專利名稱：用于多晶硅生產(chǎn)的供料系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于多晶硅生產(chǎn)的供料系統(tǒng)(裝置)。
背景技術(shù)：
多晶硅棒生產(chǎn)是制備高純硅過程中的最重要階段，對(duì)多晶硅的產(chǎn)量、質(zhì)量、成本以及整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性、穩(wěn)定性、安全性起著不可估量的作用。目前國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)通常采用三氯氫硅氫還原法。經(jīng)提純和凈化的氫氣和三氯氫硅按照一定比例供給到還原爐中，在一定高溫下進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)的硅沉積在還原爐中的硅芯上，主要的化學(xué)反應(yīng)方程式為SiHCl3+H2 — Si+3HC1 ；同時(shí)還會(huì)發(fā)生SiHCl3熱分解和SiCl4的還原反應(yīng)4SiHCl3 — Si+3SiCl4+2H2 ；SiCl4+2H2 — Si+4HC1。由還原爐內(nèi)上述反應(yīng)方程式可以看出=SiHCl3反應(yīng)后，會(huì)生成多晶硅和副產(chǎn)物四氯化硅，四氯化硅的產(chǎn)量越高，則硅的實(shí)收率越低。因此，選擇合適的反應(yīng)混合物配比，能夠有利于提高硅的實(shí)收率，并使產(chǎn)品結(jié)晶質(zhì)量提高。目前在生產(chǎn)過程中，為了利于提高實(shí)收率和產(chǎn)品質(zhì)量，氫氣通常選擇為比化學(xué)當(dāng)量值過量。供給到還原爐中的還原劑氫氣和原料三氯氫硅的摩爾比(即反應(yīng)混合物配比，下文簡稱配比)的一般范圍選擇在10:廣3:1之間。如果選擇的反應(yīng)混合物配比偏大，氫氣比化學(xué)當(dāng)量值過量較多，生長速率低、有利于提高硅的實(shí)收率，但硅棒生長后期容易出現(xiàn)“玉米棒”現(xiàn)象。玉米棒現(xiàn)象為硅棒長成玉米棒狀，出現(xiàn)此狀態(tài)的多晶硅棒會(huì)出現(xiàn)以下缺點(diǎn)硅棒質(zhì)量差，“玉米?！敝g由于溫度過高，大量的硼(B)、磷(P)雜質(zhì)及金屬雜質(zhì)聚集，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降；硅棒疏松，容易倒棒，造成更加嚴(yán)重的損失。大多數(shù)選擇大配比的廠家，解決此現(xiàn)象(玉米粒的產(chǎn)生)的方法是在多晶硅棒生長后期增大氫氣和三氯氫硅兩者的進(jìn)料量，但此方法會(huì)增加尾氣回收系統(tǒng)的負(fù)荷。如果在設(shè)計(jì)期間提高系統(tǒng)的尾氣處理能力，則會(huì)增加一次性投資成本和運(yùn)行成本；如果在運(yùn)行期間增加尾氣處理量，則會(huì)導(dǎo)致尾氣回收系統(tǒng)不能完全處理多晶硅尾氣，最終導(dǎo)致生產(chǎn)效率過低，成本過高。另一方面，采用低配比，即增大SiHCl3配比濃度，則生長速率高、硅棒致密、多晶硅電耗低、硅的實(shí)收率較低、硅棒生長后期無“玉米棒”現(xiàn)象。但配比過小，會(huì)造成大量副產(chǎn)物四氯化硅的生成，導(dǎo)致硅的實(shí)收率變低，而現(xiàn)在大多數(shù)的多晶硅生產(chǎn)廠家沒有一個(gè)有效的處理副產(chǎn)物四氯化硅的方法。一些廠家使用熱氫化技術(shù)處理四氯化硅，但無形中增加了一次性投資和運(yùn)行成本。傳統(tǒng)混合進(jìn)料方式如附圖1所示氫氣通入含有一定液位的三氯氫硅液體的鼓泡汽化器92，通過控制汽化器的溫度和壓力來控制進(jìn)料混合氣的配比。鼓泡汽化器92被連接到數(shù)臺(tái)還原爐，例如還原爐10、20···等。因?yàn)閺囊慌_(tái)汽化器流出的混合氣會(huì)分別進(jìn)入數(shù)臺(tái)還原爐，因此改變一臺(tái)汽化器中混合氣的配比，會(huì)影響所有還原爐的進(jìn)料配比。當(dāng)各還原爐中處于多晶硅生長過程的不同時(shí)期時(shí)，這樣可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成相當(dāng)不利的影響如將配比調(diào)大，其中一臺(tái)還原爐在多晶硅生長后期，則會(huì)出現(xiàn)玉米棒現(xiàn)象；將配比調(diào)小，則處在生長前期的還原爐中的硅的實(shí)收率會(huì)降低。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述傳統(tǒng)方式中各配比進(jìn)料方式的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型希望提供一種可變配比進(jìn)料方式的多晶硅生產(chǎn)裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是加熱后的氫氣與過熱后的三氯氫硅分別控制其各自的流量，供給到與多個(gè)還原爐分別相連的各自的靜態(tài)混合器中混合以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中變配比的目的，且其中一個(gè)靜態(tài)混合器中混合氣配比可以控制為與其它靜態(tài)混合器中混合氣配比不同，因此其中一個(gè)靜態(tài)混合器中混合氣配比的改變不會(huì)對(duì)其他還原爐的生產(chǎn)造成影響。在本實(shí)用新型的第一方面，提供一種用于多晶硅生產(chǎn)還原爐的供料系統(tǒng)包括氫氣加熱器，其與氫氣供給源連接，用于接收來自氫氣供給源的氫氣并加熱氫氣；三氯氫硅汽化器，其與三氯氫硅液體供給源相連，用于將來自三氯氫硅液體供給源的三氯氫硅液體汽化為三氯氫硅氣體；至少第一和第二混合裝置，每個(gè)混合裝置都與氫氣加熱器和三氯氫硅汽化器流體連通地連接并分別從氫氣加熱器接收加熱的氫氣和從汽化器接收三氯氫硅氣體，其中第一混合裝置按照第一預(yù)定配比將接收的氫氣和三氯氫硅氣體混合為第一進(jìn)料混合氣，且第二混合裝置按照第二預(yù)定配比將接收的氫氣和三氯氫硅氣體混合為第二進(jìn)料混合氣；至少第一和第二還原爐，分別與至少第一和第二混合裝置流體連通地連接，以便第一混合裝置將第一進(jìn)料混合氣提供到第一還原爐，并且第二混合裝置將第二進(jìn)料混合氣提供到第二還原爐。 優(yōu)選地，所述第一預(yù)定配比不同于所述第二預(yù)定配比。優(yōu)選地，第一預(yù)定配比和第二預(yù)定配比各自都是可變化的。優(yōu)選地，第一預(yù)定配比和第二預(yù)定配比根據(jù)相應(yīng)的第一和第二還原爐的生產(chǎn)階段而變化。優(yōu)選地，所述供料系統(tǒng)還包括將氫氣加熱器分別流體連通地連接到至少第一和第二混合裝置的至少第一氫氣供給管路和第二氫氣供給管路，用于向各自混合裝置分別供給加熱后的氫氣；以及，將三氯氫硅汽化器分別流體連通地連接到至少第一和第二混合裝置的至少第一三氯氫硅供給管路和第二三氯氫硅供給管路，用于向各自混合裝置分別供給三氯氫硅氣體。優(yōu)選地，第一和第二氫氣供給管路各自設(shè)置有氫氣流量調(diào)節(jié)閥，以及第一和第二三氯氫硅供給管路上各自設(shè)置有三氯氫硅流量調(diào)節(jié)閥，相應(yīng)的氫氣流量調(diào)節(jié)閥和相應(yīng)的三氯氫硅流量調(diào)節(jié)閥被調(diào)節(jié)以便分別在第一混合裝置中產(chǎn)生具有第一預(yù)定配比的第一進(jìn)料混合氣和在第二混合裝置中產(chǎn)生具有第二預(yù)定配比的第二進(jìn)料混合氣。[0026]優(yōu)選地，所述供料系統(tǒng)還包括控制器，其配置為與各流量調(diào)節(jié)閥通信連接，并根據(jù)對(duì)應(yīng)于各自還原爐的預(yù)先確定的配比曲線來調(diào)節(jié)相應(yīng)的氫氣流量調(diào)節(jié)閥和三氯氫硅流量調(diào)節(jié)閥中的至少一個(gè)。優(yōu)選地，在各供給管路上分別設(shè)置流量計(jì)，用于計(jì)量通過相應(yīng)管路的氫氣和三氯氫硅氣體之一的流量；所述供料系統(tǒng)還包括與各流量計(jì)和各流量調(diào)節(jié)閥通信連接的控制器，所述控制器配置為根據(jù)第一預(yù)定配比控制第一氫氣供給管路上的氫氣流量調(diào)節(jié)閥和第一三氯氫硅供給管路上的三氯氫硅流量調(diào)節(jié)閥以便提供第一進(jìn)料混合氣，根據(jù)第二預(yù)定配比控制第二氫氣供給管路上的氫氣流量調(diào)節(jié)閥和第二三氯氫硅供給管路上的三氯氫硅流量調(diào)節(jié)閥以便提供第二進(jìn)料混合氣，并且根據(jù)來自各自管路上的各流量計(jì)的信號(hào)反饋控制相應(yīng)的流量調(diào)節(jié)閥。優(yōu)選地，第一預(yù)定配比和第二預(yù)定配比在6 :1至4 :1之間的范圍內(nèi)變化。優(yōu)選地，所述第一和第二混合裝置是靜態(tài)混合器。在本實(shí)用新型的第二方面，提供一種用于多晶硅生產(chǎn)還原爐的供料系統(tǒng)，包括多個(gè)還原爐；多個(gè)靜態(tài)混合器，其中每個(gè)靜態(tài)混合器的出口流體連通地連接到多個(gè)還原爐中相應(yīng)一個(gè)的進(jìn)料口；氫氣加熱器，通過第一組供給管路連接到多個(gè)靜態(tài)混合器中的每一個(gè)的第一入口，并將氫氣分別供給到每個(gè)靜態(tài)混合器，其中所述第一組供給管路包括多個(gè)第一供給通道，每個(gè)第一供給通道將氫氣加熱器流體連通地連接到相應(yīng)的一個(gè)靜態(tài)混合器的第一入 Π ；三氯氫硅汽化器，通過第二組供給管路連接到多個(gè)靜態(tài)混合器中的每一個(gè)的第二入口，并將汽化后的三氯氫硅氣體分別供給到每個(gè)靜態(tài)混合器，其中所述第二組供給管路包括多個(gè)第二供給通道，每個(gè)第二供給通道將三氯氫硅汽化器連通地連接到相應(yīng)的一個(gè)靜態(tài)混合器的第二入口；其中各靜態(tài)混合器能夠以不同的氫氣和三氯氫硅的配比將氫氣和三氯氫硅氣體混合并將其供給到各相應(yīng)的還原爐中。優(yōu)選地，對(duì)于每個(gè)靜態(tài)混合器，所述配比是可變化的。優(yōu)選地，多個(gè)第一供給通道中的每一個(gè)和多個(gè)第二供給通道中的每一個(gè)上都設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥，用于控制流過其相應(yīng)供給通道的氣體流量，以便在各相應(yīng)的靜態(tài)混合器中按照不同的配比產(chǎn)生氫氣和三氯氫硅混合氣。優(yōu)選地，所述供料系統(tǒng)還包括控制器，其配置為與各流量調(diào)節(jié)閥通信連接，并根據(jù)對(duì)應(yīng)于各自還原爐的預(yù)先確定的配比曲線來調(diào)節(jié)相應(yīng)的第一供給通道和相應(yīng)的第二供給通道中的流量調(diào)節(jié)閥。本實(shí)用新型應(yīng)用的更多領(lǐng)域?qū)⑼ㄟ^下文所給出的詳細(xì)描述變得更加顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解，具體描述和特定例子僅用作解釋和理解目的，但是不應(yīng)該被用來限制本實(shí)用新型的范圍。

通過下面的詳細(xì)描述和附圖將更完全地理解本實(shí)用新型，其中[0041]圖1示意地示出了傳統(tǒng)多晶硅生產(chǎn)的供料系統(tǒng)及其他設(shè)備。圖2是根據(jù)本實(shí)用新型原理的用于多晶硅生產(chǎn)還原爐的供料系統(tǒng)的示意性方框圖。圖3是根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的用于多晶硅生產(chǎn)還原爐的供料系統(tǒng)的示意性方框圖。圖4為根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例在多晶硅生產(chǎn)過程中其中一個(gè)示例還原爐中的三氯氫硅和氫氣進(jìn)料流量的曲線圖。圖5為根據(jù)本實(shí)用新型的圖4所示示例的還原爐中反應(yīng)混合物配比的變化的曲線。
具體實(shí)施方式
多晶硅生長實(shí)際上是一個(gè)晶體生長過程，從結(jié)晶學(xué)可知，晶體生長分為成核階段和成晶階段。即先形成穩(wěn)定的晶核，并在適當(dāng)條件下，進(jìn)一步成長成晶體。在單位時(shí)間內(nèi)， 單位體積中所形成的核的數(shù)目稱為成核速度，它決定于介質(zhì)的過飽和度，過飽和度越大，成核速度就越大。提高還原爐內(nèi)壓力、多晶硅棒溫度均有利于硅的沉積速率，但也使得多晶硅成晶速度過快，最終形成玉米棒；為了抑制成晶速度而不降低硅的沉積速率，則需要提高成核速度以抑制成晶速度。通過上一段的描述可知，這可以通過提高混合氣中三氯氫硅的過飽和度來解決，即提高三氯氫硅配比濃度，也就是降低反應(yīng)混合物配比。在多晶硅生產(chǎn)過程中，三氯氫硅與氫氣的混合氣按一定配比通入還原爐，在硅棒表面發(fā)生反應(yīng)，部分三氯氫硅轉(zhuǎn)化為硅和四氯化硅，導(dǎo)致混合氣中三氯氫硅的過飽和度變低，成核速度下降；且硅棒直徑越大，硅棒表面積越大，則單位時(shí)間過飽和度降低的越多； 為了防止成晶速度過快，則需隨著多晶硅棒直徑不斷的變粗，提高混合氣的過飽和度。其中方法有兩種一種是增大混合氣量，但該方法會(huì)增加尾氣處理系統(tǒng)的負(fù)荷；另一種是不斷降低配比，此方法對(duì)尾氣處理系統(tǒng)的負(fù)荷影響極小。根據(jù)本實(shí)用新型，對(duì)于氫氣和三氯氫硅的混合設(shè)置了多個(gè)混合器，例如靜態(tài)混合器。每個(gè)混合器通過管路與氫氣加熱器和三氯氫硅汽化器相連以便從其中分別接收供給的氫氣和三氯氫硅，并根據(jù)需要在各混合器中產(chǎn)生不同的所需配比的氫氣和三氯氫硅的混合氣。之后，每個(gè)混合器將具有不同的所需配比的混合氣通過各自管路分別輸送到多個(gè)還原爐中相應(yīng)的一個(gè)，以實(shí)現(xiàn)在不同還原爐中多晶硅生產(chǎn)的最優(yōu)化。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，混合器的數(shù)目可以與還原爐的數(shù)目相同。相比現(xiàn)有技術(shù)中只通過單獨(dú)一個(gè)鼓泡汽化器向所有的還原爐提供相同混合氣配比的情形，本實(shí)用新型通過提供多個(gè)混合器，每個(gè)混合器可以獨(dú)立地提供不同的預(yù)定配比， 能夠?qū)崿F(xiàn)更加優(yōu)化的進(jìn)料配比方式。這樣通過獨(dú)立地調(diào)節(jié)和改變各還原爐中的反應(yīng)混合物配比，本實(shí)用新型使得各還原爐中的多晶硅生產(chǎn)效率最大化，且多晶硅產(chǎn)品結(jié)晶的質(zhì)量最佳。圖2示出了本實(shí)用新型供料系統(tǒng)的原理和基本構(gòu)造的示意圖。在一個(gè)實(shí)施例中， 為了簡要起見，僅示出了兩個(gè)靜態(tài)混合器A和B，以及兩個(gè)還原爐10和20。但是應(yīng)當(dāng)理解， 本實(shí)用新型可以包括兩個(gè)以上的靜態(tài)混合器和兩個(gè)以上的還原爐。[0052]根據(jù)本實(shí)用新型的供料系統(tǒng)包括氫氣加熱器1、三氯氫硅汽化器2，至少兩個(gè)靜態(tài)混合器A和B以及至少兩個(gè)還原爐10和20。氫氣加熱器1與氫氣供給源相連，且三氯氫硅汽化器2與液態(tài)三氯氫硅供給源相連。氫氣加熱器1的出口通過分別的供給管路分別流體連通地連接到靜態(tài)混合器A和B，且汽化器2的出口也通過分別的供給管路分別流體連通地連接到靜態(tài)混合器A和B。第一靜態(tài)混合器A流體連通地連接到第一還原爐10，且第二靜態(tài)混合器B流體連通地連接到第二還原爐20。經(jīng)過凈化的氫氣輸送到氫氣加熱器1中被加熱。高純?nèi)葰涔枰后w輸送到三氯氫硅汽化器2被汽化成三氯氫硅氣體。之后，被加熱的氫氣可通過分別的氫氣供給管路Al、 Bl被分別輸送到第一靜態(tài)混合器A和第二靜態(tài)混合器B中，同時(shí)，汽化后的三氯氫硅氣體可通過不同的三氯氫硅供給管路A2、B2被分別輸送到第一靜態(tài)混合器A和第二靜態(tài)混合器B 中。氫氣和三氯氫硅氣體向各自靜態(tài)混合器A和B的輸送量均可以獨(dú)立地控制，使得在各自混合器A和B中可以生成不同所需配比的混合氣。此后，將各自混合器A和B中具有各自的所需配比的反應(yīng)混合氣分別供給到對(duì)應(yīng)的還原爐10和20中，進(jìn)行多晶硅生成的反應(yīng)。 從各還原爐排出的尾氣可以進(jìn)入尾氣回收系統(tǒng)90進(jìn)行處理。與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的混合氣供料系統(tǒng)具有以下好處和優(yōu)點(diǎn)。圖1中，三氯氫硅和氫氣只在鼓泡汽化器92中混合，然后混合的三氯氫硅和氫氣混合氣進(jìn)入多個(gè)還原爐。如果改變圖1的鼓泡汽化器92中的混合氣配比，將影響其所供所有的還原爐中混合氣配比變化。然而，不同的還原爐可能處于在多晶硅的不同的生長階段，為了提高硅的實(shí)收率并保證產(chǎn)品的結(jié)晶質(zhì)量較好，所需配比傾向于是不同的。因此，圖1所示的供料系統(tǒng)對(duì)單個(gè)還原爐來講不能單獨(dú)地隨時(shí)進(jìn)行變配比。與之對(duì)照，圖2所示的本實(shí)用新型的供料系統(tǒng)設(shè)置有多個(gè)獨(dú)立的混合器，以便三氯氫硅和吐在進(jìn)入每個(gè)還原爐之前在相應(yīng)的單獨(dú)的混合器中進(jìn)行混合，因此可以獨(dú)立地、互不影響地調(diào)節(jié)控制每個(gè)還原爐的混合氣配比，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)(1)各自還原爐配比的獨(dú)立控制；以及(2)對(duì)于每個(gè)還原爐，其混合氣配比可以隨著硅的生產(chǎn)階段是可變的?？梢?，本實(shí)用新型的供料系統(tǒng)在混合氣配比調(diào)節(jié)上具有很大的靈活性。圖3示出了本實(shí)用新型供料裝置的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。除了與圖2所示相同的部件之外，圖3還在各自供給管路A1、B1、A2、B2上設(shè)置一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥3，該調(diào)節(jié)閥3用于調(diào)節(jié)通過各相應(yīng)供給管路中的氫氣或三氯氫硅氣體的量。加熱后的氫氣與三氯氫硅氣體在各自流量調(diào)節(jié)閥控制下，按預(yù)定的所需配比進(jìn)入各自靜態(tài)混合器進(jìn)行混合，然后被混合的混合氣進(jìn)入各自還原爐。例如，氫氣管路Al中的調(diào)節(jié)閥3和氫氣管路Bl中的調(diào)節(jié)閥3能夠分別地獨(dú)立控制通過管路Al和Bl的氫氣流量。圖3中僅示出了氫氣管路Al和Bl上的調(diào)節(jié)閥3、3，而未示出設(shè)置在三氯氫硅供給管路A2和B2上的調(diào)節(jié)閥。但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，三氯氫硅供給管路A2和B2上同樣設(shè)置有各自的流量調(diào)節(jié)閥，其布置和功能與上述氫氣管路上的流量調(diào)節(jié)閥相似?？刂茪錃夤┙o管路Al和三氯氫硅供給管路A2上的各自調(diào)節(jié)閥3，使得在第一靜態(tài)混合器A中產(chǎn)生具有第一預(yù)定配比的混合氣。相似地，控制氫氣供給管路Bl和三氯氫硅供給管路B2上的各自調(diào)節(jié)閥3，使得在第二靜態(tài)混合器B中產(chǎn)生具有第二預(yù)定配比的混合氣。第一預(yù)定配比可以與第二預(yù)定配比不同，并可以隨著對(duì)應(yīng)還原爐中的生產(chǎn)進(jìn)程分別被改變。[0057]此外，該供料裝置還可以包括控制器5，與流量調(diào)節(jié)閥3通信連通?？刂破?根據(jù)預(yù)先儲(chǔ)存的對(duì)應(yīng)于每個(gè)還原爐的所需配比或者氫氣和三氯氫硅的流量，分別控制各氫氣和三氯氫硅管路中的流量調(diào)節(jié)閥3，調(diào)節(jié)流到各混合器A、B中的氫氣量和三氯氫硅的量，從而在各混合器中實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的預(yù)定配比的混合氣、并將其分別供給至各自的還原爐10、20。圖3 中的控制器5雖然被分開地示出，但控制器5可以是一個(gè)單獨(dú)的控制器模塊。優(yōu)選地，該供料裝置還可以包括設(shè)置在各供給管路A1、A2、B1、B2上的流量計(jì)4，用于測量通過各自管路中的流體流量。各流量計(jì)4與控制器5通信連接，以便將各管路中測得的氫氣或三氯氫硅氣體的流量信號(hào)傳送到控制器5，用于對(duì)流量調(diào)節(jié)閥3進(jìn)行反饋控制。 來自氫氣流量計(jì)4 (例如管路Al上)的信號(hào)除以來自相對(duì)應(yīng)的三氯氫硅流量計(jì)4 (例如管路 A2上)的信號(hào)計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的混合器(例如混合器A)中的實(shí)際配比值。對(duì)于每個(gè)混合器， 控制器5將該計(jì)算出的實(shí)際配比值與預(yù)先儲(chǔ)存的期望配比值比較，然后根據(jù)該比較的結(jié)果 (差值)調(diào)整相應(yīng)管路上的流量調(diào)節(jié)閥3的開度，使得達(dá)到期望配比值。圖4和圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型對(duì)于其中一個(gè)示例還原爐的混合氣進(jìn)料的示例，說明了根據(jù)本實(shí)用新型對(duì)于每個(gè)還原爐進(jìn)行可變混合氣配比的進(jìn)料。在該示例中，還原爐中設(shè)置有18對(duì)棒狀硅芯，硅芯長度為2米。如圖所示，在多晶硅生產(chǎn)過程中，隨著時(shí)間推移，輸入還原爐中的氫氣量和三氯氫硅量是變化的，并且其配比也是可變的。圖4中示出了根據(jù)本實(shí)用新型的變化配比情況，點(diǎn)劃線表示變化配比情況下的三氯氫硅的進(jìn)料量，且實(shí)線表示變化配比情況下的氫氣進(jìn)料量。由圖4可知，氫氣進(jìn)料量和三氯氫硅進(jìn)料量在生產(chǎn)過程中分別逐漸增大，在生產(chǎn)后期達(dá)到各自的最大值。這是因?yàn)殡S著硅棒直徑增大，硅棒表面積越來越大，則反應(yīng)物三氯氫硅和氫氣的需要量變大。傳統(tǒng)工藝固定配比情況下，即三氯氫硅和氫氣之間的比例恒定時(shí)，如圖4的虛線示出了固定配比時(shí)的氫氣進(jìn)料量(假設(shè)三氯氫硅進(jìn)料量依然保持圖4的點(diǎn)劃線所示的量)。與傳統(tǒng)工藝相比，根據(jù)本實(shí)用新型的多晶硅生產(chǎn)過程中逐漸提高三氯氫硅配比濃度(即混合物配比逐漸減小)，可以優(yōu)化多晶硅生產(chǎn)工藝，如上所述。圖5示出了對(duì)應(yīng)于圖4的氫氣與三氯氫硅的混合氣配比的變化曲線。在該示例中， 混合氣配比的范圍從約6:1變化(降低)到約4:1。根據(jù)需要，混合氣配比的范圍也可以改變，例如選擇配比范圍為從約6:1變化到約3. 5:1。在多晶硅生產(chǎn)時(shí)期內(nèi)降低配比的主要目的是抑制多晶硅成晶速度，而多晶硅棒的溫度和還原爐內(nèi)的壓力對(duì)多晶硅的成晶速度有加成(提高成晶速度)，且溫度和壓力又有利于三氯氫硅反應(yīng)生成多晶硅。綜上所述，如果硅棒溫度和爐內(nèi)壓力較高，提高了成晶速度， 則需在其他條件同等的前提下，降低配比；如果硅棒溫度和爐內(nèi)壓力較低，相對(duì)降低了成晶速度，則可在其他條件同等的前提下，適當(dāng)降低配比。如上描述了本實(shí)用新型的用于多晶硅生產(chǎn)還原爐的供料系統(tǒng)的一些實(shí)施例?？梢钥闯?，本實(shí)用新型的供料系統(tǒng)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如上文所述的多種優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的有益效果是降低了多晶硅棒停爐階段的倒棒率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低多晶硅單電耗約 30^50kwh/kg-si,降低多晶硅綜合電耗約5(T60kwh/kg-Si，降低尾氣回收負(fù)荷進(jìn)而提高多晶硅產(chǎn)量約14%，并提高了還原與尾氣回收兩個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性、安全性及穩(wěn)定性。盡管為了便于更好地理解本實(shí)用新型，已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不背離本實(shí)用新型的原理的情況下，本實(shí)用新型能夠以多種不同方式實(shí)施。因此，本實(shí)用新型應(yīng)當(dāng)被理解為包括所有可能的在不背離如所附權(quán)利要求限定的本實(shí)用新型的范圍的情況下實(shí)施的實(shí)施例和變形。
權(quán)利要求1.一種用于多晶硅生產(chǎn)還原爐的供料系統(tǒng)，包括氫氣加熱器，其與氫氣供給源連接，用于接收來自氫氣供給源的氫氣并加熱氫氣；三氯氫硅汽化器，其與三氯氫硅液體供給源相連，用于將來自三氯氫硅液體供給源的三氯氫硅液體汽化為三氯氫硅氣體；至少第一和第二混合裝置，每個(gè)混合裝置都與氫氣加熱器和三氯氫硅汽化器流體連通地連接并分別從氫氣加熱器接收加熱的氫氣和從汽化器接收三氯氫硅氣體，其中第一混合裝置按照第一預(yù)定配比將接收的氫氣和三氯氫硅氣體混合為第一進(jìn)料混合氣，且第二混合裝置按照第二預(yù)定配比將接收的氫氣和三氯氫硅氣體混合為第二進(jìn)料混合氣；至少第一和第二還原爐，分別與至少第一和第二混合裝置流體連通地連接，以便第一混合裝置將第一進(jìn)料混合氣提供到第一還原爐，并且第二混合裝置將第二進(jìn)料混合氣提供到第二還原爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，所述第一預(yù)定配比不同于所述第二預(yù)定配比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，第一預(yù)定配比和第二預(yù)定配比各自都是可變化的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，第一預(yù)定配比和第二預(yù)定配比根據(jù)相應(yīng)的第一和第二還原爐的生產(chǎn)階段而變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，所述供料系統(tǒng)還包括將氫氣加熱器分別流體連通地連接到至少第一和第二混合裝置的至少第一氫氣供給管路和第二氫氣供給管路，用于向各自混合裝置分別供給加熱后的氫氣；以及，將三氯氫硅汽化器分別流體連通地連接到至少第一和第二混合裝置的至少第一三氯氫硅供給管路和第二三氯氫硅供給管路，用于向各自混合裝置分別供給三氯氫硅氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，第一和第二氫氣供給管路各自設(shè)置有氫氣流量調(diào)節(jié)閥，以及第一和第二三氯氫硅供給管路上各自設(shè)置有三氯氫硅流量調(diào)節(jié)閥，相應(yīng)的氫氣流量調(diào)節(jié)閥和相應(yīng)的三氯氫硅流量調(diào)節(jié)閥被調(diào)節(jié)以便分別在第一混合裝置中產(chǎn)生具有第一預(yù)定配比的第一進(jìn)料混合氣和在第二混合裝置中產(chǎn)生具有第二預(yù)定配比的第二進(jìn)料混合氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，所述供料系統(tǒng)還包括控制器，其配置為與各流量調(diào)節(jié)閥通信連接，并根據(jù)對(duì)應(yīng)于各自還原爐的預(yù)先確定的配比曲線來調(diào)節(jié)相應(yīng)的氫氣流量調(diào)節(jié)閥和三氯氫硅流量調(diào)節(jié)閥中的至少一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，在各供給管路上分別設(shè)置流量計(jì)， 用于計(jì)量通過相應(yīng)管路的氫氣和三氯氫硅氣體之一的流量；所述供料系統(tǒng)還包括與各流量計(jì)和各流量調(diào)節(jié)閥通信連接的控制器，所述控制器配置為根據(jù)第一預(yù)定配比控制第一氫氣供給管路上的氫氣流量調(diào)節(jié)閥和第一三氯氫硅供給管路上的三氯氫硅流量調(diào)節(jié)閥以便提供第一進(jìn)料混合氣，根據(jù)第二預(yù)定配比控制第二氫氣供給管路上的氫氣流量調(diào)節(jié)閥和第二三氯氫硅供給管路上的三氯氫硅流量調(diào)節(jié)閥以便提供第二進(jìn)料混合氣，并且根據(jù)來自各自管路上的各流量計(jì)的信號(hào)反饋控制相應(yīng)的流量調(diào)節(jié)閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1一 8中任意一項(xiàng)所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，第一預(yù)定配比和第二預(yù)定配比在6 :1至4 :1之間的范圍內(nèi)變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1一 8中任意一項(xiàng)所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二混合裝置是靜態(tài)混合器。
11.一種用于多晶硅生產(chǎn)還原爐的供料系統(tǒng)，包括多個(gè)還原爐；多個(gè)靜態(tài)混合器，其中每個(gè)靜態(tài)混合器的出口流體連通地連接到多個(gè)還原爐中相應(yīng)一個(gè)的進(jìn)料口；氫氣加熱器，通過第一組供給管路連接到多個(gè)靜態(tài)混合器中的每一個(gè)的第一入口，并將氫氣分別供給到每個(gè)靜態(tài)混合器，其中所述第一組供給管路包括多個(gè)第一供給通道，每個(gè)第一供給通道將氫氣加熱器流體連通地連接到相應(yīng)的一個(gè)靜態(tài)混合器的第一入口；三氯氫硅汽化器，通過第二組供給管路連接到多個(gè)靜態(tài)混合器中的每一個(gè)的第二入口，并將汽化后的三氯氫硅氣體分別供給到每個(gè)靜態(tài)混合器，其中所述第二組供給管路包括多個(gè)第二供給通道，每個(gè)第二供給通道將三氯氫硅汽化器連通地連接到相應(yīng)的一個(gè)靜態(tài)混合器的第二入口；其中各靜態(tài)混合器能夠以不同的氫氣和三氯氫硅的配比將氫氣和三氯氫硅氣體混合并將其供給到各相應(yīng)的還原爐中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)于每個(gè)靜態(tài)混合器，所述配比是可變化的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)第一供給通道中的每一個(gè)和多個(gè)第二供給通道中的每一個(gè)上都設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥，用于控制流過其相應(yīng)供給通道的氣體流量，以便在各相應(yīng)的靜態(tài)混合器中按照不同的配比產(chǎn)生氫氣和三氯氫硅混合氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的供料系統(tǒng)，其特征在于，所述供料系統(tǒng)還包括控制器，其配置為與各流量調(diào)節(jié)閥通信連接，并根據(jù)對(duì)應(yīng)于各自還原爐的預(yù)先確定的配比曲線來調(diào)節(jié)相應(yīng)的第一供給通道和相應(yīng)的第二供給通道中的流量調(diào)節(jié)閥。
專利摘要本實(shí)用新型涉及用于多晶硅生產(chǎn)還原爐的供料系統(tǒng)，包括氫氣加熱器，用于加熱氫氣；三氯氫硅汽化器，用于將三氯氫硅液體汽化為三氯氫硅氣體；至少第一和第二混合裝置，每個(gè)混合裝置都與氫氣加熱器和三氯氫硅汽化器相連接并分別接收加熱的氫氣和三氯氫硅氣體，其中第一混合裝置按照第一預(yù)定配比將接收的氫氣和三氯氫硅氣體混合為第一進(jìn)料混合氣，且第二混合裝置按照第二預(yù)定配比將接收的氫氣和三氯氫硅氣體混合為第二進(jìn)料混合氣；至少第一和第二還原爐，分別與至少第一和第二混合裝置流體連通地連接，以便第一混合裝置將第一進(jìn)料混合氣提供到第一還原爐，并且第二混合裝置將第二進(jìn)料混合氣提供到第二還原爐。
文檔編號(hào)C01B33/035GK202226672SQ20112029111
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者劉占卿, 陳琳, 齊林喜 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古盾安光伏科技有限公司