專利名稱：適用于低壓常規(guī)電源加熱啟動(dòng)的多晶硅氫還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多晶硅生產(chǎn)設(shè)備，主要涉及適用于低壓常規(guī) 電源加熱啟動(dòng)的多晶硅氫還原爐。
技術(shù)背景多晶硅氫還原爐是多晶硅生產(chǎn)的專用設(shè)備，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求很 高，同時(shí)多晶硅氫還原爐又是一個(gè)高耗能的設(shè)備。因此，還原爐的結(jié) 構(gòu)好壞，以及是否節(jié)能，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和生產(chǎn)成本。而現(xiàn)有技術(shù)中，還原爐生產(chǎn)多晶硅都是采用硅芯棒作為發(fā)熱體，并使產(chǎn)品沉積在高溫的純硅芯棒上，初始的硅芯棒直徑為8— 10mm ，而純硅在常溫下導(dǎo)電性能很差，電阻率很大， 一般為數(shù)十 到數(shù)百Q(mào)-cm，只有當(dāng)其本身溫度達(dá)到60CTC以上時(shí)，其電阻率會(huì)下 降到0.1Q-cm左右，此時(shí)常規(guī)電源才能對(duì)其加熱，因此使用一般的 常規(guī)電壓不能在純硅芯棒載體進(jìn)行初始啟動(dòng)發(fā)熱，為解決上述技術(shù)問 題，現(xiàn)有技術(shù)中主要有兩種方案， 一是為克服硅芯棒的冷電阻，對(duì)純 硅芯棒加上高電壓使電流強(qiáng)行通過硅芯棒，使其加熱，隨著溫度升高， 電阻率逐漸下降，達(dá)到一定溫度后再轉(zhuǎn)入中、低電源，即高壓啟動(dòng)。 此種方式比較直接，但其缺點(diǎn)是設(shè)備比較復(fù)雜，加熱啟動(dòng)程序也比較 復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升，二是采用外來加溫體對(duì)硅芯棒進(jìn)行烘烤， 如在氫還原爐中另外設(shè)置碳棒或鉬條，也有采用等離子電弧加熱的方 式，而這樣的方式都需要另外增加大量設(shè)備和裝置，其加熱啟動(dòng)程序也比較復(fù)雜。在中國專利公報(bào)中，公開號(hào)為CN2708213Y的專利公開了一種 12對(duì)硅芯棒的氫還原爐，該專利中并沒有解決避免高電壓簡化加熱 啟動(dòng)的問題。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提供一種適用于低壓 常規(guī)電源啟動(dòng)的多晶硅氫還原爐。本實(shí)用新型不僅可以實(shí)現(xiàn)大直徑、 多對(duì)棒生產(chǎn)，提高了多晶硅產(chǎn)量，同時(shí)采用低壓電源加熱啟動(dòng)，有效 節(jié)約了生產(chǎn)成本。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是 適用于低壓常規(guī)電源啟動(dòng)的多晶硅氫還原爐，包括帶有冷卻裝置 的爐殼，爐殼安裝在底盤上；底盤上布有進(jìn)、出氣裝置，底盤設(shè)有加 熱電極，電極上一一對(duì)應(yīng)安裝有硅芯棒，其特征在于硅芯棒和電極為各18對(duì)，即各36個(gè)，且在底盤上沿三個(gè)同心圓周均布設(shè)置，從內(nèi) 圓周向外圓周分別設(shè)置為3對(duì)、5對(duì)、10對(duì)；所述內(nèi)圓周的3對(duì)硅芯 棒為低電阻率硅芯棒，其余兩圓周上為常規(guī)電阻率硅芯棒。所述噴口為四組，所述每組噴口為多個(gè)，其中兩組噴口形成的圓 為同心圓，且均布在底盤每兩個(gè)硅芯棒圈之間的圓周上，另外兩組設(shè) 置在內(nèi)圈硅芯棒圓周之內(nèi)。每個(gè)噴口上設(shè)有可拆卸式石墨噴嘴，且每個(gè)噴嘴的截面積相同；各組噴口的噴嘴的截面積之和的比為1: 2: 4: 8。所述低電阻率硅芯棒為電阻率為0.05-0.1 Q-cm的摻雜硅芯棒。所述摻雜硅芯棒是指先在直拉爐中用常規(guī)摻雜方法加入硼或磷而制成電阻率為0.05-0.1 Q-cm的預(yù)制棒，再將預(yù)制棒在硅芯爐中拉 制成為電阻率為0.05-0.1 Q-cm的硅芯棒。所述常規(guī)電阻率硅芯棒是指先在直拉爐中用常規(guī)方法制成常規(guī) 電阻率的預(yù)制棒，再將預(yù)制棒在硅芯爐中拉制成為常規(guī)電阻率的硅芯 棒°本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、 由于通常氫還原爐的硅芯棒對(duì)數(shù)和電極對(duì)數(shù)都是一一對(duì)應(yīng)，都是3的倍數(shù)，以符合供電3相平衡要求，同時(shí)根據(jù)棒距和均勻分布 的原則，本實(shí)用新型將最內(nèi)圓周上的硅芯棒和電極對(duì)數(shù)設(shè)置為3對(duì)， 中圈和外圈圓周設(shè)置為5對(duì)和10對(duì)，總共18對(duì)，相對(duì)于12對(duì)硅芯 棒大大增加了數(shù)量，符合大直徑和多對(duì)棒的生產(chǎn)要求，有利于大量提 高產(chǎn)量，增加效益。2、 將最內(nèi)圈的硅芯棒設(shè)置為低電阻率硅芯棒，這樣在啟動(dòng)時(shí)， 可以先用低壓常規(guī)電源對(duì)最內(nèi)圈3對(duì)硅芯棒進(jìn)行加熱啟動(dòng)，并不斷烘 烤中圈和外圈的常規(guī)硅芯棒，使中圈和外圈的常規(guī)硅芯棒逐漸受熱后 不斷降低電阻率，當(dāng)常規(guī)硅芯棒電阻率降低到0.05-0.1 Q-cm時(shí)，再 對(duì)常規(guī)硅芯棒通入低壓常規(guī)電源進(jìn)行啟動(dòng)，有效避免了原有直接通入 高壓電源強(qiáng)行對(duì)硅芯棒加熱降低電阻率的方式，大大簡化了高壓電控 制設(shè)備。3、 本實(shí)用新型中由于有摻雜的低電阻率的硅芯棒，其后期沉積 的多晶硅產(chǎn)品的品質(zhì)磷(或硼)含量高于未摻雜的硅芯棒沉積生產(chǎn)出的多晶硅產(chǎn)品，但目前太陽能級(jí)單、多晶硅都是需要慘磷(或硼)， 只要事先根據(jù)用戶的需要進(jìn)行摻雜，并且每爐產(chǎn)品中摻雜硅棒數(shù)量僅 有3對(duì)，數(shù)量很少，因此，并不影響產(chǎn)品質(zhì)量和用戶使用。4、 本實(shí)用新型將進(jìn)氣噴口分成四組，每組噴嘴的截面積之比分別為1: 2: 4: 8，而每個(gè)噴嘴的截面積相同，從而保證了各噴嘴在 相同壓力下流量、速度相同，這樣就解決了多晶硅氫還原爐因爐內(nèi)物 料、溫度分布不均勻而帶來的硅棒沉積率低、生長不均勻的問題，每 組的噴口數(shù)量可以根據(jù)需要決定，每組的噴口間的連接可以環(huán)形，也 可以是直管，爐外的四組閥門在不同生產(chǎn)時(shí)期按流量大小的需要將四 個(gè)噴口組進(jìn)行開關(guān)組合，組成了多個(gè)單位截面積的變化，這就保證在 整個(gè)生產(chǎn)過程中噴口始終保持著相同的噴速。5、 由于改善爐子內(nèi)物料成分的均勻分布是生長大直徑多晶硅棒的突出問題，尤其是HCl分布的均勻性，直接影響著每個(gè)部位的沉積速率，影響著多晶硅棒直徑的均勻性，影響著溫度分布的均勻性，從 而影響著爐子的平均沉積速率。當(dāng)氣流達(dá)到一定速度和流量從每個(gè)噴 嘴噴出時(shí)，在噴口附近就產(chǎn)生低壓區(qū)，周圍的物料就會(huì)流向低壓區(qū)， 與噴口噴出的物流一起噴向爐頂，形成環(huán)流，起著強(qiáng)烈的攪拌作用， 在硅棒的生產(chǎn)初期，進(jìn)氣流量和速度不需要很大，這樣就可以僅開啟 部分噴口，隨著流量的增加，就需要增加更多的噴口數(shù)量，直至噴口 全部工作，從而保證在大直徑時(shí)也可以獲得較高的沉積速率。6、 由于還原爐在生產(chǎn)過程中，爐內(nèi)溫度很高，因此將噴口的噴嘴設(shè)計(jì)成可拆卸式石墨噴嘴，這樣不僅可以耐高溫，而且可以根據(jù)不同的生產(chǎn)需要，簡單、方便的更換噴嘴。

圖1為本實(shí)用新型硅芯棒和進(jìn)氣噴口分布結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為多晶硅氫還原爐結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記1為外殼體，2為內(nèi)殼體，3為硅芯棒，4為視鏡，5 為冷卻進(jìn)水環(huán)管，6為底盤，7為電極，8為支架，9為導(dǎo)軌，10為 噴口， 11為進(jìn)、出氣裝置。
具體實(shí)施方式
適用于低壓常規(guī)電源啟動(dòng)的多晶硅氫還原爐，包括帶有冷卻裝置 的爐殼1、 2，爐殼安裝在底盤6上；底盤6上布有進(jìn)、出氣裝置11， 所述底盤上設(shè)有進(jìn)氣噴口 10，噴口10為四組，每組噴口為多個(gè)，其 中兩組噴口形成的圓為同心圓，且均布在底盤6的每兩個(gè)硅芯棒3圈 之間的圓周上，另外兩組設(shè)置在內(nèi)圈硅芯棒3的圓周之內(nèi)；每個(gè)噴口 10上設(shè)有可拆卸式石墨噴嘴，且每個(gè)噴嘴的截面積相同；并均勻分 布在底盤6的每兩個(gè)電極圈之間的同一圓周上；各組噴口 10的噴嘴 的截面積之和的比為1: 2: 4: 8，底盤6設(shè)有加熱電極7，電極7上一一對(duì)應(yīng)安裝有硅芯棒3，硅芯棒3和電極7為各18對(duì)，即各36 個(gè)，且在底盤6上沿三個(gè)同心圓周均布設(shè)置，從內(nèi)圓周向外圓周分別 設(shè)置為3對(duì)、5對(duì)、10對(duì)；所述內(nèi)圓周的3對(duì)硅芯棒3為低電阻率硅 芯棒，其余兩圓周上為常規(guī)電阻率硅芯棒。所述低電阻率硅芯棒為電 阻率為0.05-0.1 Q-cm的摻雜硅芯棒。所述摻雜硅芯棒是指先在直拉 爐中用常規(guī)摻雜方法加入硼或磷而制成電阻率為0.05-0.1 Q-cm的預(yù)制棒，再將預(yù)制棒在硅芯爐中拉制成為電阻率為0.05-0.1 Q-cm的硅芯棒。所述常規(guī)電阻率硅芯棒是指先在直拉爐中用常規(guī)方法制成常 規(guī)電阻率的預(yù)制棒，再將預(yù)制棒在硅芯爐中拉制成為常規(guī)電阻率的硅 芯棒。將最內(nèi)圈的硅芯棒設(shè)置為低電阻率硅芯棒，這樣在啟動(dòng)時(shí)，可 以先用低壓常規(guī)電源對(duì)最內(nèi)圈3對(duì)硅芯棒進(jìn)行加熱啟動(dòng)，并不斷烘烤 中圈和外圈的常規(guī)硅芯棒，使中圈和外圈的常規(guī)硅芯棒逐漸受熱后不 斷降低電阻率，當(dāng)常規(guī)硅芯棒電阻率降低到0.05-0.1 Q-cm時(shí)，再對(duì) 常規(guī)硅芯棒通入低壓常規(guī)電源進(jìn)行啟動(dòng)，有效避免了原有直接通入高 壓電源強(qiáng)行對(duì)硅芯棒加熱降低電阻率的方式，大大簡化了高壓電控制 設(shè)備。由于通常氫還原爐的硅芯棒對(duì)數(shù)和電極對(duì)數(shù)都是一一對(duì)應(yīng)，都是 3的倍數(shù)，以符合供電3相平衡要求，同時(shí)根據(jù)棒距和均勻分布的原 則，本實(shí)用新型將最內(nèi)圓周上的硅芯棒和電極對(duì)數(shù)設(shè)置為3對(duì)，中圈 和外圈圓周設(shè)置為5對(duì)和10對(duì)，總共18對(duì)，相對(duì)于12對(duì)硅芯棒大 大增加了數(shù)量，符合大直徑和多對(duì)棒的生產(chǎn)要求，有利于大量提高產(chǎn) 量，增加效益。本實(shí)用新型中由于有摻雜的低電阻率的硅芯棒，其后 期沉積的多晶硅產(chǎn)品的品質(zhì)磷或硼的含量高于未摻雜的硅芯棒沉積 生產(chǎn)出的多晶硅產(chǎn)品，但目前太陽能級(jí)單、多晶硅都是需要摻磷或硼， 只要事先根據(jù)用戶的需要進(jìn)行摻雜，并且每爐產(chǎn)品中摻雜硅棒數(shù)量僅 有3對(duì)，數(shù)量很少，因此，并不影響產(chǎn)品質(zhì)量和用戶使用。本實(shí)用新型將進(jìn)氣噴口分成四組，每組噴嘴的截面積之比分別為1: 2: 4: 8，而每個(gè)噴嘴的截面積相同，從而保證了各噴嘴在相同壓力下流量、速度相同，這樣就解決了多晶硅氫還原爐因爐內(nèi)物料、溫度分布不均勻 而帶來的硅棒沉積率低、生長不均勻的問題，每組的噴口數(shù)量可以根 據(jù)需要決定，每組的噴口間的連接可以環(huán)形，也可以是直管，爐外的 四組閥門在不同生產(chǎn)時(shí)期按流量大小的需要將四個(gè)噴口組進(jìn)行開關(guān) 組合，組成了多個(gè)單位截面積的變化，這就保證在整個(gè)生產(chǎn)過程中噴 口始終保持著相同的噴速。由于改善爐子內(nèi)物料成分的均勻分布是生長大直徑多晶硅棒的突出問題，尤其是HCl分布的均勻性，直接影響 著每個(gè)部位的沉積速率，影響著多晶硅棒直徑的均勻性，影響著溫度 分布的均勻性，從而影響著爐子的平均沉積速率。當(dāng)氣流達(dá)到一定速 度和流量從每個(gè)噴嘴噴出時(shí)，在噴口附近就產(chǎn)生低壓區(qū)，周圍的物料 就會(huì)流向低壓區(qū)，與噴口噴出的物流一起噴向爐頂，形成環(huán)流，起著 強(qiáng)烈的攪拌作用，在硅棒的生產(chǎn)初期，進(jìn)氣流量和速度不需要很大， 這樣就可以僅開啟部分噴口，隨著流量的增加，就需要增加更多的噴 口數(shù)量，直至噴口全部工作，從而保證在大直徑時(shí)也可以獲得較高的 沉積速率。由于還原爐在生產(chǎn)過程中，爐內(nèi)溫度很高，因此將噴口的 噴嘴設(shè)計(jì)成可拆卸式石墨噴嘴，這樣不僅可以耐高溫，而且可以根據(jù) 不同的生產(chǎn)需要，簡單、方便的更換噴嘴。
權(quán)利要求1、適用于低壓常規(guī)電源啟動(dòng)的多晶硅氫還原爐，包括帶有冷卻裝置的爐殼(1、2)，爐殼安裝在底盤(6)上；底盤(6)上布有進(jìn)、出氣裝置(11)，底盤(6)設(shè)有加熱電極(7)，電極(7)上一一對(duì)應(yīng)安裝有硅芯棒(3)，其特征在于硅芯棒(3)和電極(7)為各18對(duì)，即各36個(gè)，且在底盤(6)上沿三個(gè)同心圓周均布設(shè)置，從內(nèi)圓周向外圓周分別設(shè)置為3對(duì)、5對(duì)、10對(duì)；所述內(nèi)圓周的3對(duì)硅芯棒(3)為低電阻率硅芯棒，其余兩圓周上為常規(guī)電阻率硅芯棒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于低壓常規(guī)電源啟動(dòng)的多晶硅氫 還原爐，其特征在于所述噴口 (10)為四組，每組噴口 (10)為多 個(gè)，其中兩組噴口 (10)形成的圓為同心圓，且均布在底盤(6)每 兩個(gè)硅芯棒(3)圈之間的圓周上，另外兩組設(shè)置在內(nèi)圈硅芯棒(3) 圓周之內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于低壓常規(guī)電源啟動(dòng)的多晶硅氫 還原爐，其特征在于每個(gè)噴口 (10)上設(shè)有可拆卸式石墨噴嘴，且 每個(gè)噴嘴的截面積相同；各組噴口 (10)的噴嘴的截面積之和的比為1: 2: 4: 8。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的適用于低壓常規(guī)電源啟動(dòng)的多晶硅氫還原爐，其特征在于所述低電阻率硅芯棒為電阻率為0.05-0.1 Q-cm的摻雜硅芯棒。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于低壓常規(guī)電源啟動(dòng)的多晶硅氫 還原爐，其特征在于所述摻雜硅芯棒是指加入了硼或磷制成的電阻 率為0.05-0.1 Q -cm的硅芯棒。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種適用于低壓常規(guī)電源啟動(dòng)的多晶硅氫還原爐，包括帶有冷卻裝置的爐殼，爐殼安裝在底盤上；底盤上布有進(jìn)、出氣裝置，底盤設(shè)有加熱電極，電極上一一對(duì)應(yīng)安裝有硅芯棒，硅芯棒和電極為各18對(duì)，即各36個(gè)，且在底盤上沿三個(gè)同心圓周均布設(shè)置，從內(nèi)圓周向外圓周分別設(shè)置為3對(duì)、5對(duì)、10對(duì)；所述內(nèi)圓周的3對(duì)硅芯棒為低電阻率硅芯棒，其余兩圓周上為常規(guī)電阻率硅芯棒。本實(shí)用新型不僅可以實(shí)現(xiàn)大直徑、多對(duì)棒生產(chǎn)，提高了多晶硅產(chǎn)量，同時(shí)采用低壓電源啟動(dòng)，有效節(jié)約了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)F27B5/04GK201105993SQ20072008158
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月23日
發(fā)明者劉漢元, 戴自忠 申請(qǐng)人:四川永祥多晶硅有限公司