本发明涉及电子级多晶硅生产中尾气的提纯技术领域，具体而言，涉及一种电子级多晶硅生产中循环氢气的深度净化方法。
背景技术：
电子级多晶硅是集成电路、航空航天、新能源等新型产业的基础性关键功能材料。尽管近年来我国多晶硅产业发展迅猛，产能规模跃居世界第一，但仍无法实现高纯、超高纯电子级多晶硅的量产，研发高纯、超高纯电子级多晶硅材料生产技术并实现规模化生产是我国的多晶硅产业发展的重点方向。
电子级多晶硅生产中循环氢气的深度净化技术是生产电子级多晶硅材料的关键技术。三氯氢硅与氢气在还原炉中发生反应时温度很高，各种杂质在高温条件下会发生裂解反应形成B2H6、PH3等小分子形态，B2H6、PH3等小分子杂质的深度去除是我国实现电子级多晶硅规模化量产的主要挑战。目前多晶硅生产中使用的氢气主要为循环氢气，现有技术无法实现循环氢气中杂质的深度去除，因此，循环氢气品质无法满足电子级多晶硅的规模化生产。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种电子级多晶硅生产中循环氢气的深度净化方法，能够很好的去除循环氢气中Cl2、氢化物等杂质，从而使循环氢气稳定达到电子级。
本发明是采用以下技术方案实现的：
一种电子级多晶硅生产中循环氢气的深度净化方法，将含有Cl2、氢化物杂质的循环氢气通入等离子体装置中使Cl2活化得到氯自由基，氯自由基与氢化物反应得到含氯化合物，将含氯化合物与循环氢气分离。
本发明的较佳实施例提供的电子级多晶硅生产中循环氢气的深度净化方法的有益效果是：
本发明提供的电子级多晶硅生产中循环氢气的深度净化方法，循环氢气中含有微量Cl2，等离子体装置提供电磁场，Cl2通入等离子体装置中，自由电子在电磁场的作用下加速成为高能电子，高能电子与活化Cl2碰撞，使Cl2转变为反应活性很强的氯自由基。高能电子与氢化物杂质碰撞，使氢化物的活性增强，使氯自由基很容易与氢化物反应生成含氯化合物；同时，循环氢气在等离子体装置中完全变为非平衡等离子体，会产生频率广的强光辐射，该光辐射可以使Cl2活化成氯自由基，并与氢化物发生光取代反应，得到含氯化合物，与原有的氢化物相比，含氯化合物的沸点高、极性强，容易与循环氢气进行分离，循环氢气得到深度净化，从而使循环氢气稳定达到电子级，利于大规模生产电子级多晶硅。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的电子级多晶硅生产中循环氢气的深度净化方法进行具体说明。
一种电子级多晶硅生产中循环氢气的深度净化方法，将含有Cl2、氢化物杂质的循环氢气通入等离子体装置中使Cl2活化得到氯自由基。
优选地，将电子级多晶硅生产中直接放出的循环氢气直接通入等离子体装置中，电子级多晶硅生产中直接放出的循环氢气的温度较高，有利于后续的活化反应，同时，电子级多晶硅生产以后就直接将循环氢气进行净化，有利于净化后的循环氢气又进行电子级多晶硅的生产，有利于循环氢气的循环使用，节约能源。
循环氢气中含有微量Cl2，等离子体装置提供电磁场，Cl2通入等离子体装置中，自由电子在电磁场的作用下加速成为高能电子，高能电子与活化Cl2碰撞，使Cl2转变为反应活性很强的氯自由基；同时，循环氢气在等离子体装置中完全变为非平衡等离子体，会产生频率广的强光辐射，该光辐射可以使Cl2活化成氯自由基，使循环氢气中的微量Cl2可以充分的转化成反应活性很强的氯自由基。
氯自由基活性的活性很强，高能电子也与氢化物杂质碰撞，使氢化物的活性增强，活性很强的氯自由基与活性增强的氢化物很容易反应生成含氯化合物。
本发明的实施例中，氢化物主要为B2H6和PH3等小分子杂质，其与氯自由基发生取代反应会生成B2H5Cl、B2H4Cl2、B2H3Cl3、B2H2Cl4、B2HCl5、B2Cl6、PH2Cl、PHCl2、PCl3等含氯化物。
等离子体装置的电极上设置有电介质，采用介质阻挡放电使循环氢气中的微量Cl2活化，防止金属电极电离，避免引入金属杂质，避免产生新的杂质，使循环氢气不会被污染。优选设置：电介质为石英或氧化铝。石英为高纯石英，避免引入新的杂质，避免对电子级多晶硅造成污染。同样地，氧化铝为高纯氧化铝。
与原有的氢化物相比，含氯化合物的沸点高、极性强，容易与循环氢气进行分离，将含氯化合物与循环氢气分离，可对循环氢气进行深度净化，从而使循环氢气稳定达到电子级，利于大规模生产电子级多晶硅。
向等离子体装置中加入络合剂，以使生成的含氯化合物与络合剂反应得到络合物实现含氯化合物与循环氢气的分离。与原有的氢化物相比，含氯化合物的极性强，所以，其极易与络合剂反应形成稳定的络合物，络合物留在等离子体装置中，从而实现B2H6和PH3等小分子杂质的深度去除，达到净化循环氢气的目的，而深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。
在等离子体装置中，氯自由基的形成和含氯化合物的生成都非常快速，达到微秒级。向等离子体装置中填充络合剂，循环氢气中的微量Cl2活化成反应活性很强的氯自由基，并与氢化物发生取代反应生成含氯化合物以后，继续与络合剂反应形成稳定的络合物，含氯化合物和络合物的形成几乎是同步形成，工艺简单、净化效率很高。
优选设置：等离子体装置内的结构为板式机构，即等离子体装置包括外壳、多个具有透气孔的隔板，外壳为圆柱形，外壳内具有空腔，多个隔板设置于外壳并位于空腔内，每个隔板上均铺设有络合剂，外壳具有进气口和出气口，进气口位于外壳的下方，出气口位于外壳的上方，循环氢气进入等离子体装置以后马上发生微量Cl2活化成反应活性很强的氯自由基，并与氢化物发生取代反应生成含氯化合物，具有含氯化合物的循环氢气在外壳的空腔向上运动，穿过隔板并使含氯化合物与隔板上的络合剂反应形成稳定的络合物，进行深度净化后的循环氢气从出气口排出，继续用于电子级多晶硅的生产中。设置多个隔板来放置络合剂，使含氯化合物与络合剂的接触更加充分，含氯化合物能够充分的反应形成稳定的络合物，使循环氢气的净化效率更高。
将具有含氯化合物的循环氢气通入液化装置中，使含氯化合物液化从而实现含氯化合物与循环氢气的分离。与原有的氢化物相比，含氯化合物的沸点高，所以，其极易液化，从而使其与气态的循环氢气分离，净化后的循环氢气则用于电子级多晶硅的生产中。
氢化物的沸点较低，如：PH3的沸点为-87.7℃、B2H6的沸点为-92.5℃，含氯化合物的沸点较高，如PCl3的沸点为76.1℃，B2H6氯取代物与B2H6的组成和结构相似，PH3氯取代物与PH3的组成和结构相似，所以，B2H5Cl、B2H4Cl2、B2H3Cl3、B2H2Cl4、B2HCl5、B2Cl6、PH2Cl、PHCl2等物质的含氯化合物的沸点都有明显的提高。
所以，分离在温度为-20℃～10℃的条件下进行，即控制液化装置内的温度为-20℃～10℃，当具有含氯化合物的循环氢气通入液化装置中的时候，含氯化合物能够很快的液化，使含氯化合物从循环氢气中分离出来，而深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。控制在这个温度范围内，相对容易实现，又能保证含氯化合物快速液化。
类似的实施方式还可以是：分离在压强为1×106Pa～5×106Pa的条件下进行，即将具有含氯化合物的循环氢气通入液化装置中以后，对液化装置中的循环氢气施加压强为1×106Pa～5×106Pa的压强，使循环氢气中的含氯化合物快速液化，而深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。
为了使具有含氯化合物的循环氢气中的含氯化合物的液化效果更好，分离在温度为-20℃～10℃、压强为1×106Pa～5×106Pa的条件下进行，即控制液化装置的温度为-20℃～10℃，将具有含氯化合物的循环氢气通入液化装置中以后，对液化装置中的循环氢气施加压强为1×106Pa～5×106Pa的压强，使循环氢气中的含氯化合物快速液化，其净化效率更高，而深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。
更优地，液化装置为精馏塔，当具有含氯化合物的循环氢气通入精馏塔中的时候，外部的冷凝水会使含氯化合物液化流入精馏塔中，而深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。
含氯化合物在等离子体装置中与络合剂反应生成稳定的络合物进行与循环氢气分离的时候，含氯化合物的反应可能不够彻底，所以，还可以实施两步分离处理：向等离子体装置中加入络合剂，以使生成的含氯化合物与络合剂反应得到络合物；将剩余的含氯化合物与循环氢气通入液化装置中，使含氯化合物液化从而实现含氯化合物与循环氢气分离，达到深度净化循环氢气的目的。
实施例1
将含有微量Cl2、B2H6和PH3等杂质的循环氢气通入具有络合剂的等离子体装置内，等离子体装置的电极上设置有高纯石英，微量Cl2转变为反应活性很强的氯自由基，与B2H6和PH3等小分子杂质反应生成B2H5Cl、B2H4Cl2、B2H3Cl3、B2H2Cl4、B2HCl5、B2Cl6、PH2Cl、PHCl2、PCl3等含氯化物，含氯化物与等离子体装置内的络合剂反应形成稳定的络合物，而深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。
实施例2
将含有微量Cl2、B2H6和PH3等杂质的循环氢气通入等离子体装置内，等离子体装置的电极上设置有高纯氧化铝，微量Cl2转变为反应活性很强的氯自由基，与B2H6和PH3等小分子杂质反应生成B2H5Cl、B2H4Cl2、B2H3Cl3、B2H2Cl4、B2HCl5、B2Cl6、PH2Cl、PHCl2、PCl3等含氯化物。
将具有含氯化合物的循环氢气通入温度为-20℃的液化装置中，使含氯化合物液化，从而使含氯化合物与循环氢气分离，深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。
实施例3
将含有微量Cl2、B2H6和PH3等杂质的循环氢气通入等离子体装置内，等离子体装置的电极上设置有高纯石英，微量Cl2转变为反应活性很强的氯自由基，与B2H6和PH3等小分子杂质反应生成B2H5Cl、B2H4Cl2、B2H3Cl3、B2H2Cl4、B2HCl5、B2Cl6、PH2Cl、PHCl2、PCl3等含氯化物。
将具有含氯化合物的循环氢气通入液化装置中，并对液化装置内的循环氢气施加压强为1×106Pa的压强，使含氯化合物液化，从而使含氯化合物与循环氢气分离，深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。
实施例4
将含有微量Cl2、B2H6和PH3等杂质的循环氢气通入等离子体装置内，等离子体装置的电极上设置有高纯氧化铝，微量Cl2转变为反应活性很强的氯自由基，与B2H6和PH3等小分子杂质反应生成B2H5Cl、B2H4Cl2、B2H3Cl3、B2H2Cl4、B2HCl5、B2Cl6、PH2Cl、PHCl2、PCl3等含氯化物。
将具有含氯化合物的循环氢气通入温度为10℃的液化装置中，并对液化装置内的循环氢气施加压强为5×106Pa的压强，使含氯化合物液化，从而使含氯化合物与循环氢气分离，深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。
实施例5
将含有微量Cl2、B2H6和PH3等杂质的循环氢气通入等离子体装置内，等离子体装置的电极上设置有高纯氧化铝，微量Cl2转变为反应活性很强的氯自由基，与B2H6和PH3等小分子杂质反应生成B2H5Cl、B2H4Cl2、B2H3Cl3、B2H2Cl4、B2HCl5、B2Cl6、PH2Cl、PHCl2、PCl3等含氯化物。
将具有含氯化合物的循环氢气通入精馏塔中，使含氯化合物液化，从而使含氯化合物与循环氢气分离，深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。
实施例6
将含有微量Cl2、B2H6和PH3等杂质的循环氢气通入具有络合剂的等离子体装置内，等离子体装置的电极上设置有高纯石英，微量Cl2转变为反应活性很强的氯自由基，与B2H6和PH3等小分子杂质反应生成B2H5Cl、B2H4Cl2、B2H3Cl3、B2H2Cl4、B2HCl5、B2Cl6、PH2Cl、PHCl2、PCl3等含氯化物，含氯化物与等离子体装置内的络合剂反应形成稳定的络合物。
剩余具有少量含氯化合物的循环氢气通入精馏塔中，使含氯化合物液化，从而使含氯化合物与循环氢气分离，深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。
实施例7
将含有微量Cl2、B2H6和PH3等杂质的循环氢气通入具有络合剂的等离子体装置内，等离子体装置的电极上设置有高纯氧化铝，微量Cl2转变为反应活性很强的氯自由基，与B2H6和PH3等小分子杂质反应生成B2H5Cl、B2H4Cl2、B2H3Cl3、B2H2Cl4、B2HCl5、B2Cl6、PH2Cl、PHCl2、PCl3等含氯化物，含氯化物与等离子体装置内的络合剂反应形成稳定的络合物。
剩余具有少量含氯化合物的循环氢气通入温度为0℃的液化装置中，使含氯化合物液化，从而使含氯化合物与循环氢气分离，深度净化后的循环氢气继续用于电子级多晶硅的生产中。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。