专利名称:用于生产多晶硅的反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于生产多晶硅的反应器，其包括含有冷却设施的炉筒、底盘、以及位于所述底盘上的电极、原料进气口和排气口，其特征在于除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在150mm~300mm处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述电极、进气口和排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列。本实用新型能够实现更密集的硅芯布置，提高了还原炉内热能利用率，实现了更均匀的流场分布，从而提高了每炉的多晶硅产量、改善了产品表面质量，并降低了能耗。
【专利说明】用于生产多晶硅的反应器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及多晶硅生产【技术领域】，具体涉及一种用于改良西门子工艺生产多晶硅的还原炉。
【背景技术】
[0002]目前，改良西门子工艺是使用最广泛的多晶硅生产方法，所说的西门子工艺原理是，采用高温还原沉积工艺，在关键核心设备之一——钟罩型反应器(又称还原炉)内，以与电极相连的8_左右粗细的硅芯作为沉积基底，以高纯的SiHCl3为物料，在高纯H2气氛中高温还原沉积而生成多晶硅。
[0003]所说的钟罩型反应器为密封结构，底盘电极上连接有直径5?10mm、长度1500?3000mm的硅芯，通过卡座在电极上的硅芯座(又称“石墨卡瓣”组件)固定，每对电极上的两根硅棒上端通过一根较短的硅棒相互连接，形成倒U形结构。开始沉积硅前，在电极上施加6?12kV左右的高压，硅芯被击穿导电并被加热至1000?1150°C，表面经氢还原后，硅开始在硅芯表面沉积形成硅棒，随反应时间的延长，硅棒的直径逐渐增大，最终达到120?200mm左右。通常情况下，生产直径为120?200mm的高纯硅棒所需的反应时间大约为150?300小时。
[0004]在传统的还原炉中，一般将硅芯(或电极)按同心圆形进行排列，底盘上设有原料气进出口。专利号为ZL200820006917.2的中国专利就公开了这样的还原炉，其中，在该还原炉的底盘上分两个圆周均匀布置13对电极(对应13对电极)，外周布置8对电极，内周布置5对电极，而进气喷口均匀分布在底盘上。这种布局提高了还原炉内空间的利用率，并使内外圈耗电功率接近，与传统的12对电极相比，每炉的多晶硅生产量得到提高，相应地，生产成本及耗能被降低。
[0005]专利号为ZL200820006916.8的中国专利也公开了这样的还原炉，其中，在该还原炉的底盘上分三个圆周均匀布置18对电极(对应18对硅芯)，最外一周布置9对电极，最内一周布置3对电极,中间一周布置6对电极,进气喷口则均勻地分布在底盘上。这种布局能够进一步提高还原炉的产量，进而降低多晶硅的生产成本和能耗。
[0006]专利号为ZL200820105591.9的中国专利对上述底盘上电极对的布局作了进一步的改进。该专利所公开的还原炉底盘仍分为三个圆周布置电极对，但是每个圆周上的电极对数量都增加了，使电极对的总量达到了 24对。这样的电极对布局使得每炉的多晶硅产量得到大幅度的提升，随之而来的是生产成本和能耗的大幅度降低。
[0007]尽管上述的电极对圆形布局有助于多晶硅产量的提高以及生产成本和能耗的降低，但是这种同心圆形布局方式仍存在缺陷。一种缺陷就是娃芯按圆形排列时，相邻娃芯之间的距离不同，在空间构成的几何形态也有差别，不利于还原炉内气体流场以及温度场的均匀分布，气体流场以及温度场不均匀会导致生成的多晶硅棒表面出现明显的颗粒，造成质量的下降。另一种缺陷是圆形排列的硅芯对还原炉空间的利用率不高，而反应空间利用率将会直接影响多晶硅沉积速率、原料的一次转化率以及反应器内热效率，即直接影响多晶娃生广成本。
[0008]因此，专利200920282780采用正多边形几何排布硅芯，并将原料进出气口设置在每个正多边形的几何中心，以实现单位底盘面积硅芯密度最大，从而更加有效利用还原炉内空间，提高产量，降低单位电耗。
[0009]专利20101014882公布了一种硅芯中心和进出气口形成正三角形点阵排布的还原炉，实现了更密集的硅芯排布，提高了还原炉内热能利用率，降低单位能耗，实现更均匀的流场分布，改善了原料在硅芯表面分配，优化产品表面形貌。
[0010]尽管上述还原炉采用了正多边形排布硅芯，使单位底盘面积硅芯密度最大，在正多边形几何中心布置进出气口，使物料在硅芯上的分配更加均匀，然而，针对大型还原炉(60对棒及以上)，仍有以下几个问题有待解决:(I)采用正多边形点阵排布的还原炉，不容易实现分圈，也没有考虑硅芯(硅棒)分圈控制问题，无法实现流经各圈硅芯电流的单独控制，即无法实现流经各圈硅芯的电流相同；(2)随着正多边形点阵排布的硅棒数量的增加，越来越难从还原炉视孔或测温孔观察到和测量到内圈硅棒的生长情况和温度分布情况，由于还原炉内圈硅棒所受到的热辐射相对外圈硅棒的大，因此内圈硅棒温度较高，而还原炉越大，内圈硅棒温度越高，因此容易发生因无法有效监控而造成内圈温度过高导致的停炉等重大问题；(3)采用正多边形硅芯排布的还原炉，最外圈的硅芯离炉内壁间距不一，在低温壁面的影响下，靠近壁面的硅棒生长速度慢，导致同一圈的硅棒表面温度不一，生长形貌不一。
实用新型内容
[0011]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于生产多晶硅的还原炉，以解决硅芯无法分圈控制、硅棒生长不均一、反应器热能利用率较低等问题。
[0012]本实用新型的技术方案如下:
[0013]一种用于生产多晶硅的反应器，其包括含有冷却设施的炉筒、底盘、以及位于所述底盘上的电极、原料进气口和排气口，其特征在于除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在R±0.1R处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述两两相邻的电极、进气口和/或排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，其中R选自150mnT300mm。
[0014]在一个优选的实施方案中，除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在R±0.1R处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述两两相邻的电极、进气口和/或排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，且所述底盘上设有66对电极，其中R选自150mnT300mm。
[0015]在又一个优选的实施方案中，除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在!Tl.1R处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述两两相邻的电极、进气口和/或排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，且以所述每个电极为中心，到其他的所述相邻电极和相邻的进气口和/或排气口方向形成的两两夹角为50?70°，其中R选自210mnT250mm。
[0016]在一个更为优选的实施方案中，所述的底盘最外部靠近炉筒的电极沿所述底盘的圆周向布置在同一个圆周上。
[0017]所述的底盘最外部靠近炉筒的电极与所述炉筒内壁间的距离为150mnT300mm。
[0018]所述的底盘最外部靠近炉筒的电极与所述炉筒内壁间的距离为180mnT230mm。
[0019]所述的进气口和排气口均匀地布置在所述底盘上，且每个所述进气口或排气口在!Tl.1R处具有至少6个相邻的电极。
[0020]所述底盘上均匀设有25个进气口和/或排气口。
[0021]所述底盘上均匀设有均匀布置的6个排气口和19个进气口。
[0022]所述底盘上均匀设有均匀布置的3个排气口和22个进气口。
[0023]所述的炉筒包括封头和筒身，所述筒身高度为1.8nT3m。
[0024]本实用新型反应器底盘的设计思路为:整体采用正六边形点阵排布设计，在正六边形中心放置进出气口，使得电极、进气口、出气口中心构成正三角形点阵，这样在相同底盘直径、相同硅棒间距条件下，单位底盘面积排布的硅芯密度最高，可充分利用还原炉内空间；因采用正六边形矩阵排布硅芯，最外部硅芯无法形成圆形排布，为保证最外圈硅芯受还原炉内壁影响一致，优化外圈硅棒生长状态，将最外圈(可包含次外圈)硅芯位置进行圆整，即部分电极、进气口、出气口中心构成近似正三角形点阵，使得最外部硅芯即具有正六边形排列特征又具有圆环排列特征，即保持了每根硅芯接受物料量的衡定性，又使得最外圈硅芯受还原炉内壁影响的一致性，确保了外圈硅棒生长的均一性，同时形成内圈硅芯对外辐射的屏蔽层，有效降低热量辐射的损失；此外，通过创造性的电极、进气口和排气口的合理布局，实现电流的分圈独立控制和内圈硅棒的有效监测，确保了内圈硅棒的生长温度处于安全温度点以下，避免因温度过高导致的熔融问题。
[0025]有益效果
[0026]I)本实用新型的还原炉反应器针对现有技术大型正多边形排布还原炉(60对棒及以上)存在的问题进行了优化，其独特的电极排布设计方式使得更容易实现有规律的分圈和各圈的分圈独立控制，同时可通过视孔观测内圈硅棒的生长情况、测量多晶硅棒的温度。
[0027]2)本实用新型的还原炉反应器与正多边形排布的60对棒或72对棒还原炉相比，硅棒密度更占优势，实现了更密集的硅芯电极排布，提高了还原炉内热能利用率，缩减了还原炉内无效空间，减少了热损失，降低了单位能耗，并抑制了副反应，提高了单程收率。
[0028]3)本实用新型的还原炉反应器由于最外部电极排布进行了圆整，即电极分布在同一圆周上，使得坐落于电极上的硅棒距离反应器炉筒距离相等，受到带有冷却设施的炉筒影响相同，从而最外圈每根硅棒生长环境相同，与正多边形蜂窝结构还原炉相比，更容易实现硅棒生长形貌均匀。
[0029]4)本实用新型的还原炉反应器，与现役加压还原炉相比规模更大，同时，实现了更均匀的流场分布，改善了原料在硅芯表面的分配，优化了棒状多晶硅产品表面形貌，提升了多晶硅沉积速率，缩短了沉积时间，提升了反应器产能。
【附图说明】
[0030]图1为实用新型反应器的立式截面示意图。
[0031]图2为本实用新型【具体实施方式】反应器涉及的66对棒硅芯在底盘的点阵排布示意图。
[0032]图3为本实用新型【具体实施方式】反应器涉及的66对棒硅芯在底盘的点阵排布及硅芯连接示意图。
[0033]图4为本实用新型【具体实施方式】涉及的一种66对棒电极、进出口点阵排布示意图。
[0034]图5为本实用新型【具体实施方式】涉及的另一种66对棒电极、进出口点阵排布示意图。
[0035]图6为本实用新型【具体实施方式】涉及的一种36对棒电极、进出口点阵排布示意图。
[0036]图7为本实用新型【具体实施方式】涉及的另一种36对棒电极、进出口点阵排布示意图。
【具体实施方式】
[0037]以下通过具体的实施例并结合附图对本实用新型的反应器进行详细说明，但这些实施例仅仅是示例的目的，并不旨在对本实用新型的范围进行任何限定。
[0038]图1为本实用新型用于生产多晶硅的反应器的立式截面示意图。如图1所示，反应器I主要包括钟罩式炉筒11、底盘12、硅芯座(电极)13、硅芯14和横梁硅棒17、原料进气口 15以及尾气排气口 16。钟罩式炉筒11通过固定件(例如螺栓)固定在底盘12上，并且相互之间形成密封。娃芯座(电极)13、娃芯14和横梁娃棒17、原料进气口 15、以及尾气排气口 16均位于筒体11与底盘12所围成的密闭空间内。硅芯座13卡座在电极上，并固定好硅芯14，配对的两根硅芯14通过横梁17搭接，形成倒U形回路。进一步地，硅芯座13、进气口 15和排气口 16分别安装在底盘12上，进气口 15与底盘12下的进气总管20相连，排气口(又叫“出气口”)16与底盘12下的出气总管21相连。
[0039]钟罩式炉筒11由不锈钢材料制成2部分，包括封头112和筒身111，并设有冷却夹套以供冷却介质从其中流过，本实施例中的冷却介质为水，温度为5(Tl50°C，其他实施例中，冷却介质也可以为导热油。封头可以是半球形或者椭球形，筒身高度为1.8nT3m，优选2.0m?3m,例如2.2m、2.4m、2.5m、2.6m或2.8m等,但不限于此，可以是2.0m?3m范围内的任一值。炉筒筒身还含有两个观察窗和至少一个测温装置(图中未示出)，例如筒身下部设有一个观察窗，可观察硅棒下部的生长情况；筒身上部也设有一个观察窗和测温装置，可观察硅棒上部的生长情况以及监测硅棒横梁处的温度。底盘12同样由不锈钢材料制成，设有冷却夹套以供冷却介质从其中流过。本实施例中的冷却介质为水，温度为3(Tl00°C，其他实施例中，冷却介质也可以为导热油。
[0040]如图2所示，底盘12上布置有66对即132个电极13、19个原料进气口 15和6个尾气排气口 16。对应的，底盘12上均匀的布置有132个电极，其中，底盘外部靠近炉筒的中心点沿所述底盘的圆周向布置在一个圆周上，底盘形成外圈圆整后具有类似正多边形点阵结构又具有圆环形排列特点的硅芯点阵。圆整是指将所属电极的位置略微调整，使得最外圈的所有电极均位于同一个圆周上，即最外面的所有电极相距炉筒的位置相等。底盘中部的中心点沿所述底盘的圆周向布置在至少一个圆周上，以所述底盘中心为中心点，所述电极、进气口和/或排气口的中心点按正六边形向径向方向规律排布，正六边形中心也均匀设有电极、进气口和/或排气口，并且靠近炉筒的外部电极位置略有调整，即所述电极、进气口和排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，进、排气口形成的中心点与150mnT300mm处相邻电极间距相等或近似相等。
[0041]其中底盘内部区域(包括电极的内圈、次内圈和次外圈的靠近中圈的部分)的电极、进气口和排气口的中心点构成正三角形点阵，底盘外圈即底盘的外部区域(包括硅芯座的外圈和次外圈的靠近最外圈的部分)经过圆整后具有类似正多边形点阵结构又具有圆环形排列特点的硅芯点阵，具体地，图2中最外面的圆周上的中心点均位于同一个圆周上，第二个圆周上的中心点一半位于同一圆周上，另一半近似位于同一圆周上。
[0042]所述的电极排布的内圈、次内圈、次外圈和外圈如图3所示，图3示意性地示出了本实用新型的66对棒多晶硅还原炉的电极连接方式，硅芯朝径向的方向与相邻的硅芯通过横梁搭接形成倒U型闭合回路。以所述底盘中心为圆心，从内到外的四个同心圆示意性地表示本发明中电极排布的内圈、次内圈、次外圈和外圈。其中内圈6对电极、次内圈18对、次外圈24对、外圈18对电极，可分组利用5、个调功柜形成三相非平衡负载实现分圈的电流独立控制,例如内圈的6对电极一组与外圈的18对电极分成两组(9对电极为一组)形成三相负载；次内圈的18对分为3组(6对电极为一组)形成三相负载；次外圈的24对分为3组(8对电极为一组)形成三相负载，如此实现了硅芯电流的分圈独立控制，有利于单独调节不同温度环境下流过硅棒的电流，从而调节硅棒的温度，避免内圈硅棒受到热辐射的影响发生高温熔断导致停炉的情形发生，更好地控制硅棒的生长形貌和品质。当然，如果使用更多的调功柜，更能轻松实现分圈控制，例如使用六个调功柜，但这无疑会增加设备投资成本。同时，如图3中所示垂直方向的虚线，从观察窗可以直接看到内圈硅棒的情况，即能够通过视孔观测硅棒的生长情况、测量多晶硅棒的温度，从而保证有效监控硅棒的生长过程，避免不必要的硅棒熔断停炉等生产事故发生。
[0043]本实用新型中的相邻的中心点是指在所述底盘上任意选定一个中心点，在该中心点周围R±0.1R处(B卩0.9ΙΓ1.1R处，优选为!Tl.1R处)的中心点称为相邻的中心点。其中，R选自150mnT300mm,是两个电极间的距离，优选R为210mnT250mm。根据本实用新型，除最外圈的中心点外，任意一个中心点周围均存在至少6个相邻的中心点。具体地，除了次外圈附近的6个中心点周围存在7个相邻的中心点和最外圈的中心点外，其余任意中心点周围均存在六个相邻的中心点。例如，除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极中心点周围具有四个或五个其他的相邻电极中心点和一个或两个相邻进气口和/或排气口中心点。
[0044]本实用新型中的两两相邻是指互为两两相邻的关系，即三个中心点中任意两个中心点均为相邻的关系。具体地，如图2所示的中心点131、132、133，中心点132和133是中心点131的相邻中心点，中心点131和中心点133是中心点132的相邻中心点，而中心点131和中心点132又是中心点133的相邻中心点，即中心点131、132、133互为两两相邻，属于本实用新型中两两相邻的中心点。反之，当确定了两个互为相邻的中心点时，则它们互为两两相邻的第三个中心点也相应确定，互为两两相邻的三个中心点组成的点阵构成正三角形或近似正三角形。
[0045]本实用新型中所述底盘上内圈、次内圈的所有电极、进气口、排气口中心点均位于正三角形点阵上，而次外圈以及外圈的中心点由于部分微调进行了圆整，导致部分中心点略微偏离正三角形点阵，导致部分互为两两相邻的中心点形成了近似正三角形的点阵机构。当所述电极、进气口、排气口中心点均位于正三角形点阵上时，相邻两中心点之间的距离为R ;而当所述电极、进气口、排气口中心点形成近似正三角形点阵时，相邻两中心点之间的距离在!Tl.1R范围之内。本实用新型中的近似正三角形是指互为两两相邻的构成正三角形的中心点由于微调使得其中某个中心点偏离正三角形点阵结构形成的近似正三角形点阵结构。通过微调后，相邻两中心点之间的距离由原来的R变为!Tl.1R范围之内的某个数值，相应的地。近似正三角形的三个内角由原来的60°变为50°?70°之间的某个数值，优选55°飞5°。从另一角度来看，当所述电极、进气口、排气口中心点形成近似正三角形点阵时，最外部靠近炉筒的电极外，以所述每个中心点为中心，到其他的所述六个相邻中心点(即六个相邻的电极和相邻的进气口和/或排气口)方向形成的两两夹角为60° (即六个正三角形)；而当所述电极、进气口、排气口中心点形成近似正三角形点阵时，以所述每个中心点为中心，到其他的所述六个相邻中心点方向形成的两两夹角为50°?70°。所述两两夹角为从一个中心点到其相邻的六个中心点方向的六条直线中两两相邻直线间的夹角。例如图2中中心点131到132与133两个中心点的两条直线形成的夹角。由于中心点131、132、133均位于正三角形点阵上，因此该夹角为60°。
[0046]具体地，如图3所示，图3示例性的给出了图2的66对棒多晶硅还原炉电极排布及连接方式，即底盘上电极(硅芯座)支撑的硅芯两两搭接组成闭合回路，在这种搭接中，所有娃芯座可大体上分为4圈(如图3中4个圆圈画出的四圈,但不是严格意义上分布在同一圆周上的4圈)，即最内圈的6对硅芯座，次内圈的18对硅芯座、次外圈的24对硅芯座和外圈的18对硅芯座。其中，外圈的18对硅芯座圆整后排列在同一圆周上，次外圈的24对硅芯座靠近外圈的硅芯有部分不在一个圆周上，但可近似在一个圆周上，即底盘形成外圈圆整后具有类似正多边形点阵结构又具有圆环形排列特点的硅芯点阵。6个尾气排气口均匀分布在次外圈和次内圈中间的中心点上，19个原料进气口均匀分布在正多边形的6个或7个硅芯座的正中心，保证除外圈之外的每个硅芯座旁边均有一个进气口或排气口。在这种除外圈硅棒外，所有硅芯座均采用径向的规律搭接方式(即从内圈正六边形的顶点位置的硅芯座往外按径向的搭接方向搭接硅芯)，配合进出气口的设计，可使得通过还原炉炉筒的视镜观察口可以看到内圈硅棒的生长形态，便于生长过程的实时监控和生产操作。
[0047]如图3所示，本实用新型的66对棒超大规模多晶硅还原炉，所有电极分为4圈分布，即最内圈的6对硅芯座，次内圈的18对硅芯座、次外圈的24对硅芯座和外圈的18对硅芯座。其中，所述电极以所述底盘的中心为中心按正六边形排布，并按共顶点的正六边形点阵结构朝径向方向排布，并将最外圈的电极圆整，次外圈电极位置部分调整，并在正多边形的中心均匀布置进气口或排气口，得到本发明的还原炉底盘结构。使得除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在!Tl.1R处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述两两相邻的电极、进气口和/或排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，且所述底盘上设有66对电极，其中R选自150mnT300mm。
[0048]在本实用新型中，上述进、排气口的设置可以均匀分配，使得所述底盘上均匀设有25个进气口和/或排气口即可。例如图2中6个排气口和19个进气口，尾气排气口均匀分布在次外圈和次内圈中间的中心点上，但不限于此。例如还可以是在所述底盘上均匀设有均匀布置的3个排气口和22个进气口，相当于将6个排气口相互间隔的3个替换为3个进气口，这可能需要相应改变进气口或排气口的横截面积。当然还可以将底盘中心的进气口做成进气口和排气口嵌套式的结构，这也在本发明的保护范围之内。
[0049]如图4所示，所述底盘上均匀设有6个排气口和19个进气口，其中6个排气口均匀设于外圈与次外圈中间的中心点上，但不限于此。同样，还可以是在所述底盘上均匀设有均匀布置的3个排气口和22个进气口，相当于将6个排气口相互间隔的3个替换为3个进气口，这可能需要相应改变进气口或排气口的横截面积。
[0050]如图5所示，所述底盘上均匀设有6个排气口和19个进气口，其中6个排气口均匀设于内圈与次内圈中间的中心点上，但不限于此。同样，还可以是在所述底盘上均匀设有均匀布置的3个排气口和22个进气口，相当于将6个排气口相互间隔的3个替换为3个进气口，这可能需要相应改变进气口或排气口的横截面积。
[0051]通常，排气口不建议设置在最外圈，因为通过大量的模拟和实验发现原料气体通过进入还原炉后会先上升再下降，在这一气体运动路径中，反应气体必然会被加热到气相温度，带有大量的热量，当排气口位于最外圈靠近炉筒内壁的位置时，会加大炉筒冷却的负荷，同时不能很好的利用反应气体热量，不利于节能降耗，也使得还原炉的电耗升高，导致多晶娃生产成本增加。
[0052]本实用新型涉及的硅棒密度是指单位面积上的硅棒数量，例如单位底盘面积上的硅棒数量。该密度可以通过理论计算得到，本发明的66对棒还原炉与正多边形排布的60对棒或72对棒还原炉相比，硅棒密度更占优势，实现了更密集的硅芯电极排布。
[0053]本领域技术人员可以理解的是，在实际使用过程中，通过对本实用新型还原炉的微小改造，例如堵上部分进气口或排气口，也能实现本实用新型类似的技术效果，也应当在本实用新型的保护范围之内。同样，例如通过再底盘上多开孔增加一对电极或闲置一对或两对电极，也能实现本实用新型类似的技术效果，这些微小的改造均不能脱离本实用新型的技术构思，也应当在本实用新型的保护范围以内。
[0054]根据本实施例的更密集的硅芯排布，实现了更均匀的流场分布，极大提高了还原炉内热能利用率，缩减了还原炉内无效空间，提高了单程收率。同时，该密集排布实现了在超大还原炉中多晶硅棒电流的分圈独立控制，改善了原料在硅芯表面的分配，优化了棒状多晶硅产品表面形貌，提升了多晶硅沉积速率。同时可通过观察窗观测、测量多晶硅生长情况和温度。
[0055]在本实用新型中，可选地，成对的硅芯座可以为6的倍数，例如36对、42对、48对、54对、60对、66对、72对、78对、84对或90对，只要符合本实用新型的排布规则均在本实用新型的保护范围之内。相应的，进、排气口的数量根据实际需要可以增加或者减少，并保持均匀的布置在底盘上。
[0056]具体地,如图6所不的36对棒多晶娃还原炉反应器可以由前述的66对棒去掉外面的30对棒，并将最外部缺口处设置进气口得到。所述底盘上分布有36对电极13，均匀分布的18个进气口 15和位于底盘中心的排气口 16。按照前述可以大体分为内圈、中圈和外圈三圈进行分圈独立控制。除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在R±0.1R处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述两两相邻的电极、进气口和/或排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，其中R选自150mnT300mm。优选地，除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在!Tl.1R处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述两两相邻的电极、进气口和/或排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，其中R选自 210mnr"250mm。
[0057]在一个更优选的方案中，在图6的还原炉反应器基础上，将所述最外部靠近炉筒的电极进行圆整，位于同一圆周上，得到如图7所示的36对棒还原炉反应器。同样，除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在R±0.1R处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述两两相邻的电极、进气口和/或排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，其中R选自150mnT300mm。优选地，除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在!Tl.1R处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述两两相邻的电极、进气口和/或排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，其中R选自210mnT250mm。
[0058]同理，该36对棒还原炉反应器实现了更密集的硅芯排布，实现了更均匀的流场分布，极大提高了还原炉内热能利用率，缩减了还原炉内无效空间，提高了单程收率。同时，该密集排布实现了在超大还原炉中多晶硅棒电流的分圈独立控制，改善了原料在硅芯表面的分配，优化了棒状多晶硅产品表面形貌，提升了多晶硅沉积速率。同时可通过观察窗观测、测量多晶硅生长情况和温度。
[0059]根据本实施例，硅芯间距之间的距离更优选为230mm。硅芯的直径或当量直径优选为8mm，高度为2.3m。最外圈硅芯与还原炉内壁间的距离都相等，优选为200mm，该间距能够抑制了外圈硅棒生长不均一等问题。可选的，该距离在其它实施例中也可为其他任何适合的距离。
[0060]进一步地，硅芯座由石墨材料制成。每个硅芯座可接纳一根棒状硅芯，硅芯经其下端竖向插入硅芯座，硅芯的上端则与相邻的另一根硅芯的上端经由连接件联接成配对硅芯，以允许施加电流通过该配对硅芯。连接件为水平放置的硅棒，硅棒短于硅芯。
[0061 ] 在该实施例中，娃芯的电阻率与待生产的多晶娃的电阻率相同，并且娃棒和娃芯由相同材料制成。硅芯和硅棒可以通过直拉法、区熔法或切割法生产，硅芯和硅棒可以是适合的任意形状。
[0062]尽管上文参照附图对本实用新型的【具体实施方式】给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域技术人员可以依据本实用新型的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于生产多晶娃的反应器，其包括含有冷却设施的炉筒、底盘、以及位于所述底盘上的电极、原料进气口和排气口，其特征在于除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在R±0.1R处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述两两相邻的电极、进气口和/或排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，其中R选自150mnT300mm。2.根据权利要求1所述的用于生产多晶硅的反应器，其特征在于，除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在R±0.1R处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述两两相邻的电极、进气口和/或排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，且所述底盘上设有66对电极，其中R选自150mnT300mm。3.根据权利要求2所述的用于生产多晶硅的反应器，其特征在于，除了最外部靠近炉筒的电极外，每个电极在!Tl.1R处具有四个或五个其他的相邻电极和一个或两个相邻进气口和/或排气口，所述两两相邻的电极、进气口和/或排气口中心点组成的点阵按正三角形和/或近似正三角形点阵排列，且以所述每个电极为中心，到其他的所述相邻电极和相邻的进气口和/或排气口方向形成的两两夹角为50?70°，其中R选自210mnT250mm。4.根据权利要求3所述的用于生产多晶硅的反应器，其特征在于，所述的底盘最外部靠近炉筒的电极沿所述底盘的圆周向布置在同一个圆周上。5.根据权利要求4所述的用于生产多晶硅的反应器，其特征在于，所述的底盘最外部靠近炉筒的电极与所述炉筒内壁间的距离为150mnT300mm。6.根据权利要求5所述的用于生产多晶硅的反应器，其特征在于，所述的底盘最外部靠近炉筒的电极与所述炉筒内壁间的距离为180mnT230mm。7.根据权利要求6所述的用于生产多晶硅的反应器，其特征在于，所述的进气口和排气口均匀地布置在所述底盘上，且每个所述进气口或排气口在!Tl.1R处具有至少6个相邻的电极。8.根据权利要求7所述的生产多晶硅的反应器，其特征在于，所述底盘上均匀设有25个进气口和/或排气口。9.根据权利要求8所述的生产多晶硅的反应器，其特征在于，所述底盘上均匀设有均匀布置的6个排气口和19个进气口 ；或所述底盘上均匀设有均匀布置的3个排气口和22个进气口。10.根据权利要求1所述的生产多晶硅的反应器，其特征在于，所述的炉筒包括封头和筒身，所述筒身高度为1.8nT3m。
【文档编号】C01B33-035GK204281334SQ201420343227
【发明者】江宏富, 钟真武, 陈文龙, 王小军, 吴锋, 陈其国 [申请人]江苏中能硅业科技发展有限公司