位置高于下部區(qū)域13且密度比下部區(qū)域13小。另外，稀相區(qū)11通常為貧粒子區(qū)域。
[0035]氣體在反應器核心床10中從下部區(qū)域13向上行進并進入稀相區(qū)11中。在膨脹區(qū)14中，氣體速度降低，導致夾帶的粒子回落到下部區(qū)域13中。廢氣16離開核心床10并可引入另一加工裝置18中。就這點而言，應當理解，圖1所示反應器I為示例的，并且可使用其它反應器設計而不偏離本公開內(nèi)容的范圍(例如不包含膨脹區(qū)的反應器)。
[0036]講料氣體
[0037]可熱分解硅化合物包括通常能夠在氣相中熱分解產(chǎn)生硅的化合物?？捎煞纸夥椒óa(chǎn)生其它產(chǎn)物而不偏離本公開內(nèi)容的范圍，條件是它提供硅來源以使多晶硅粒子生長形成多晶硅顆粒。可熱分解的硅化合物氣體包括可通過化學氣相沉積而非均相沉積的所有含硅氣體，例如四氫化硅(通常稱為硅烷)、三氯硅烷和其它硅鹵化物，其中硅烷的一個或多個氫原子被鹵素如氯、溴、氟和碘替代。
[0038]在一個實施方案中，可熱分解的硅化合物為硅烷。硅烷的化學氣相沉積(CVD)是輕微放熱的，通常基本進行至完整，幾乎是不可逆的，并且與硅鹵化物氣體如三氯硅烷相比可在約600°C的更低溫度下引發(fā)，所述硅鹵化物氣體通常要求至少約1100°C的溫度。另外，硅烷及其分解產(chǎn)物，即硅蒸氣和氫氣是非腐蝕性且非污染性的。相比而言，三氯硅烷的分解為可逆且不完全的反應，其導致產(chǎn)生腐蝕性副產(chǎn)物。因此，一般而言，硅烷是用于本公開內(nèi)容的實施方案中的優(yōu)選氣體，但可使用其它含硅可熱分解氣體而不偏離本公開內(nèi)容的范圍。
[0039]可將可熱分解化合物不經(jīng)稀釋地引入反應器中或者可將氣體用載氣如氫氣、氬氣、氦氣或其組合稀釋。在分解期間，產(chǎn)生副產(chǎn)物氫氣，其可根據(jù)需要用作反應器系統(tǒng)操作中額外量的可熱分解進料氣體的載氣。
[0040]反應條件
[0041]在反應系統(tǒng)的操作期間，通過反應區(qū)的流化氣體速度保持在硅粒子的最小流化速度以上。通過反應器的氣體速度通常保持為將流化床內(nèi)的粒子流化所需最小流化速度的約I至約8倍。在一些實施方案中，氣體速度為將流化床內(nèi)的粒子流化所需最小流化速度的約I至約2倍，在至少一個實施方案中約1.5倍。最小流化速度取決于所涉及的氣體和粒子的性能而變化。最小流化速度可通過常規(guī)方法測定。
[0042]最小流化速度優(yōu)選根據(jù)它們出現(xiàn)在接近氣體分配器時的條件計算。使用這些條件，包括通常比反應器的其余部分更冷的溫度，可確保計算的最小流化速度足以將整個床流化。
[0043]在分配器以上的高溫下，用于計算最小流化速度的粘度和速度變量為熱敏感的，并且可產(chǎn)生不足以在床的下部分的較冷溫度下將床流化的最小流化速度。因此，通過基于冷卻器條件計算最小流化速度，可確保可將整個床流化的最低流化氣體速度的計算。盡管本公開內(nèi)容不限于特定最小流化速度，但在本公開內(nèi)容中有用的最小流化速度為約0.7cm/sec 至約 350cm/sec 或者甚至約 6cm/sec 至約 150cm/sec。
[0044]高于最小流化流速的氣體速度通常是實現(xiàn)較高生產(chǎn)率所需的。當氣體速度提高超過最小流化速度時，過量的氣體形成氣泡，提高床空隙度。床可視為由氣泡和與硅粒子接觸的含氣體“乳液”組成。乳液的質量非常類似于最小流化條件下床的質量。乳液中的局部空隙度接近最小流化床空隙度。因此，氣泡由引入的超過實現(xiàn)最小流化所需的氣體產(chǎn)生。當實際氣體速度與最小流化速度之比提高時，氣泡形成增強。在非常高的比例下，床中形成大的氣體塊。當床空隙度隨著總氣體流速提高時，固體與氣體之間的接觸變得不太有效。對于給定體積的床，與反應氣體接觸的固體的表面積隨著床空隙度提高而降低。因此，對于給定床長度，可熱分解氣體的轉化率降低。對于降低的氣體停留時間，轉化率也可降低。另外，在較高的速率下可發(fā)生不同的不想要反應，產(chǎn)生更多細粒。
[0045]反應器中的溫度保持在可熱分解化合物的分解溫度和硅的熔點溫度范圍內(nèi)。反應器的溫度可保持為約700 °F至約1400 T，但可在本公開內(nèi)容的參數(shù)內(nèi)調(diào)整。例如，如整個該公開內(nèi)容中別處詳述，反應器內(nèi)的溫度，例如軸向溫度梯度可通過控制床中顆粒的粒度分布的寬度而保持在所需水平。用于使反應區(qū)保持在這樣的溫度的熱可通過常規(guī)加熱系統(tǒng)，例如置于反應容器壁外部上的電阻加熱器提供。反應器中的壓力在床的頂部通常為約1.70至約1.80，優(yōu)選約1.73大氣壓。
[0046]反應器床中的多晶娃晶種添加
[0047]本公開內(nèi)容的方法涉及在流化床反應器中的多晶硅粒子以制備高純度多晶硅。將多晶“晶種”粒子加入核心床中以引發(fā)硅的沉積。晶種粒子的尺寸通常繼續(xù)生長直至它們作為粒狀多晶硅產(chǎn)物離開反應器。在一些情況下，粒子的尺寸可生長，但然后由于磨損而尺寸收縮。硅晶種粒子的來源包括由反應器收集的研磨至所需尺寸的產(chǎn)物粒子和/或與顆粒多晶產(chǎn)物聚集在一起和分離的小多晶粒子。
[0048]當將晶種加入反應器的核心床中時，晶種由于例如硅烷沉積而在核心床反應器內(nèi)部生長。另外，當晶種在床中時，它們在生長以后由于隨時間磨損而尺寸收縮。因此，可能存在新加入反應器核心床中的晶種與現(xiàn)在尺寸已生長和/或由于隨時間的粒子磨損而尺寸收縮的預先加入晶種的組合。根據(jù)本公開內(nèi)容，新加入多晶硅晶種和預先加入反應器中的晶種的組合稱為“顆粒(granules) ”。
[0049]根據(jù)本公開內(nèi)容，“新加入”指已加入反應器中的尺寸尚未生長和/或由于粒子磨損而收縮的晶種。因此，當晶種進入反應器中時，如果它的尺寸尚未改變，則認為它是“新加入，，晶種。
[0050]在本公開內(nèi)容的一個實施方案中，加入反應器的核心床中的多晶娃晶種粒子具有約50 μ m至約600 μ m，更通常約200 μ m至約400 μ m的預定粒度(即Sauter平均直徑)分布。在另一實施方案中，晶種具有約50μπι至約150μπκ約150μπι至約250 μπκ約250 μ??至約350 μ m、約350 μ m至約450 μ m、約450 μ m至約550 μ m，或者約550 μ m至約600 μ m的預定粒度分布。就這點而言，應當理解除非另外說明，本文提及的各種粒子的“平均直徑”是指Sauter平均直徑。Sauter平均直徑可根據(jù)本領域技術人員通常已知的方法測定。
[0051]當加入晶種時，可在核心床中進行多種反應。例如，在硅烷系統(tǒng)中，硅烷可通常不均勻地沉積在生長晶體粒子上。硅烷也可分解產(chǎn)生可均勻成核形成不理想的硅粉塵(同義地稱為硅“細粒”或“粉末”)并且可沉積到生長的硅粒子上的硅蒸氣。硅細粒可通過從硅烷中或者從硅蒸氣中沉積硅而尺寸生長。細?？删奂孕纬奢^大的細粒。硅細粒也可與較大的生長娃粒子結合，即娃細?？杀惠^大的生長娃粒子捕集。
[0052]晶種粒子可分批或連續(xù)地加入反應器中。在本公開內(nèi)容的一個實施方案中，約每60分鐘至約每600分鐘將晶種加入反應器中。在另一實施方案中，約每150分鐘至約每300分鐘將晶種加入反應器中。
[0053]測暈和控制粒度分布的寬度
[0054]測暈粒度分布的寬度
[0055]在將多晶硅晶種加入反應器的核心床中后，測量床中顆粒的粒度分布的寬度。如本公開內(nèi)容中別處所指出的，顆粒由新加入晶種和先前加入晶種的混合物組成。顆粒的分布由于例如顆粒的生長、細粒的形成、晶種的添加、多晶硅產(chǎn)物的取出和粒子磨損而連續(xù)地變化。
[0056]顆粒的粒度分布的寬度定義為質量加權粒度分布的標準偏差(σ )與Sauter平均直徑(dsJ之比。在本公開內(nèi)容的一個優(yōu)選實施方案中，顆粒的Clsni為約925 μπι。
[0057]床中顆粒的粒度分布的寬度可通過本領域中通常已知的方式，例如通過使用本領域中已知的粒度分析儀測量。其它示例的測量方法包括但不限于篩分測量、激光衍射和動態(tài)光散射。
[0058]在一個示例實施方案中，測量粒度分布的寬度的方法通過經(jīng)由產(chǎn)物取出管得到顆粒試樣而進行。然后使用本領域中通常已知的粒子分級方法，例如篩分測量、激光衍射和動態(tài)光散射分析顆粒。粒度分析可離線(例如使用篩)或者在線(例如使用激光衍射)進行。
[0059]示例的離線測量包括例如篩分。在篩分測量中，收集試樣，然后手動篩分，然后手動地記錄測量。示例的在線測量包括可設置以收集顆粒試樣，通過粒子分析儀發(fā)送試樣以得到實時結果，然后使試樣返回反應器中的取樣回路。
[0060]控制粒度分布的寬度
[0061]根據(jù)本公開內(nèi)容，驚訝地發(fā)現(xiàn)通過控制床