專利名稱：高純硅生產(chǎn)器具及高純硅生產(chǎn)器具的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高純硅生產(chǎn)技術，尤其涉及一種高純硅生產(chǎn)器具及高純硅生產(chǎn)器具的制備方法。
背景技術：
高純硅是生產(chǎn)半導體器件和太陽能光伏電池的重要原料，其中，高純硅
的純度通常要求在99.9999% (6N)以上。而在生產(chǎn)高純硅的過程中，高純硅要與若干器具相接觸。例如在西門子法生產(chǎn)得到高純多晶硅棒之后，要用錘子將硅棒打成塊狀；在利用流化床生產(chǎn)得到高純顆粒硅時，高純顆粒硅要與反應器壁相接觸；在利用流化床生產(chǎn)得到高純顆粒硅后，需要使用容器和管道等器具對顆粒硅進行收集、篩分、傳輸以及包裝等。
現(xiàn)有技術中使用金屬、合金、陶瓷或石墨等材料制作生產(chǎn)高純硅過程中所使用的器具。當高純硅與這些材料制作的器具直接或間接接觸時，特別是在高溫條件下，這些材料會直接或間接的擴散到高純硅中，從而造成對高純硅的污染。由此需要額外的工序?qū)Ρ浑s質(zhì)污染的高純硅進行清洗、烘干等操作，增加了高純硅的生產(chǎn)成本；而且有些雜質(zhì)(例如金屬、碳、磷、碳或氧等)在硅生長過程中進入高純硅后，無法將其全部去除，使得高純硅的純度和性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高純硅生產(chǎn)器具及高純硅生產(chǎn)器具的制備方法，用以在生產(chǎn)高純硅的過程中，避免對高純硅的污染，提高和保證高純硅的質(zhì)量，降低高純硅的生產(chǎn)成本。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高純硅生產(chǎn)器具的制備方法，包
括
采用高純硅為原材料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具；
將所述器具在保護氣氛或真空中、且在高溫下進行退火處理。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種使用本發(fā)明提供的高純硅生產(chǎn)器具的制備方法制備得到的高純硅生產(chǎn)器具。
本發(fā)明提供的高純硅生產(chǎn)器具及高純硅生產(chǎn)器具的制備方法，釆用高純硅為原料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法對不同形態(tài)的高純硅進行相應的處理，制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具，并將該器具進行退火處理以消除該器具中殘余的內(nèi)應力，使用該器具生產(chǎn)高純硅，可以避免對高純硅的污染，提高和保證高純硅的質(zhì)量，降低高純硅的生產(chǎn)成本。


圖1為本發(fā)明高純硅生產(chǎn)器具的制備方法實施例一的流程圖；圖2為本發(fā)明方法實施例二制備反應器內(nèi)膽的示意圖；圖3為本發(fā)明方法實施例三制備篩板的示意圖；圖4為本發(fā)明方法實施例四制備反應器內(nèi)膽的示意圖；圖5為本發(fā)明方法實施例五制備管套的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步說明本發(fā)明實施例的技術方案。圖1為本發(fā)明高純硅生產(chǎn)器具的制備方法實施例一的流程圖，如圖1所示，該方法包括
步驟101、采用高純硅為原材料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具。
5其中，可以采用不同形態(tài)的高純硅為原材料，不同形態(tài)的高純硅例如棒狀、顆粒狀、塊狀或粉末狀的高純硅，或者通過高純含硅氣體(例如三氯氫硅、硅烷或四氯化硅等)進行氣相沉積形成的高純硅。根據(jù)要制備的器具的不同，選擇不同形態(tài)的高純硅為原材料，對該高純硅進行相應的機械加工、壓制或澆鑄等加工處理的方法，或者通過氣相沉積的方法使得含硅氣體在模具上沉積出成型的器具的方法，制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具。其中，作為原材^H"的高純石圭的純度在99.99%以上。
步驟102、將器具在保護氣氛或真空中、且在高溫下進行退火處理，得到高純硅生產(chǎn)器具。
其中，保護氣氛中的保護氣可以是以下氣體中的任意一種或者其組合Ar、 He、化和112等。退火處理的溫度為800-1200°C，在800-1200。C下的保
持時間可以為o.5-ioo小時，退火處理中升溫和降溫的速率可以為rc/小時至
50。C/小時。
將步驟101中制備得到的器具進行退火處理，以消除該器具中殘余的內(nèi)
應力，增強器具的整體強度和使用壽命。本發(fā)明實施例中制備得到的高純硅生產(chǎn)器具，可以應用在高純硅的生產(chǎn)過程中和對高純硅進行進一步拉晶、鑄錠、拉制薄帶等加工處理過程中。
本發(fā)明實施例提供的高純硅生產(chǎn)器具的制備方法，釆用高純硅為原料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法對不同形態(tài)的高純硅進行相應的處理，制備得到用于生產(chǎn)高純硅的高純硅生產(chǎn)器具，并將該高純硅生產(chǎn)器具進行退火處理以消除該高純硅生產(chǎn)器具中殘余的內(nèi)應力，使用該高純硅生產(chǎn)器具生產(chǎn)高純硅，可以避免對高純硅的污染，降^f氐高純;圭的生產(chǎn)成本。
在生產(chǎn)高純硅的過程中，需要多種器具，例如對強度要求高的器具、形狀復雜的器具、大尺寸或超大尺寸的器具等。對不同種類的器具，可以采用不同的加工處理方法。下面通過各實施例對制備不同種類器具的方法進行詳纟田描述。
6本發(fā)明高純硅生產(chǎn)器具的制備方法實施例二可以包括采用高純硅棒為原材料，該高純硅棒可以是使用西門子法生產(chǎn)的大直徑高純硅棒；先將該高純硅棒進行退火處理，以減少高純珪棒的內(nèi)應力，從而避免高純硅棒在后續(xù)加工過程中破損；然后將退火處理后的高純硅棒進行機械加工，制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具；最后再將該器具進行退火處理，進一步消除器具中的內(nèi)應力。
本實施例提供的方法可以制備得到強度高的高純硅生產(chǎn)器具，例如反應器內(nèi)膽、錘子、碾、輥、篩板、輪、攪拌槳、傳送斗、螺桿、管道或轉(zhuǎn)軸等。在生產(chǎn)高純硅的過程中，使用本實施例的方法制備得到的高純硅生產(chǎn)器具，可以避免對高純硅的污染，提高和保證高純硅的質(zhì)量，降低高純硅的生產(chǎn)成本。
圖2為本發(fā)明方法實施例二制備反應器內(nèi)膽的示意圖。如圖2所示，對高純硅棒200進行退火處理后，進行機械加工，將高純硅棒200分別制成多晶砝板材210、正四棱柱材料220、正三棱柱材料230。在四個正四棱柱材料220的一側(cè)開鑿出若千垂直于上下底面且便于多晶硅板材210牢固嵌入的凹槽1;分別在兩個正四棱柱材料220設置有凹槽的一面的側(cè)面開鑿出若干相互對應的、與上下底面成一定夾角eJW更于多晶超^反材210牢固嵌入的凹槽2;同樣在另外兩個正四棱柱材料220上鑿出相互對應的凹槽2;在四個多晶硅板材210中部加工一個便于正三棱柱材料230牢固嵌入的三角形孔眼3，在另外兩個多晶硅板材210中部加工同樣規(guī)格的兩個三角形孔眼3,其間距可為一倍正三棱柱材料的寬度；將上述經(jīng)過加工的材料，參照圖2所示的方式進行組裝，可以得到一種方形的反應器內(nèi)膽240。
本發(fā)明高純硅生產(chǎn)器具的制備方法實施例三可以包括將顆粒狀、塊狀或粉末狀的高純硅加熱熔化，將熔化后的高純珪鑄錠成大塊的高純硅坯料；
采用鑄錠成的高純硅坯料為原材料，將該高純硅坯料進行機械加工，制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具；最后再將該器具進行退火處理，進一步消除器具
7中的內(nèi)應力。
圖3為本發(fā)明方法實施例三制備篩板的示意圖。如圖3所示，用坩堝(圖中未示出)對顆粒狀、塊狀或粉末狀的高純硅310加熱到其熔點以上，待高純硅完全熔融后將其注入內(nèi)部橫剖面如圖所示的模具320中，其中模具320為預先制做的；等到熔融硅在模具320中冷卻成型后將其整體取出，得到預設形狀的較大尺寸的硅錠330,對硅錠330進行機械加工，例如進行線切割加工，得到理想尺寸的硅板340,對硅板34 0進行打眼加工即可制成各種規(guī)格的篩板350用于篩濾多晶硅顆粒。
米)的高純硅生產(chǎn)器具，例如反應器內(nèi)膽、篩板、板、攪拌槳、傳送斗或提升斗等。在生產(chǎn)高純硅的過程中，使用本實施例的方法制備得到的高純硅生產(chǎn)器具，可以避免對高純硅的污染，降低高純硅的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明高純硅生產(chǎn)器具的制備方法實施例四可以包括先將高純(純度在99.9%以上)石墨制成模具；然后將顆粒狀、塊狀或粉末狀的高純硅加熱熔化；釆用熔化后的高純硅為原材料，將熔化后的高純硅澆鑄到高純石墨制成的模具中，制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具；最后再將該器具進行退火處理，進一步消除器具中的內(nèi)應力。
圖4為本發(fā)明方法實施例四制備反應器內(nèi)膽的示意圖。如圖4所示，用坩堝(圖中未示出)對顆粒狀、塊狀或粉末狀的高純硅410加熱到其熔點以上，將熔融態(tài)的高純硅從模具431頂部入口注入內(nèi)部橫剖面如圖所示的模具431和模具432中；等到熔融硅在模具431和模具432中冷卻成型后將其整體取出，得到如圖所示的構(gòu)件450,構(gòu)件450上下分別設有安裝凸塊和與安裝凸塊對應的安裝孔，左右則分別設有安裝凸塊和與安裝凸塊對應的安裝槽，將多個構(gòu)件450逐個拼接即可得到弧形高純石圭反應器內(nèi)膽460。
本實施例提供的方法可以制備得到大尺寸或形狀復雜的高純硅生產(chǎn)器具，大尺寸超大尺寸(超大尺寸可以為尺寸大于30厘米)的高純硅生產(chǎn)器具例如超大型反應器內(nèi)膽、'歸板、板、攪拌槳或傳送斗等；形狀復雜的高純 硅生產(chǎn)器具例如管、泵、閥、開關、攪拌槳或桶等。在生產(chǎn)高純硅的過程 中，使用本實施例的方法制備得到的高純硅生產(chǎn)器具，可以避免對高純硅的 污染，降低高純硅的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明高純硅生產(chǎn)器具的制備方法實施例五可以包括采用高純硅粉為 原材料，將該高純硅粉進行注核、壓制和燒結(jié)處理，制備得到用于生產(chǎn)高純 硅的器具，其中，在注核處理中，使用的粘合劑選用硅基或少雜質(zhì)的材料， 例如選用硅膠作為粘合劑；最后再將該器具進行退火處理，進一步消除器 具中的內(nèi)應力。
圖5為本發(fā)明方法實施例五制備管套的示意圖。如圖5所示，將一定量 的高純硅粉510和硅膠溶液到入容器520中，通過攪拌使高純硅粉和硅膠溶 液充分混合，然后將混合物注入模具530和模具540中，通過加熱和吹風等 方式加快成型速度，等到混合物凝固成型后將其整體取出，即可得到預設形 狀的構(gòu)件560,構(gòu)件560在進行高溫退火處理后可以作為顆粒高純硅氣相傳 輸管套。
本實施例提供的方法可以制備得到形狀復雜的高純硅生產(chǎn)器具，例如 管、管套、泵、閥、開關、攪拌槳或桶等。在生產(chǎn)高純硅的過程中，使用本 實施例的方法制備得到的高純硅生產(chǎn)器具，可以避免對高純硅的污染，降低 高純硅的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明高純硅生產(chǎn)器具的制備方法實施例六可以包括 先將陶瓷或高純石墨經(jīng)機械制成模具；利用化學氣相沉積法，在一反應 腔內(nèi)將模具加熱到600-1200° C,引入高純含硅氣體(例如三氯氬硅、硅 烷或四氯化硅等)，使高純含硅氣體在陶瓷或石墨制成的模具的表面上生成 預設厚度的高純硅，然后去除模具，制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具；最后 再將該器具進行退火處理，進一步消除器具中的內(nèi)應力。其中，當使用陶瓷 制成的模具時，可以使用機械加工掬空方法去除模具；當使用石墨制成的模具時，模具可以降溫收縮，由此去除模具。
本實施例提供的方法可以制備得到形狀復雜的高純硅生產(chǎn)器具，例如 反應器內(nèi)膽、管、泵、閥、開關、攪拌槳或桶等。在生產(chǎn)高純硅的過程中， 使用本實施例的方法制備得到的高純硅生產(chǎn)器具，可以避免對高純硅的污染， 保證質(zhì)量，降低高純硅的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明實施例中制備得到的高純硅生產(chǎn)器具中，反應器內(nèi)膽、管、泵、 閥和開關等器具可以應用于生產(chǎn)高純硅的反應器中；錘子、碾、輥、輪、攪 拌槳、螺桿和轉(zhuǎn)軸等器具可以應用于高純硅的后續(xù)加工過程中；傳送斗、提 升斗和桶等器具可以應用于高純顆粒硅的輸送過程中。
本發(fā)明實施例還提供了使用上述各個方法實施例制備得到的用于生產(chǎn)高 純硅的高純硅生產(chǎn)器具，該高純硅生產(chǎn)器具的制備方法參見上述各個方法實 施例，在此不再贅述。在生產(chǎn)高純硅的過程中，使用本實施例的高純硅生產(chǎn) 器具，可以避免對高純硅的污染，保證質(zhì)量，降低高純硅的生產(chǎn)成本。
最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其 限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術 人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或 者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技
術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求
1、一種高純硅生產(chǎn)器具的制備方法，其特征在于，包括采用高純硅為原材料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具；將所述器具在保護氣氛或真空中、且在高溫下進行退火處理。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用高純硅為原材料，通過機械加工的方法制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具包括采用高純硅棒為原材料，將所述高純硅棒進行退火處理；將退火處理后的所述高純硅棒進行機械加工，制備得到所述用于生產(chǎn)高純硅的器具；或者將熔化后的高純桂鑄錠成高純硅坯料，采用鑄錠成的所述高純硅坯料為原材料，將所述高純硅坯料進行機械加工，制備得到所述用于生產(chǎn)高純硅的器具。
3、 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具包括.制備得到反應器內(nèi)膽，錘子、碾、輥、輪、螺桿、轉(zhuǎn)軸、篩板、板、攪拌槳、傳送斗或提升斗。
4、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用高純硅為原材料，通過壓制的方法制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具包括采用高純硅粉為原材料，將所述高純硅粉進行注核、壓制和燒結(jié)處理，制備得到所述用于生產(chǎn)高純硅的器具。
5、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具包括管、管套、泵、閥、開關、攪拌槳或桶。
6、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用高純硅為原材料，通過澆鑄的方法制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具包括將石墨制成模具；采用熔化的高純硅為原材料，將熔化后的所述高純硅澆鑄到所述^t具中，制備得到所述用于生產(chǎn)高純^^圭的器具。
7、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用高純硅為原材料，通過氣相沉積成型的方法制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具包括將陶瓷或石墨制成模具；利用化學氣相沉積法，使高純含硅氣體在所述模具的表面上生成預設厚度的高純硅，去除所述模具，制備得到所述用于生產(chǎn)高純硅的器具。
8、 根據(jù)權利要求6或7所述的方法，其特征在于，所迷制備得到所述用于生產(chǎn)高純硅的器具包括制備得到反應器內(nèi)膽、管、泵、閥、開關、桶、篩板、板、攪拌槳或傳送斗。
9、 一種使用上述權利要求l-8任一項所述的高純硅生產(chǎn)器具的制備方法制備得到的高純硅生產(chǎn)器具。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高純硅生產(chǎn)器具及高純硅生產(chǎn)器具的制備方法，該方法包括采用高純硅為原材料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具；將所述器具在保護氣氛中或真空中、且在高溫下進行退火處理。本發(fā)明提供的高純硅生產(chǎn)器具及高純硅生產(chǎn)器具的制備方法，采用高純硅為原料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法對不同形態(tài)的高純硅進行相應的處理，制備得到用于生產(chǎn)高純硅的器具，并將該器具在保護氣氛或真空中進行退火處理以消除該器具中殘余的內(nèi)應力，使用該器具生產(chǎn)高純硅，可以避免對高純硅的污染，提高和保證高純硅的質(zhì)量，降低高純硅的生產(chǎn)成本。
文檔編號C01B33/00GK101671021SQ20091017383
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月14日 優(yōu)先權日2008年9月14日
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