專利名稱：72對棒多晶硅還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多晶硅技術(shù)領(lǐng)域，確切地說它是一種生產(chǎn)多晶硅的還原爐。
背景技術(shù)：
多晶硅具有半導(dǎo)體性質(zhì)，是極為重要的優(yōu)良半導(dǎo)體材料，是電子工業(yè)中廣泛用于制造半導(dǎo)體收音機(jī)、錄音機(jī)、電冰箱、彩電、錄像機(jī)、電子計(jì)算機(jī)等的基礎(chǔ)材料。是生產(chǎn)太陽能電池的主要原料。多晶硅也可生產(chǎn)出不同型號的太陽能電池組，把太陽能轉(zhuǎn)化為電能。該產(chǎn)品廣泛用于航天、航空以及城市建設(shè)、交通、通訊等領(lǐng)域。多晶硅的最終用途主要是生產(chǎn)集成電路、分立器件和太陽能電池片。目前，占主流的太陽能電池是硅太陽能電池，太陽能電池中88%是片狀硅太陽能電池，而這些片狀硅太陽能電池，無論單晶硅太陽能電池還是多晶硅太陽能電池，最初原料都是多晶娃，多晶硅產(chǎn)業(yè)與下游的電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)度非常高，因此，下游的電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展是拉動多晶硅材料產(chǎn)量大幅增長的主力軍。太陽能作為可再生能源中重要的一種既豐富又無污染的新能源，是各國重點(diǎn)支持領(lǐng)域。前幾年，各國紛紛出臺政策，加大對發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)支持力度，使光伏產(chǎn)業(yè)在世界各種能源增長速率中名列第一。我國多晶硅的生產(chǎn)開始于60年代，但規(guī)模很小，每年產(chǎn)量只有幾噸，品質(zhì)又低，特別是電子級的多晶硅完全依賴進(jìn)口。2005年起，我國多晶硅產(chǎn)能迅速擴(kuò)大，目前已上升至世界第一位。多晶硅生產(chǎn)的主要成本是電耗。國家工信部、發(fā)改委和環(huán)保部于2010年聯(lián)合發(fā)文(工聯(lián)電子2010137號)，對多晶硅項(xiàng)目的市場準(zhǔn)入條件確定了兩個(gè)硬性指標(biāo)，一是多晶硅項(xiàng)目的生產(chǎn)規(guī)模不得小于3000T/年，另一個(gè)指標(biāo)是耗電不得超過60kwh/kg-Si0還原爐越大越節(jié)能，國內(nèi)目前投 入使用的最大的還原爐是36對棒，36對棒還原爐的能耗在60kwh/kg.Si左右,而72對棒還原爐的能耗預(yù)計(jì)在40kwh/kg.Si G以下,每公斤可節(jié)電20kwh。按照中型規(guī)模年產(chǎn)10000噸多晶硅廠計(jì)算，采用72對棒還原爐，每年可節(jié)能1.6億元左右。目前國際多晶硅市場競爭十分激烈，而國內(nèi)多晶硅企業(yè)的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于美、韓等先進(jìn)國家，因此國內(nèi)多晶硅企業(yè)大多處于停產(chǎn)或倒閉狀態(tài)。在此種情況下，各企業(yè)要么選擇停產(chǎn)或轉(zhuǎn)向，要么就需進(jìn)行技術(shù)改造以降低成本，而選擇大型還原爐以降低成本則是必須的手段之一。因此，72對棒還原爐一旦投產(chǎn)成功，必將有著廣闊的市場，并且可為國家節(jié)約大量能源。
發(fā)明內(nèi)容多晶娃生產(chǎn)的工作原理是利用三氯氫娃氣體+氫氣在高溫(1050-100CTC )和一定的壓力下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和氣體分解，生成單質(zhì)硅，其反應(yīng)式如下:(l)SiHCl3+H2=Si+3HCl 丨(2) 2SiHCl3=Si+2HCl 丨 +SiCl4具體工作過程是:三氯氫硅氣體+氫氣的混合氣體通過總進(jìn)氣口再經(jīng)過38個(gè)進(jìn)氣口源源不斷地不斷進(jìn)入還原爐內(nèi)，然后通過電極將硅芯加熱到1050-1000°C，反應(yīng)后生成的多晶硅便不斷地沉積在硅芯上，使硅芯不斷長大變成硅棒，同時(shí)新生成的氣體和未反應(yīng)的氣體(統(tǒng)稱為尾氣)連續(xù)不斷地從出氣口排出。當(dāng)硅棒尺寸達(dá)到預(yù)期目標(biāo)后，便可開爐將硅棒取出，一個(gè)生產(chǎn)周期即告結(jié)束。本實(shí)用新型的目的是提供一種大型多晶硅還原爐，它具有較好的節(jié)能效果。技術(shù)方案如下:72對棒多晶硅還原爐，它包括夾套冷卻水進(jìn)口、夾套冷卻水出口、觀察孔、鐘罩、硅棒、出氣口防護(hù)罩(6)、底盤(7)、電極(8)、進(jìn)氣口(9)、外圈出氣口(10)、中心出氣口
(11)、出氣孔冷卻水進(jìn)口(12)、出氣孔冷卻水出口(13)、總出氣口(14)、總進(jìn)氣口(15)、底盤冷卻水出口和底盤冷卻水進(jìn)口，其特征在于:硅棒或電極共有72對144個(gè)，硅棒在底盤上按圓環(huán)形布置，共計(jì)6個(gè)分布圓，鐘罩上設(shè)置觀察孔，底盤上設(shè)38個(gè)進(jìn)氣孔，按圓形分布，共計(jì)5個(gè)分布圓，底盤上設(shè)6個(gè)出氣口，其中最外圈5個(gè)均布，中心I個(gè)，底盤出氣孔上設(shè)防護(hù)罩。6個(gè)出氣孔均采用套管水冷卻方式。觀察孔的設(shè)置位置應(yīng)當(dāng)能保證觀測到爐內(nèi)的每個(gè)加熱區(qū)域，觀察孔的數(shù)量和加熱區(qū)域數(shù)量相同。出氣口材料采用耐蝕合金。出氣口材料采用耐蝕合金。因?yàn)檫€原爐內(nèi)的工作溫度很高，所以在鐘罩和底盤上均設(shè)有冷卻水進(jìn)出口對還原爐進(jìn)行冷卻；144個(gè)電極的排布方式要盡量保證還原爐內(nèi)各部位溫度均勻；38個(gè)進(jìn)氣孔的排布方式要盡量保證還原爐內(nèi)各部位的氣體均勻分布；觀察孔的設(shè)置是為了檢測和控制爐內(nèi)各部位溫度，同時(shí)隨時(shí)觀察硅棒的生長情況，并且觀察孔的設(shè)置能觀測到每個(gè)加熱區(qū)域。當(dāng)爐內(nèi)某個(gè)部位溫度差異較大時(shí)，通過調(diào)節(jié)該部位電極的加熱功率對溫度進(jìn)行調(diào)整；出氣口設(shè)置防護(hù)罩是為了防止倒棒時(shí)多晶硅堵塞出氣口 ；因?yàn)檫€原爐較大，出氣口處的出氣量大，溫度高，所以在所有出氣管路上加冷卻套管進(jìn)行水冷卻。因高溫下普通材料耐腐蝕性差，所以將出氣口的材料由傳統(tǒng)材料改為耐蝕合金。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是電耗彡40kwh/kg.Si,電耗指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，有利于國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)廠降低成本、提高效益，增強(qiáng)在國際市場的競爭力。
附圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡圖。附圖2是底盤冷卻水進(jìn)出口示意圖。附圖3是底盤電極孔、進(jìn)氣孔、出氣孔的排布方式。附圖4是多晶娃生廣反應(yīng)原理圖。圖中I是鐘罩夾套冷卻水進(jìn)口、2是鐘罩夾套冷卻水出口、3是6個(gè)觀察孔、4是鐘罩、5是144個(gè)多晶硅棒、6是出氣口防護(hù)罩、7是底盤、8是144個(gè)電極、9是38個(gè)進(jìn)氣孔、10是5個(gè)外圈出氣口、11是中心出氣口、12是出氣孔冷卻水進(jìn)口、13是出氣孔冷卻水出口、14是總出氣口、15是總進(jìn)氣口、16底盤是冷卻水進(jìn)口、17是底盤冷卻水出口、18是144個(gè)電極孔、19是橫梁、20是娃芯、21是夾持器。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型是在已經(jīng)比較成熟的24對棒多晶硅還原爐和36對棒多晶硅還原爐的基礎(chǔ)上改進(jìn)，整個(gè)結(jié)構(gòu)基本沒有變化，關(guān)鍵是硅棒的排列方式和數(shù)量、進(jìn)氣口的排布方式和數(shù)量、出氣口的排布方式和數(shù)量、觀察孔的數(shù)量、和安放位置、出氣口防護(hù)罩的設(shè)置、出氣口的冷卻方式以及出氣口新材料的選擇。整個(gè)硅棒的排列方式和數(shù)量以及其他結(jié)構(gòu)的變化，降低了多晶硅的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)過程的能耗。整個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)如附圖1、附圖2所示，主要由鐘罩、鐘罩夾套冷卻水進(jìn)口、鐘罩夾套冷卻水出口、觀察孔、多晶硅棒、出氣口防護(hù)罩、底盤、電極、38個(gè)進(jìn)氣孔、5個(gè)外圈出氣口、I個(gè)中心出氣口、出氣孔冷卻水進(jìn)口、出氣孔冷卻水出口、底盤冷卻水出口、底盤冷卻水進(jìn)口、總進(jìn)氣口、總出氣口等組成。
權(quán)利要求1.72對棒多晶硅還原爐，它包括夾套冷卻水進(jìn)口(I)、夾套冷卻水出口(2)、觀察孔(3)、鐘罩(4)、硅棒(5)、出氣口防護(hù)罩(6)、底盤(7)、電極(8)、進(jìn)氣口(9)、外圈出氣口(10)、中心出氣口(11)、出氣孔冷卻水進(jìn)口(12)、出氣孔冷卻水出口(13)、總出氣口(14)、總進(jìn)氣口( 15)、底盤冷卻水出口和底盤冷卻水進(jìn)口，其特征在于:硅棒或電極共有72對144個(gè)，硅棒在底盤上按圓環(huán)形布置，共計(jì)6個(gè)分布圓，鐘罩上設(shè)置觀察孔，底盤上設(shè)38個(gè)進(jìn)氣孔，按圓形分布，共計(jì)5個(gè)分布圓，底盤上設(shè)6個(gè)出氣口，其中最外圈5個(gè)均布，中心I個(gè)，底盤出氣孔上設(shè)防護(hù)罩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的72對棒多晶硅還原爐，其特征在于:6個(gè)出氣孔均采用套管水冷卻方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的72對棒多晶硅還原爐，其特征在于:觀察孔的設(shè)置位置應(yīng)當(dāng)能保證觀測到爐內(nèi)的每個(gè)加熱區(qū)域，觀察孔的數(shù)量和加熱區(qū)域數(shù)量相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的72對棒多晶硅還原爐，其特征在于:出氣口材料采用耐蝕合金。
專利摘要本實(shí)用新型是一種大型多晶硅還原爐，它具有很好的節(jié)能效果。它包鐘罩、鐘罩夾套冷卻水進(jìn)口、鐘罩夾套冷卻水出口、觀察孔、多晶硅棒、出氣口防護(hù)罩、底盤、電極、38個(gè)進(jìn)氣口、5個(gè)外圈出氣口、1個(gè)中心出氣口、出氣孔冷卻水進(jìn)口、出氣孔冷卻水出口、底盤冷卻水出口、底盤冷卻水進(jìn)口、總進(jìn)氣口、總出氣口等組成。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是電耗≤40kwh/kg·Si，電耗指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，有利于國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)廠降低成本、提高效益，增強(qiáng)在國際市場的競爭力。
文檔編號C01B33/035GK203006955SQ20122071868
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者王文仲, 袁紹華, 吳燕, 王堯, 薛海東, 趙世超 申請人:開原化工機(jī)械制造有限公司