用于流化床反应器中的分段碳化硅衬的无污染粘合材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于制造在制造多晶硅覆层的颗粒材料的流化床反应器中使用的分段碳化娃衬的碳化娃材料、粘合材料和接合部设计。
【背景技术】
[0002]由于出色的质量和热量传递、增加的沉积表面和连续的生产，含娃气体在流化床中的热解分解是用于生产光伏和半导体工业使用的多晶硅的有吸引力的方法。与Siemens类型的反应器相比，流化床反应器以一部分能量消耗提供了明显更高的生产速率。流化床反应器可以被高度自动化以显著降低劳动力成本。
[0003]在流化床反应器中通过包括含硅物质例如甲硅烷、乙硅烷或卤代硅烷例如三氯甲硅烷或四氯甲硅烷的热解的化学气相沉积方法制造颗粒状多晶硅，对于本领域技术人员来说是公知的，并被包括下列专利和公布的许多文献示例:US 8，075，692，US 7，029，632，US5，810，934，US 5，798，137，US 5，139，762，US 5，077，028，US 4，883，687，US 4，868，013，US4，820，587，US 4，416，913，US 4，314，525，US 3，012，862，US 3，012，861，US2010/0215562，US2010/0068116， US2010/0047136， US2010/0044342， US2009/0324479， US2008/0299291，US2009/0004090，US2008/0241046，US2008/0056979，US2008/0220166，US 2008/0159942，US2002/0102850, US2002/0086530 和 US2002/0081250。
[0004]在反应器中，通过含硅气体的分解将硅沉积在粒子上，所述含硅气体选自甲硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、更高级硅烷(SinH2n+2)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiHCl3)、四氯化硅(SiCl4)、二溴甲硅烷(SiH2Br2)、三溴甲硅烷(SiHBr3)、四溴化硅(SiBr4)、二碘甲硅烷(SiH2I2)、三碘甲硅烷(SiHI3)、四碘化硅(Sil4)及其混合物。含硅气体可以与一种或多种含卤素气体混合，所述含卤素气体被定义为氯气(Cl2)、氯化氢(HC1)、溴(Br2)、溴化氰(HBr)、碘(12)、碘化氢(HI)中的任一种及其混合物。含硅气体也可以与一种或多种其他气体例如氢气(?)和/或选自氮气(N2)、氦气(He)、氩气(Ar)和氖气(Ne)的一种或多种惰性气体混合。在特定实施方式中，含硅气体是甲硅烷，并将甲硅烷与氢气混合。将含硅气体与任何伴随的氢气、含卤素气体和/或惰性气体一起导入到流化床反应器中并在反应器内热分解，以产生沉积在反应器内部的种晶粒子上的硅。
[0005]流化床反应器中的常见问题是在高的操作温度下，流化床中的硅覆层的粒子被用于构造反应器及其部件的材料污染。例如，已显示，镍从用于构造反应器部件的某些镍合金中的基底金属扩散到硅层中(例如硅覆层的粒子上)。在被构造用于含锗气体的热解分解以生产锗覆层的粒子的流化床反应器中，出现类似的问题。
【发明内容】
[0006]本公开涉及用于制造在制造多晶硅的流化床反应器(FBR)中使用的分段碳化硅衬的碳化硅材料、粘合材料和接合部设计的实施方式。
[0007]用于生产多晶硅覆层的颗粒材料的FBR的碳化硅衬，具有至少部分限定了反应仓室的朝内表面。所述衬的至少一部分可以包含反应粘合的SiC，其在所述衬的至少一部分朝内表面上具有低于3原子％的掺杂物和低于5原子％的外来金属的表面污染水平。在一种实施方式中，所述部分具有合计低于3原子％的掺杂物141、6&、86、3(3、队？38、11和Cr的表面污染水平。在独立的实施方式中，所述部分具有低于1原子％的磷和低于1原子％的硼的表面污染水平。
[0008]在任何或所有上述实施方式中，所述反应粘合的SiC可以具有足够低的流动金属浓度，使得(i)在所述FBR中产生的多晶硅覆层的颗粒材料具有< lppbw的流动金属污染水平，或者(ii)在所述FBR运行期间所述FBR中的流动金属分压低于0.1Pa，或者(iii)流动金属污染< lppbw并且运行期间所述FBR中的流动金属分压低于0.1Pa。所述流动金属可能包括铝、铬、铁、铜、镁、钙、钠、镍、锡、锌和钼。在任何或所有上述实施方式中，所述反应粘合的SiC可以从太阳能级硅或电子级硅制备。
[0009]在FBR中使用的SiC衬可以从用包含锂盐的粘合材料粘合在一起的多个SiC区段构造而成。一个或多个所述区段可以包含反应粘合的SiC。所述粘合材料在固化之前，可以是包含2500-5000ppm作为锂硅酸盐的锂和碳化硅粒子的水性浆液。在任何或所有上述实施方式中，所述粘合材料还可以包含铝硅酸盐。在任何或所有上述实施方式中，所述粘合材料可以具有20°C下3.5Pa *s至21Pa *s的粘度。在任何或所有上述实施方式中，所述粘合材料在固化后可以包含0.4-0.7重量％的作为锂铝硅酸盐的锂和93-97重量％的碳化硅粒子。
[0010]用于从SiC区段构建碳化硅衬的方法包括(i)通过向第一碳化硅区段的至少一部分边缘表面施加本文所公开的粘合材料，形成至少一个覆层的边缘表面；(2)将所述第一碳化硅区段的所述至少一部分边缘表面与第二碳化硅区段的至少一部分边缘表面相接，使至少一部分所述粘合材料位于所述第一碳化硅区段与第二碳化硅区段的相接边缘表面之间；以及(3)在不含烃的气氛下对所述粘合材料加热，以形成粘合的第一碳化硅区段和第二碳化硅区段。加热可以包括将所述相接的第一碳化硅区段和第二碳化硅区段在第一温度T1下暴露于气氛下历时第一时段，将所述温度升高至温度T2，并将所述相接的第一碳化硅区段和第二碳化硅区段暴露于所述第二温度T2下历时第二时段以固化所述粘合材料，其中Τ2ΧΓ1。在任何或所有上述实施方式中，在加热前，可以允许相接的SiC区段在空气中，在环境温度下干燥初始时段。
[0011]在任何或所有上述实施方式中，当用所述粘合材料联结两个SiC区段时，所述第一 SiC区段的边缘表面与所述第二 SiC区段的相邻边缘表面中的一个可以限定阴接头部分。所述第一 SiC区段的边缘表面与所述第二 SiC区段的相邻边缘表面中的另一个可以限定阳接头部分，该阳接头部分的尺寸协同地使得与所述阴接头部分配合。所述阳接头部分具有比所述阴接头部分更小的尺寸，由此当两个SiC区段相接时形成间隙。所述粘合材料被配置在所述间隙内。
[0012]在某些实施方式中，分段的SiC衬包括多个竖直堆叠的SiC区段。第一 SiC区段具有上缘表面，其限定了向上开口的第一区段的凹陷或向上延伸的第一区段的突起。位于所述第一区段上方并与其相接的第二 SiC区段具有下缘表面，如果所述第一区段的上缘表面限定向上延伸的第一区段的突起的话，所述下缘表面限定了向下开口的第二区段的凹陷，或者如果所述第一区段的上缘表面限定向上开口的第一区段的凹陷的话，所述下缘表面限定了向下延伸的第二区段的突起。所述突起被接纳在所述凹陷内。所述突起具有比所述凹陷更小的尺寸，使得所述凹陷的表面与所述突起的表面相隔，并且在所述凹陷与所述突起之间存在间隙。一定量的粘合材料被配置在所述间隙内。
[0013]每个所述第一 SiC区段和第二 SiC区段可以限定管状壁。所述第一管状壁具有环形上表面，所述上缘表面是其至少一部分，并且所述第一区段的凹陷是沿着所述上缘表面的至少一部分延伸的沟槽，或者所述第一区段的突起从所述第一区段上缘表面的至少一部分并沿着其向上延伸。所述沟槽或突起可以围绕整个环形上表面延伸。所述第二管状壁具有环形下表面，所述下缘表面是其至少一部分，并且所述第二区段的突起是从所述下缘表面的至少一部分并沿着其向下延伸的突起，或者所述第二区段的凹陷是由所述第二区段下缘表面的至少一部分限定并沿着其延伸的沟槽。所述突起或凹陷可以围绕整个环形下表面延伸。在任何或所有这些上述实施方式中，第二 SiC区段可以包括限定了向上开口的第二区段的凹陷的上缘表面。
[0014]在任何或所有上述实施方式中，所述分段的SiC衬可以包括一个或多个其他SiC区段。每个其他SiC区段可以包含限定了向上开口的凹陷的上缘表面和限定了向下延伸的突起的下缘表面。所述突起被接纳在位于其他SiC区段下方并与其相接的相邻SiC区段的上缘表面的凹陷内，所述突起具有比相邻的SiC区段的凹陷更小的尺寸，使得在所述突起与凹陷之间存在间隙。一定量的所述粘合材料配置在所述间隙内。
[0015]在任何或所有上述实施方式中，所述分段的SiC衬还可以包括末端SiC区段，其是所述衬的最上方区段。在某些实施方式中，所述末端SiC区段位于所述第二 SiC区段上方并与其相接。或者，它可以位于其他SiC区段上方并与其相接，所述其他SiC区段位于所述第二 SiC区段上方。在某些实施方式中，所述末端SiC区段具有限定了向下延伸的末端区段的突起的下缘表面，所述突起被接纳在与所述末端SiC区段相邻并位于其下方的SiC区段的凹陷内，所述突起具有比所述凹陷更小的尺寸，使得在所述突起与凹陷之间存在间隙。一定量的所述粘合材料配置在所述间隙内。
[0016]在某些实施方式中，分段的SiC衬包括管状壁，其包含多个侧向联结的SiC区段，每个侧向联结的SiC区段具有侧缘和作为所述管状壁外表面的一部分的外表面。一定量的粘合材料被配置在相邻SiC区段的相接侧缘之间。
[0017]在一种实施方式中，所述管状壁的每个SiC区段包含第一侧缘表面和第二侧缘表面，第一侧缘表面限定了沿着所述第一侧缘表面的至少一部分长度侧向开口的凹陷，第二侧缘表面限定了沿着所述第二侧缘表面的至少一部分侧向延伸的突起。所述突起具有比所述凹陷更小的尺寸，使得当第一 SiC区段的第一侧缘相接到相邻SiC区段的第二侧缘时，所述凹陷的表面与所述突起的表面相隔，并且在所述凹陷与所述突起之间存在间隙。所述一定量的粘合材料被配置在所述间隙内。
[0018]在另一种实施方式中，所述管状壁包含侧向联结的交替的第一 SiC区段和第二SiC区段。每个第一 SiC区段包含第一侧缘表面，其限定了沿着所述第一侧缘表面的至少一部分长度侧向开口的凹陷。每个第二 SiC区段包含第二侧缘表面，其限定了沿着所述第二侧缘表面的至少一部分长度侧向延伸的突起，当所述第一区段的第一侧缘相接到所述第二侧缘时，所述突起具有比所述第一侧缘表面的凹陷更小的尺寸。当所述第一区段的第一侧缘相接到所述第二侧缘时，所述