專(zhuān)利名稱(chēng)：多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，更明確地說(shuō)涉及西門(mén)子法多晶硅生產(chǎn) 用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口的改進(jìn)和創(chuàng)新。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)、出氣口均為與還原爐內(nèi)部底平面平齊的
圓形開(kāi)口，進(jìn)氣速度較快。提純后的SiHCl3與H2混合后，從底部九個(gè)進(jìn)氣
口噴入還原爐。氣體亦從底部出氣口排出。原設(shè)計(jì)意圖是進(jìn)口氣體以高速
噴入爐內(nèi)，形成氣柱，到達(dá)頂部后再折返向下從底部出口排出；由于高速氣 流的擾動(dòng)與折返，在爐內(nèi)形成強(qiáng)湍流流場(chǎng)， 一方面保證各斷面上氣體組成均 一，另一方面湍流流場(chǎng)可強(qiáng)化氣固間的傳質(zhì)，加快硅在硅棒表面的沉積速度。 但是，上述多晶硅還原爐的進(jìn)、出氣口存在以下缺陷
1. 上升氣柱在底部即會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散，導(dǎo)致部分流體未與硅棒充分接觸， 即產(chǎn)生短路直接從出氣口排出，降低了生產(chǎn)的一次性轉(zhuǎn)換率。
2. 頂部存在流體流動(dòng)的死區(qū)。尤其在剛開(kāi)爐時(shí)，氣體的流入量低，噴 射氣柱不能到達(dá)頂部，再加之氫氣的密度小，在頂部易形成氫濃度高的區(qū)域， 導(dǎo)致硅棒上部硅沉積速度低；由于底座上僅一個(gè)出氣口并靠近中心，故底部 周邊亦存在流體流動(dòng)的死區(qū)，同樣造成硅沉積速度低。目前生產(chǎn)硅棒的頂部 和底部細(xì)、中部粗即可證明上述推論。
3. 爐內(nèi)氣體溫度不便于控制。由于從開(kāi)爐到出爐期間，氣體的流量變 化很大，此外硅棒的直徑也在不斷增加，若硅棒表面維持110(TC不變，上 述兩因素均導(dǎo)致氣體溫度變化，且調(diào)整困難。
4. 一次性轉(zhuǎn)換率低。目前多晶硅還原爐的一次性轉(zhuǎn)換率在10% 18%。 要提高一次性轉(zhuǎn)換率，應(yīng)提高某些生產(chǎn)階段的氣體流量，以加強(qiáng)爐內(nèi)氣體湍 動(dòng)，強(qiáng)化傳質(zhì)，即提高硅在硅棒表面的沉積速度。但氣體流量增加，縮短了 氣體在爐內(nèi)的停留時(shí)間，又會(huì)導(dǎo)致一次性轉(zhuǎn)換率低。以現(xiàn)有還原爐結(jié)構(gòu)與操 作方式無(wú)法解決上述矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就在于克服上述缺點(diǎn)和不足，提供一種多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口。其結(jié)構(gòu)合理，可避免上升氣柱在底部的擴(kuò)散，流體 可與硅棒充分接觸，硅的一次性轉(zhuǎn)換率高。還原爐頂部不存在流體流動(dòng)的死 區(qū)，提高了硅棒上部的硅沉積速度，改善了所產(chǎn)硅棒頂部和底部細(xì)、中部粗 的缺點(diǎn)。便于控制、調(diào)整爐內(nèi)的氣體溫度，既可加強(qiáng)爐內(nèi)氣體湍動(dòng)強(qiáng)化傳質(zhì)， 提高硅在硅棒表面的沉積速度，又不會(huì)縮短氣體在爐內(nèi)的停留時(shí)間，從而進(jìn) 一步提高一次性轉(zhuǎn)換率。
還原爐包括帶有底部和支座的底座、與底座由緊固件連為一體并密封的 外殼、固定安裝在底座的底部且位于外殼中的多對(duì)電極、固定在電極上的細(xì) 硅棒、固定安裝在還原爐上以通入并排出混合氣體的進(jìn)氣口和出氣口。外殼 帶有夾套，夾套上固定、連通著冷卻水進(jìn)水口和出水口。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明進(jìn)氣口固定安裝在底座的底部，出氣口固定
安裝在外殼上。進(jìn)氣口伸入爐內(nèi)底部上面100 300mm，頂部以堵板封堵或 在堵板中心開(kāi)一4)6 cJ) 12的喇叭口。伸入爐內(nèi)的進(jìn)氣口端部側(cè)壁上均布設(shè) 置3至6個(gè)螺旋切向出口。出氣口固定安裝在外殼頂部的封頭上。
出氣口為均布的5 7管口式結(jié)構(gòu)，亦即5 7根均布固定安裝在外殼頂部 封頭上的出氣支管與一根出氣總管連通。為此，還原爐外殼的高度較過(guò)去提 高400mm左右。
進(jìn)氣口為均布的9 16管口式結(jié)構(gòu)，亦即 一根進(jìn)氣總管與9~16根均布固 定安裝在底部上的進(jìn)氣口連通。9 16根進(jìn)氣口端部的螺旋切向出口的螺旋 方向相同或者不同。
本發(fā)明將氣體進(jìn)出口形式改為下進(jìn)上出，進(jìn)口釆用9 16管口分布形式， 頂部通過(guò)均布的5 7管口引出。為防止頂部各出氣口處形成的收縮流，影響 爐內(nèi)氣體軸向流速的均勻性，爐外殼高度提高400mm。下進(jìn)上出的形式可 避免進(jìn)出口間的流體短路，且能保證各橫斷面上軸向流速均一，使?fàn)t內(nèi)多根 硅棒產(chǎn)品的直徑均勻一致。
為了使?fàn)t內(nèi)自上而下均形成軸向速度均一的強(qiáng)湍流流場(chǎng)，以利于傳質(zhì)速 率的強(qiáng)化，提高沉積速度，且所產(chǎn)硅棒直徑均一，本發(fā)明將進(jìn)氣口伸入爐內(nèi) 100~300mm，且頂部封堵，或在堵板中心開(kāi)(J) 6~c|) 12的喇叭口。氣體通過(guò) 端部側(cè)壁設(shè)置3至6個(gè)螺旋切向出口，以強(qiáng)旋轉(zhuǎn)方式進(jìn)入爐內(nèi)。根據(jù)流場(chǎng)模 擬結(jié)果，9 16進(jìn)氣口的出氣轉(zhuǎn)旋方向可以相同或者不相同，以能造成爐內(nèi)氣體強(qiáng)湍動(dòng)為原則來(lái)設(shè)置。
每個(gè)進(jìn)氣口端部?jī)?nèi)位于螺旋切向出口下面帶有2~4個(gè)均布的旋流板。旋 流板可為螺旋狀。旋流板的目的是使氣體在進(jìn)口管內(nèi)即形成強(qiáng)旋轉(zhuǎn)，以避免 管壁薄、僅靠在管壁上開(kāi)口不能很好地導(dǎo)向的弊端，更好地控制、引導(dǎo)進(jìn)氣 的流向，消除流動(dòng)的死角，使進(jìn)入爐內(nèi)的氣體強(qiáng)湍動(dòng)，從而提高一次性轉(zhuǎn)換 率。螺旋狀旋流板可強(qiáng)化進(jìn)氣，使之以強(qiáng)旋轉(zhuǎn)方式進(jìn)入爐內(nèi)，效果更好。
出氣總管還有一路通過(guò)管路和文丘里管引入進(jìn)氣總管。也就是說(shuō)，除部 分直接引出系統(tǒng)作為尾氣外，其它氣體可通過(guò)射流引射方式引回進(jìn)口，即實(shí) 現(xiàn)部分氣體的循環(huán)。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，可避免上升氣柱在底部的擴(kuò)散，流體可與硅棒充分接 觸，硅的一次性轉(zhuǎn)換率高。還原爐頂部不存在流體流動(dòng)的死區(qū)，提高了硅棒 上部的硅沉積速度，改善了所產(chǎn)硅棒頂部和底部細(xì)、中部粗的缺點(diǎn)。便于控 制、調(diào)整爐內(nèi)的氣體溫度，既可加強(qiáng)爐內(nèi)氣體湍動(dòng)強(qiáng)化傳質(zhì)，提高硅在硅棒 表面的沉積速度，又不會(huì)縮短氣體在爐內(nèi)的停留時(shí)間，從而進(jìn)一步提高一次 性轉(zhuǎn)換率。它可廣泛應(yīng)用于多晶硅的還原生產(chǎn)中。


圖1為本發(fā)明還原爐的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1的俯視圖。
圖3為圖1的D-D剖視圖，亦即進(jìn)氣口進(jìn)氣方向示意圖。 圖4為進(jìn)氣口伸入爐內(nèi)的端部的剖視圖。 圖5為圖4的C-C剖面圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1。 一種多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口，如圖1~圖5所 示。還原爐包括帶有底部2和支座3的底座1、與底座l由緊固件連為一體 并密封的外殼4、固定安裝在底座1的底部2且位于外殼4中的多對(duì)電極5、 固定在電極5上的硅棒6、固定安裝在還原爐上以通入并排出混合氣體的進(jìn) 氣口 17和出氣口 12。外殼4帶有夾套9，夾套9上固定、連通著冷卻水進(jìn) 水口 IO和出水口 11。
進(jìn)氣口 17固定安裝在底座1的底部2，出氣口 12固定安裝在外殼4頂 部的封頭13上。進(jìn)氣口 17伸入爐內(nèi)底部2上面260mm，其頂部以堵板20封堵，伸入爐內(nèi)的進(jìn)氣口 17的端部側(cè)壁上均布設(shè)置3個(gè)螺旋切向出口 21。
出氣口 12為均布的五管口式結(jié)構(gòu)，亦即五根均布固定安裝在外殼4頂 部封頭13上的出氣支管14與一根出氣總管15連通。
進(jìn)氣口 7為均布的9管口式結(jié)構(gòu)，亦即一根進(jìn)氣總管7與9根均布固定 安裝在底部2上的進(jìn)氣口 17連通，9根進(jìn)氣口 17端部的螺旋切向出口 21 的螺旋方向相同。
每個(gè)進(jìn)氣口 17端部?jī)?nèi)位于螺旋切向出口 21下面帶有3個(gè)均布的旋流板 22。旋流板22為螺旋狀。
出氣總管15還有一路通過(guò)管路18和文丘里管19引入進(jìn)氣總管7。
實(shí)施例2。 一種多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口。其進(jìn)氣口伸入 爐內(nèi)底部上面100mm,頂部在堵板中心開(kāi)一cf)6的喇叭口。伸入爐內(nèi)的進(jìn)氣 口端部側(cè)壁上均布設(shè)置4個(gè)螺旋切向出口。
分布在圓周上的8個(gè)進(jìn)氣口 17的進(jìn)氣轉(zhuǎn)旋方向彼此相間為順時(shí)針和逆 時(shí)針，以造成爐內(nèi)氣體強(qiáng)湍動(dòng)。均布的旋流板22為螺旋狀，其螺旋方向與 該進(jìn)氣口 17的螺旋切向出口 21的螺旋方向相同。其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例3。 一種多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口。其進(jìn)氣口伸入 爐內(nèi)底部上面300mm,頂部在堵板中心開(kāi)一 中12的喇叭口 。伸入爐內(nèi)的進(jìn) 氣口端部側(cè)壁上均布設(shè)置6個(gè)螺旋切向出口 。
出氣口 12為均布的7管口式結(jié)構(gòu)，亦即7根均布固定安裝在外殼4頂 部封頭13上的出氣支管14與一根出氣總管15連通。
進(jìn)氣口 7為均布的16管口式結(jié)構(gòu)，亦即一根進(jìn)氣總管7與16根均布固 定安裝在底部2上的進(jìn)氣口 17連通，16根進(jìn)氣口 17端部的螺旋切向出口 21的螺旋方向相同。
每個(gè)進(jìn)氣口 17端部?jī)?nèi)位于螺旋切向出口 21下面帶有4個(gè)均布的旋流板 22。旋流板22為螺旋狀。
實(shí)施例1 3結(jié)構(gòu)合理。其優(yōu)點(diǎn)是①可根據(jù)不同生產(chǎn)階段的需要，調(diào)節(jié) 循環(huán)氣體的量，以保證各生產(chǎn)階段，爐內(nèi)氣體流場(chǎng)均保持強(qiáng)湍流狀態(tài)。尤其 在開(kāi)爐初期，硅棒細(xì)，沉積面積小，所需進(jìn)氣量小。若能加大循環(huán)量， 一方 面可強(qiáng)化傳質(zhì)與沉積，且可大幅度提高一次性轉(zhuǎn)換率和硅棒直徑增加的速 度。②通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)氣體量的大小，可方便的調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣體的溫度。如，需降低爐內(nèi)氣體溫度，可加大循環(huán)氣體量，并在出氣管路上設(shè)置冷卻器，以調(diào) 節(jié)氣體溫度。③可提高一次性轉(zhuǎn)換率。只要控制好循環(huán)氣體的組成和流量， 可提高尾氣中HCI的濃度，即提高一次性轉(zhuǎn)換率。④氣體循環(huán)時(shí)不需設(shè)動(dòng) 力設(shè)備，只需適當(dāng)提高原進(jìn)氣(現(xiàn)為新鮮補(bǔ)充氣)的壓力，靠氣體的引射與 文丘里管即可實(shí)現(xiàn)部分氣體循環(huán)，且可通過(guò)調(diào)整原進(jìn)氣的壓力、調(diào)整尾氣與 循環(huán)管路鬩門(mén)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)量的調(diào)整。⑤有利于產(chǎn)品硅棒直徑的增大。目前光
伏生產(chǎn)的硅棒直徑一般為100mm。若增加產(chǎn)品直徑，在生產(chǎn)期間，硅棒從 直徑100mm增加至150mm甚至更大時(shí)，進(jìn)氣流量大，出氣溫度高，不便于 調(diào)控。釆用本還原爐技術(shù)時(shí)，在生產(chǎn)后期可減少氣體的循環(huán)量或氣體不循環(huán)， 能方便地調(diào)節(jié)氣體流量與爐內(nèi)溫度，保證硅棒直徑按預(yù)期繼續(xù)順利增大。 實(shí)施例1 3可廣泛應(yīng)用于多晶硅的還原生產(chǎn)中。
權(quán)利要求
1. 一種多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口，進(jìn)氣口固定安裝在底座的底部，出氣口固定安裝在外殼上，其特征在于所說(shuō)的進(jìn)氣口伸入爐內(nèi)底部上面100～300mm，頂部以堵板封堵或在堵板中心開(kāi)一φ6～φ12的喇叭口，伸入爐內(nèi)的進(jìn)氣口端部側(cè)壁上均布設(shè)置3至6個(gè)螺旋切向出口，出氣口固定安裝在外殼頂部的封頭上。
2. 按照權(quán)利要求1所述的多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口，其 特征在于所說(shuō)的出氣口為均布的5 7管口式結(jié)構(gòu)，亦即5 7根均布固定安裝 在外殼頂部封頭上的出氣支管與一根出氣總管連通。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口， 其特征在于所說(shuō)的進(jìn)氣口為均布的9 16管口式結(jié)構(gòu)，亦即一根進(jìn)氣總管與 9~16根均布固定安裝在底部上的進(jìn)氣口連通，進(jìn)氣口端部的螺旋切向出口 的螺旋方向相同或者不同。
4. 按照權(quán)利要求3所述的多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口，其 特征在于所說(shuō)的每個(gè)進(jìn)氣口端部?jī)?nèi)位于螺旋切向出口下面帶有2~4個(gè)均布 的旋流板。
5. 按照權(quán)利要求4所述的多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口，其 特征在于所說(shuō)的旋流板為螺旋狀。
6. 按照權(quán)利要求5所述的多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口，其 特征在于所說(shuō)的出氣總管還有一路通過(guò)管路和文丘里管引入進(jìn)氣總管。
全文摘要
一種多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進(jìn)氣口和出氣口。進(jìn)氣口固定安裝在底座的底部，伸入爐內(nèi)底部上面100～300mm，頂部以堵板封堵或在堵板中心開(kāi)一φ6～φ12的喇叭口。進(jìn)氣口端部側(cè)壁上均布設(shè)置3至6個(gè)螺旋切向出口。出氣口固定安裝在外殼頂部的封頭上，為均布的5～7管口式結(jié)構(gòu)。進(jìn)氣口為均布的9～16管口式結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣口端部的螺旋切向出口的螺旋方向相同或者不同。每個(gè)進(jìn)氣口端部?jī)?nèi)位于螺旋切向出口下面帶有2～4個(gè)均布的旋流板。旋流板為螺旋狀。它可避免上升氣柱在底部的擴(kuò)散，使之與硅棒充分接觸。頂部不存在流體死區(qū)，硅棒上部硅沉積速度高。氣體溫度便于調(diào)控。加強(qiáng)了爐內(nèi)氣體湍動(dòng)強(qiáng)化了傳質(zhì)，氣體停留時(shí)間長(zhǎng)，提高了一次性轉(zhuǎn)換率。
文檔編號(hào)C01B33/00GK101445241SQ20081024962
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者劉新安, 孟啟貴, 李建隆, 王偉文, 袁紅燕, 陳光輝 申請(qǐng)人:化學(xué)工業(yè)第二設(shè)計(jì)院寧波工程有限公司;青島科大隆騰科技發(fā)展有限公司