文摘要
本發(fā)明公開的帶有出口氣體收集器的多晶硅還原爐，包括爐體、夾套、底盤、支座、觀察視鏡、多對(duì)電極、硅芯、混合氣進(jìn)氣管及進(jìn)氣噴嘴、出口氣體收集器、出氣管及冷卻系統(tǒng)等。其特征在于爐內(nèi)頂端設(shè)置有出口氣體收集器，底盤中心設(shè)置有出氣管，出氣管與出口氣體收集器連通。出口氣體收集器上設(shè)置有兩根垂直連通的主接管，主接管I一端與設(shè)置在底盤中心的出氣管連通，另一端與主接管II的中心位置垂直連通；主接管II上垂直連通有若干根側(cè)接管通，側(cè)接管和主接管II向下的一面均勻設(shè)置有若干小孔。出口氣體收集器的設(shè)置保證了爐內(nèi)氣體不易發(fā)生短路且分布均勻，氣體與高溫硅棒充分接觸發(fā)生反應(yīng)，最終保證了生成的多晶硅棒上下粗細(xì)均勻，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號(hào)C01B33/03GK102030330SQ20101054248
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者劉春江, 段長(zhǎng)春, 黃國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)