专利名称：用于制备粒状多晶硅的流化床反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种制备粒状多晶硅的流化床反应器，该流化床反应器能够连续稳定的生产粒状多晶硅。
背景技术：
通常多晶硅是制造半导体器件和太阳能电池等产品的主要原材料，当多晶硅用于制备单晶硅后，其深加工产品被广泛用于半导体工业中，作为人工智能、自动控制、信息处理等领域的基础材料。同时，由于石油等一次性能源的储备快速消耗和降低碳排放的环保要求，全球正在积极开发利用绿色可再生能源。太阳能由于其清洁、安全、资源丰富的特点， 在可再生能源中最引人关注。利用太阳能的一种方法是通过光电效应将太阳能转化为电能。在太阳能电池中，硅基太阳能电池是最重要的太阳能电池之一，而多晶硅是硅基太阳能的主要原料之一。此外，由于半导体工业和太阳能电池的发展，对高纯度多晶硅的需求正不断增加。目前多晶硅的生产方法以改良西门子法和流化床法为主，在改良西门子法中，将含硅气体通入还原炉内，在1100°c左右、直径8mm左右的硅芯表面，硅从含硅气体中还原出来沉积在硅芯表面，随时间增长，硅棒逐渐生长至直径150-200mm，形成棒状多晶硅产品。在改良西门子法中，由于电气、钟罩形还原炉的尺寸等方面的限制，生产是间歇性的，不能连续操作。同时钟罩形还原炉还具有较低的沉积效率和较高的还原电耗。此外，由于产品为棒状，在拉单晶或铸锭制备多晶硅锭以生产硅片之前，需要对其进行破碎以装填多晶硅物料，这一方面增加了加工工序和制造成本，也容易额外的引入杂质，导致多晶硅块在使用之前常需要清洗，再次额外增加了制造成本。为解决改良西门子法中存在的缺点和不足，进而开发了流化床反应器以制备粒状多晶硅，根据该方法，作为籽晶的多晶硅细颗粒被连续或间断的从流化床反应器顶部或中部加入，在流化床下部通入反应气体和流化气体是床层流化，多晶硅连续地沉积在籽晶的表面，随着多晶硅颗粒直径的长大，不能继续在流化床内继续流化沉积的多晶硅颗粒从流化床反应器底部取出。采用流化床反应器生产粒状多晶硅具有诸多优点1)实现多晶硅生产的连续化，可以显著降低多晶硅单位电耗；2)由于粒状多晶硅可以连续的从流化床反应器的底部取出，无需停止正常生产，可以提高年产量；3)由于籽晶及粒状多晶硅具有较大的表面积，沉积表面比硅棒表面大，可以提高沉积速度和多晶硅的实收率；4)产品为粒状， 在拉单晶或多晶硅铸锭时可以相应的连续加料或补充加料。在流化床反应器中，籽晶从流化床上部或中部加入流化床反应器中，硅从含硅气体中被还原出来并沉积在籽晶表面，为使多晶硅沉积过程能够顺利进行，在加热区的含硅气体需要被加热至一定温度，对于硅烷流化床而言，典型的温度范围为800-900°C，对于三氯氢硅流化床而言，典型的温度为900-1100°C。在上述温度下，如果在流化床内设置气体破泡装置，含硅气体将在气体破泡装置上面沉积多晶硅，随着气体破泡装置上面多晶硅的沉积，流化床内流化气体和多晶硅颗粒在流化床内的流化将被终止，多晶硅生产装置需要停车处理。例如专利CN1363417A为了避免多晶硅在流化床反应器的反应器内的进气口沉积多晶硅，采用氯化氢对进气口表面的多晶硅进行蚀刻。为了避免多晶硅在流化床内的气体再分布器上沉积，在制备粒状多晶硅的流化床内不设置气体破泡装置，而采用喷动式流化床操作，例如专利CN101316651A。由于上述专利中，流化床反应器内没有设置气体破泡装置，流化气体在向流化床顶部运动过程中会逐渐形成较大的气泡，气泡的产生降低了流化床的传热、传质效率，也降低了多晶硅的沉积速度和单位产量，此外，流化床内气泡逐渐长大至一定程度后会自然破裂，大的气泡破裂也对流化床的平稳操作带来不利影响。本专利实用新型人研究发现，在流化床反应器加热装置的上部、流化床直筒段上部、扩大段顶部设置超声装置用于破碎流化床内的气泡，进而有效降低流化床内气体的返混，改善流化床内传热、传质效果，提高多晶硅的沉积速度和单位产量，同时提高流化床操作的稳定性。
实用新型内容一种用于制备粒状多晶硅的流化床反应器，该反应器由扩大段，直筒段、下锥体、 气体分布器、籽晶进料管、尾气出料管、含硅气体进料管、流化气体出料管和粒状多晶硅出口组成。在下椎体上方有加热装置，含硅气体中的硅在加热装置的区域内或加热装置区域上部有效地被还原并沉积在籽晶上生成多晶硅，其特征在于至少在加热装置上部、和/或直筒段上部、和/或扩大段顶部设有超声装置，以消除或减小流化床中的气泡。在一个优选的实施方案中，在所述加热装置上部装有超声装置以破碎流化床反应器内的气泡。其中，用超声装置发出的超声将气泡破碎。在一个优选的实施方案中，所述加热装置可以为两个及两个以上并分开布置。在一个优选的实施方案中，在每个加热装置上部安置一个超声装置以将在流化床内形成的气泡破碎。有益效果根据本实用新型的制备粒状多晶硅的流化床反应器，在使用超声装置进行流化床内气泡的破碎时，可以取代流化床内气体再分布器的作用，将流化床内的气泡予以破碎，有效降低流化床内气体的返混，同时提高流化床操作的稳定，改善流化床内传热、传质效果，提高多晶硅的沉积速度和单位产量，进一步降低降低多晶硅还原直接电耗和多晶硅的单位生产成本。
图1是具有两个超声装置用于破碎流化床内气泡的粒状多晶硅流化床反应器结构示意图。图中1:籽晶加料口2:流化床反应器扩大段3:超声装置4:流化床加热装置5 流化床反应器下锥段6:流化气体入口7 流化床反应器尾气出口8 流化床反应直筒段[0024]9:粒状多晶硅出口10:含硅气体入口图2是具有三个超声装置用于破碎流化床内气泡的粒状多晶硅流化床反应器结构示意图具体实施方式
本实用新型采用的超声破碎气泡装置安置于加热装置的上部或者分置的气体加热器之间，但不仅限于此，只要完成本实用新型的破碎流化床反应器内气泡的目的即可。实施例1本实用新型涉及的粒状多晶硅流化床反应器如图1所示，由扩大段，直筒段、下锥体、气体分布器、籽晶进料管、尾气出料管、含硅气体进料管、流化气体出料管和粒状多晶硅出口组成，直筒段下部有加热装置，以使流化床内的含硅气体温度达到多晶硅沉积温度，在本实施例1中，采用了分置的两个气体加热装置，在每个加热装置的上部设置一个超声装置，在流化床反应器运行过程中，该装置可以将流化床内的气泡破碎，起到气体再分布器的效果。实施例2本实用新型涉及的粒状多晶硅流化床反应器如图2所示，由扩大段，直筒段、下锥体、气体分布器、籽晶进料管、尾气出料管、含硅气体进料管、流化气体出料管和粒状多晶硅出口组成，直筒段下部有加热装置，以使流化床内的含硅气体温度达到多晶硅沉积温度，在本实施例2中，只采用了 1个气体加热装置，在加热装置的上部设置一个超声装置3a，在流化床反应器运行过程中，该装置可以将流化床内的气泡破碎，起到气体再分布器的效果。此外，为提高流化床反应器的稳定，避免气泡在反应器的扩大段顶部和直筒段上部分别安装了超声破泡装置3c和3d，从而将流化床反应器直筒段上部和扩大段顶部的气泡破碎。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1.一种用于制备粒状多晶硅的流化床反应器，该反应器由扩大段，直筒段、下锥体、气体分布器、籽晶进料管、尾气出料管、含硅气体进料管、流化气体出料管和粒状多晶硅出口组成。在下椎体上方有加热装置，含硅气体中的硅在加热装置的区域内或加热装置区域上部有效地被还原并沉积在籽晶上生成多晶硅，其特征在于至少在加热装置上部、和/或直筒段上部、和/或扩大段顶部设有超声装置，以消除或减小流化床中的气泡。
2.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于在所述加热装置上部装有超声装置以破碎流化床反应器内的气泡。
3.根据权利要求2所述的流化床反应器，其特征在于所述加热装置可以为两个及两个以上并分开布置。
4.根据权利要求2所述的流化床反应器，其特征在于在每个加热装置上部安置一个超声装置以将在流化床内形成的气泡破碎。
专利摘要本实用新型涉及一种用于制备粒状多晶硅的流化床反应器，由扩大段，直筒段、下锥体、气体分布器、籽晶进料管、尾气出料管、含硅气体进料管、流化气体出料管和粒状多晶硅出口组成。在下椎体上方有安置有加热装置，含硅气体中的硅在加热装置的区域内或加热装置区域上方有效地被还原并沉积在籽晶上生成多晶硅，在加热装置上部、直筒段上部、扩大段顶部有超声装置，以消除或减小流化床中的气泡。
文档编号C01B33/035GK202007139SQ20102067763
公开日2011年10月12日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者陈其国 申请人:江苏中能硅业科技发展有限公司