专利名称：适用于低压常规电源加热启动的多晶硅氢还原炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多晶硅生产设备，主要涉及适用于低压常规 电源加热启动的多晶硅氢还原炉。
技术背景多晶硅氢还原炉是多晶硅生产的专用设备，对产品的质量要求很 高，同时多晶硅氢还原炉又是一个高耗能的设备。因此，还原炉的结 构好坏，以及是否节能，直接影响到产品的质量、性能和生产成本。而现有技术中，还原炉生产多晶硅都是采用硅芯棒作为发热体，并使产品沉积在高温的纯硅芯棒上，初始的硅芯棒直径为8— 10mm ，而纯硅在常温下导电性能很差，电阻率很大， 一般为数十 到数百Q-cm，只有当其本身温度达到60CTC以上时，其电阻率会下 降到0.1Q-cm左右，此时常规电源才能对其加热，因此使用一般的 常规电压不能在纯硅芯棒载体进行初始启动发热，为解决上述技术问 题，现有技术中主要有两种方案， 一是为克服硅芯棒的冷电阻，对纯 硅芯棒加上高电压使电流强行通过硅芯棒，使其加热，随着温度升高， 电阻率逐渐下降，达到一定温度后再转入中、低电源，即高压启动。 此种方式比较直接，但其缺点是设备比较复杂，加热启动程序也比较 复杂，导致生产成本上升，二是采用外来加温体对硅芯棒进行烘烤， 如在氢还原炉中另外设置碳棒或钼条，也有采用等离子电弧加热的方 式，而这样的方式都需要另外增加大量设备和装置，其加热启动程序也比较复杂。在中国专利公报中，公开号为CN2708213Y的专利公开了一种 12对硅芯棒的氢还原炉，该专利中并没有解决避免高电压简化加热 启动的问题。 发明内容本实用新型的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种适用于低压 常规电源启动的多晶硅氢还原炉。本实用新型不仅可以实现大直径、 多对棒生产，提高了多晶硅产量，同时采用低压电源加热启动，有效 节约了生产成本。为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是 适用于低压常规电源启动的多晶硅氢还原炉，包括带有冷却装置 的炉壳，炉壳安装在底盘上；底盘上布有进、出气装置，底盘设有加 热电极，电极上一一对应安装有硅芯棒，其特征在于硅芯棒和电极为各18对，即各36个，且在底盘上沿三个同心圆周均布设置，从内 圆周向外圆周分别设置为3对、5对、10对；所述内圆周的3对硅芯 棒为低电阻率硅芯棒，其余两圆周上为常规电阻率硅芯棒。所述喷口为四组，所述每组喷口为多个，其中两组喷口形成的圆 为同心圆，且均布在底盘每两个硅芯棒圈之间的圆周上，另外两组设 置在内圈硅芯棒圆周之内。每个喷口上设有可拆卸式石墨喷嘴，且每个喷嘴的截面积相同；各组喷口的喷嘴的截面积之和的比为1: 2: 4: 8。所述低电阻率硅芯棒为电阻率为0.05-0.1 Q-cm的掺杂硅芯棒。所述掺杂硅芯棒是指先在直拉炉中用常规掺杂方法加入硼或磷而制成电阻率为0.05-0.1 Q-cm的预制棒，再将预制棒在硅芯炉中拉 制成为电阻率为0.05-0.1 Q-cm的硅芯棒。所述常规电阻率硅芯棒是指先在直拉炉中用常规方法制成常规 电阻率的预制棒，再将预制棒在硅芯炉中拉制成为常规电阻率的硅芯 棒°本实用新型的优点在于1、 由于通常氢还原炉的硅芯棒对数和电极对数都是一一对应，都是3的倍数，以符合供电3相平衡要求，同时根据棒距和均匀分布 的原则，本实用新型将最内圆周上的硅芯棒和电极对数设置为3对， 中圈和外圈圆周设置为5对和10对，总共18对，相对于12对硅芯 棒大大增加了数量，符合大直径和多对棒的生产要求，有利于大量提 高产量，增加效益。2、 将最内圈的硅芯棒设置为低电阻率硅芯棒，这样在启动时， 可以先用低压常规电源对最内圈3对硅芯棒进行加热启动，并不断烘 烤中圈和外圈的常规硅芯棒，使中圈和外圈的常规硅芯棒逐渐受热后 不断降低电阻率，当常规硅芯棒电阻率降低到0.05-0.1 Q-cm时，再 对常规硅芯棒通入低压常规电源进行启动，有效避免了原有直接通入 高压电源强行对硅芯棒加热降低电阻率的方式，大大简化了高压电控 制设备。3、 本实用新型中由于有掺杂的低电阻率的硅芯棒，其后期沉积 的多晶硅产品的品质磷(或硼)含量高于未掺杂的硅芯棒沉积生产出的多晶硅产品，但目前太阳能级单、多晶硅都是需要惨磷(或硼)， 只要事先根据用户的需要进行掺杂，并且每炉产品中掺杂硅棒数量仅 有3对，数量很少，因此，并不影响产品质量和用户使用。4、 本实用新型将进气喷口分成四组，每组喷嘴的截面积之比分别为1: 2: 4: 8，而每个喷嘴的截面积相同，从而保证了各喷嘴在 相同压力下流量、速度相同，这样就解决了多晶硅氢还原炉因炉内物 料、温度分布不均匀而带来的硅棒沉积率低、生长不均匀的问题，每 组的喷口数量可以根据需要决定，每组的喷口间的连接可以环形，也 可以是直管，炉外的四组阀门在不同生产时期按流量大小的需要将四 个喷口组进行开关组合，组成了多个单位截面积的变化，这就保证在 整个生产过程中喷口始终保持着相同的喷速。5、 由于改善炉子内物料成分的均匀分布是生长大直径多晶硅棒的突出问题，尤其是HCl分布的均匀性，直接影响着每个部位的沉积速率，影响着多晶硅棒直径的均匀性，影响着温度分布的均匀性，从 而影响着炉子的平均沉积速率。当气流达到一定速度和流量从每个喷 嘴喷出时，在喷口附近就产生低压区，周围的物料就会流向低压区， 与喷口喷出的物流一起喷向炉顶，形成环流，起着强烈的搅拌作用， 在硅棒的生产初期，进气流量和速度不需要很大，这样就可以仅开启 部分喷口，随着流量的增加，就需要增加更多的喷口数量，直至喷口 全部工作，从而保证在大直径时也可以获得较高的沉积速率。6、 由于还原炉在生产过程中，炉内温度很高，因此将喷口的喷嘴设计成可拆卸式石墨喷嘴，这样不仅可以耐高温，而且可以根据不同的生产需要，简单、方便的更换喷嘴。
图1为本实用新型硅芯棒和进气喷口分布结构示意图。 图2为多晶硅氢还原炉结构示意图。图中标记1为外壳体，2为内壳体，3为硅芯棒，4为视镜，5 为冷却进水环管，6为底盘，7为电极，8为支架，9为导轨，10为 喷口， 11为进、出气装置。
具体实施方式
适用于低压常规电源启动的多晶硅氢还原炉，包括带有冷却装置 的炉壳1、 2，炉壳安装在底盘6上；底盘6上布有进、出气装置11， 所述底盘上设有进气喷口 10，喷口10为四组，每组喷口为多个，其 中两组喷口形成的圆为同心圆，且均布在底盘6的每两个硅芯棒3圈 之间的圆周上，另外两组设置在内圈硅芯棒3的圆周之内；每个喷口 10上设有可拆卸式石墨喷嘴，且每个喷嘴的截面积相同；并均匀分 布在底盘6的每两个电极圈之间的同一圆周上；各组喷口 10的喷嘴 的截面积之和的比为1: 2: 4: 8，底盘6设有加热电极7，电极7上一一对应安装有硅芯棒3，硅芯棒3和电极7为各18对，即各36 个，且在底盘6上沿三个同心圆周均布设置，从内圆周向外圆周分别 设置为3对、5对、10对；所述内圆周的3对硅芯棒3为低电阻率硅 芯棒，其余两圆周上为常规电阻率硅芯棒。所述低电阻率硅芯棒为电 阻率为0.05-0.1 Q-cm的掺杂硅芯棒。所述掺杂硅芯棒是指先在直拉 炉中用常规掺杂方法加入硼或磷而制成电阻率为0.05-0.1 Q-cm的预制棒，再将预制棒在硅芯炉中拉制成为电阻率为0.05-0.1 Q-cm的硅芯棒。所述常规电阻率硅芯棒是指先在直拉炉中用常规方法制成常 规电阻率的预制棒，再将预制棒在硅芯炉中拉制成为常规电阻率的硅 芯棒。将最内圈的硅芯棒设置为低电阻率硅芯棒，这样在启动时，可 以先用低压常规电源对最内圈3对硅芯棒进行加热启动，并不断烘烤 中圈和外圈的常规硅芯棒，使中圈和外圈的常规硅芯棒逐渐受热后不 断降低电阻率，当常规硅芯棒电阻率降低到0.05-0.1 Q-cm时，再对 常规硅芯棒通入低压常规电源进行启动，有效避免了原有直接通入高 压电源强行对硅芯棒加热降低电阻率的方式，大大简化了高压电控制 设备。由于通常氢还原炉的硅芯棒对数和电极对数都是一一对应，都是 3的倍数，以符合供电3相平衡要求，同时根据棒距和均匀分布的原 则，本实用新型将最内圆周上的硅芯棒和电极对数设置为3对，中圈 和外圈圆周设置为5对和10对，总共18对，相对于12对硅芯棒大 大增加了数量，符合大直径和多对棒的生产要求，有利于大量提高产 量，增加效益。本实用新型中由于有掺杂的低电阻率的硅芯棒，其后 期沉积的多晶硅产品的品质磷或硼的含量高于未掺杂的硅芯棒沉积 生产出的多晶硅产品，但目前太阳能级单、多晶硅都是需要掺磷或硼， 只要事先根据用户的需要进行掺杂，并且每炉产品中掺杂硅棒数量仅 有3对，数量很少，因此，并不影响产品质量和用户使用。本实用新型将进气喷口分成四组，每组喷嘴的截面积之比分别为1: 2: 4: 8，而每个喷嘴的截面积相同，从而保证了各喷嘴在相同压力下流量、速度相同，这样就解决了多晶硅氢还原炉因炉内物料、温度分布不均匀 而带来的硅棒沉积率低、生长不均匀的问题，每组的喷口数量可以根 据需要决定，每组的喷口间的连接可以环形，也可以是直管，炉外的 四组阀门在不同生产时期按流量大小的需要将四个喷口组进行开关 组合，组成了多个单位截面积的变化，这就保证在整个生产过程中喷 口始终保持着相同的喷速。由于改善炉子内物料成分的均匀分布是生长大直径多晶硅棒的突出问题，尤其是HCl分布的均匀性，直接影响 着每个部位的沉积速率，影响着多晶硅棒直径的均匀性，影响着温度 分布的均匀性，从而影响着炉子的平均沉积速率。当气流达到一定速 度和流量从每个喷嘴喷出时，在喷口附近就产生低压区，周围的物料 就会流向低压区，与喷口喷出的物流一起喷向炉顶，形成环流，起着 强烈的搅拌作用，在硅棒的生产初期，进气流量和速度不需要很大， 这样就可以仅开启部分喷口，随着流量的增加，就需要增加更多的喷 口数量，直至喷口全部工作，从而保证在大直径时也可以获得较高的 沉积速率。由于还原炉在生产过程中，炉内温度很高，因此将喷口的 喷嘴设计成可拆卸式石墨喷嘴，这样不仅可以耐高温，而且可以根据 不同的生产需要，简单、方便的更换喷嘴。
权利要求1、适用于低压常规电源启动的多晶硅氢还原炉，包括带有冷却装置的炉壳(1、2)，炉壳安装在底盘(6)上；底盘(6)上布有进、出气装置(11)，底盘(6)设有加热电极(7)，电极(7)上一一对应安装有硅芯棒(3)，其特征在于硅芯棒(3)和电极(7)为各18对，即各36个，且在底盘(6)上沿三个同心圆周均布设置，从内圆周向外圆周分别设置为3对、5对、10对；所述内圆周的3对硅芯棒(3)为低电阻率硅芯棒，其余两圆周上为常规电阻率硅芯棒。
2、 根据权利要求1所述的适用于低压常规电源启动的多晶硅氢 还原炉，其特征在于所述喷口 (10)为四组，每组喷口 (10)为多 个，其中两组喷口 (10)形成的圆为同心圆，且均布在底盘(6)每 两个硅芯棒(3)圈之间的圆周上，另外两组设置在内圈硅芯棒(3) 圆周之内。
3、 根据权利要求2所述的适用于低压常规电源启动的多晶硅氢 还原炉，其特征在于每个喷口 (10)上设有可拆卸式石墨喷嘴，且 每个喷嘴的截面积相同；各组喷口 (10)的喷嘴的截面积之和的比为1: 2: 4: 8。
4、 根据权利要求1、 2或3所述的适用于低压常规电源启动的多晶硅氢还原炉，其特征在于所述低电阻率硅芯棒为电阻率为0.05-0.1 Q-cm的掺杂硅芯棒。
5、 根据权利要求4所述的适用于低压常规电源启动的多晶硅氢 还原炉，其特征在于所述掺杂硅芯棒是指加入了硼或磷制成的电阻 率为0.05-0.1 Q -cm的硅芯棒。
专利摘要本实用新型提供了一种适用于低压常规电源启动的多晶硅氢还原炉，包括带有冷却装置的炉壳，炉壳安装在底盘上；底盘上布有进、出气装置，底盘设有加热电极，电极上一一对应安装有硅芯棒，硅芯棒和电极为各18对，即各36个，且在底盘上沿三个同心圆周均布设置，从内圆周向外圆周分别设置为3对、5对、10对；所述内圆周的3对硅芯棒为低电阻率硅芯棒，其余两圆周上为常规电阻率硅芯棒。本实用新型不仅可以实现大直径、多对棒生产，提高了多晶硅产量，同时采用低压电源启动，有效节约了生产成本。
文档编号F27B5/04GK201105993SQ20072008158
公开日2008年8月27日 申请日期2007年10月23日 优先权日2007年10月23日
发明者刘汉元, 戴自忠 申请人:四川永祥多晶硅有限公司