通过化学气相沉积生产硅的反应器和方法技术

本发明专利技术提供了通过化学气相沉积（CVD）制造硅的反应器，该反应器包括：反应器主体，其可在可操作地布置于反应器的旋转设备的帮助下围绕轴线旋转；至少一个侧壁，其围绕反应器主体；反应气体的至少一个入口；残余气体的至少一个出口；和至少一个加热器具，其可操作地布置于反应器。反应器的特征在于，在通过CVD制造硅的操作过程中，反应器包括在至少一个侧壁的内部上的颗粒层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了通过化学气相沉积（CVD）制造硅的反应器，该反应器包括：反应器主体，其可在可操作地布置于反应器的旋转设备的帮助下围绕轴线旋转；至少一个侧壁，其围绕反应器主体；反应气体的至少一个入口；残余气体的至少一个出口；和至少一个加热器具，其可操作地布置于反应器。反应器的特征在于，在通过CVD制造硅的操作过程中，反应器包括在至少一个侧壁的内部上的颗粒层。【专利说明】专利
本专利技术涉及制造用于太阳能电池和电子设备应用的硅。更详细地，本专利技术涉及用于生产硅的反应器和方法，特别是用于通过化学气相沉积CVD制造硅的旋转反应器的沉积表面。_2] 专利技术和现有技术的背景利用可再生的、非污染能源的新方法的发展对满足将来对能量的需求是必要的。来自太阳的能量是能源的一种，在此上下文中对这些能源具有极大的兴趣。硅是电子工业和太阳能电池工业这两者的关键的原材料。虽然对于特定应用存在可选的材料，但是多晶硅和单晶硅将是可预知未来所选择的材料。多晶硅的改进的可用性和生产经济学将增加这两种工业，特别是对可再生能源的太阳能电池的应用的增长可能性。当前，为了制造用于太阳能电池或电子设备的满意纯度的硅，化学气相沉积方法(CVD-化学气相沉积)首先被使用。Siemens工艺的不同的实施方式是用于制造多晶硅的CVD的最多使用的形式。在这种方法中，含有硅的气体诸如硅烷或三氯硅烷和其它气体诸如氢气和IS气被供给到冷却的容器中并且娃被沉积到一个或多个电阻加热杆上。该工艺是极其能量需求和劳动力需求的。最多使用的工艺的更加详细的描述可在专利US3，979，490中找到。 另一种CVD方法使用流化床，由此硅种子颗粒被流化并且保持在向上流动的气流中，其中气流包括含硅气体，硅可从含硅气体沉积到种子颗粒上。用于制造硅的流化床和相关联的设备和操作参数(包括气体混合物、沉积温度和相关的问题和限制)的CVD方法的完整描述可在专利US4，818，495和US5，810，934中找到，且参考这些出版物以得到更多信息。旋转CVD反应器已被开发并且专利申请号20092111和20100210的专利已由Dynatec Engineering申请。由此提供了通过化学气相沉积来制造娃的反应器,其中反应器包括:反应器主体，其形成容器；含硅气体的至少一个入口 ；至少一个出口 ；和至少一个加热器具，其作为反应器的一部分或可操作地被布置到反应器。在一个主要实施方式中，反应器的特征在于其旋转为使得反应气体经历向心加速。在下文中，这样的反应器被指定为Dynatec反应器。Dynatec反应器的原理是含硅气体(优选地是硅烷)被供给到旋转的、被加热的容器中。反应气体和残余气体之间的密度差使其能够在向心加速的帮助下分离气体。重质的反应气体被从容器的中心驱出，于是当其被容器的内壁加热时其分解，于是硅被沉积。这产生了较高的沉积速率和反应气体的更好的利用，同时，使对不应该发生分解的表面的选择性冷却的需求降到最低。同时，这降低了每千克生产的硅的能量消耗量。然而，对进一步改进Dynatec反应器以降低每kg生产的超净硅的成本还存在需求，并且本专利技术的目标是提供这样的改进。专利技术概沭本专利技术提供了通过化学气相沉积(CVD)制造硅的反应器，该反应器包括:反应器主体，其可在可操作地布置于反应器的旋转器具的帮助下围绕轴线旋转；围绕反应器主体的至少一个侧壁；反应气体的至少一个入口 ；残余气体的至少一个出口 ；和至少一个加热器具，其可操作地布置于反应器。反应器的特征在于，在通过CVD制造硅的操作过程中，反应器在该至少一个侧壁的内部上包括颗粒层。优势在于反应器在操作过程中旋转并且优势在于颗粒层包括至少最接近反应器主体的松动颗粒。最优选的是，颗粒层，特别是最接近反应器主体的颗粒层的整体或一部分包括松动颗粒。由此，固体硅在操作期间被化学气相沉积在颗粒层上，且侧壁具有被保持在CVD状态的颗粒层，并且由此更易于取出固体硅。层中的松动颗粒通过反应器的旋转或更具体地通过向心力保持在合适的位置。包括松动颗粒的层抵靠反应器主体和被沉积的固体硅，确保生产的硅的简单除去。只要层导致与没有层时相比，生产的硅的更简单除去，外部部分或整个层可包括束缚颗粒的层，因为，层被不牢固地束缚并且容易破碎，所述层被描述为简单破碎的颗粒层。关于Dynatec反应器,如果反应器应该被重新使用，则在这么多的娃被沉积在反应器的内部以致不适合于继续制造硅的工艺之后从反应器除去硅的完整的块可能是一种挑战。因而在工艺可再次开始之前被沉积的硅的块必须被除去。使用本专利技术，硅将容易地脱离反应器的内壁，因为颗粒层起到球轴承层或滑动层的作用，硅的块可从球轴承层或滑动层更简单地被取出。因此，优势在于生产工艺可更加连续地操作，这降低了生产成本。反应器可包括管段或由若干侧壁或节段组装，优选地使得反应器可被容易地打开或者硅的块可被挤出。反应器主体的正交于轴线的横截面优选是圆形的，但是不是必须的，然而，优选是圆形的，且颗粒层以操作模式在侧壁上，且旋转和加热以通过CVD制造硅以达到最佳的操作条件。更详细地，颗粒被供给到反应器中或者材料被布置在反应器中，使得向心加速布置颗粒层，使得得到圆形横截面。关于术语颗粒层，其表示这样的材料，其为微粒或在操作条件期间变成微粒使得生产的硅块可从反应器容易地取出。材料可作为固体、液体或半液体被供给。因此，术语颗粒层还包括在反应器加热或旋转过程中特意破碎成微粒材料、壳碎片、纤维或产生预期的滑动效果的其它形式的沉积物或材料，这使得更简单地取出生产的硅块。`反应器不必必须具有顶部和底部，因为顶部和底部中的一个或这两者可以是外部部分，例如，旋转台和可被折叠在旋转器具中并且在相同的方向上旋转的顶部。仅仅存在围绕反应器主体的至少一个侧壁，这是必须的，因此顶部和底部可以是外部部件，这代表根据本专利技术的反应器的优选实施方式。颗粒层优选包括最小程度可能地污染所生产的硅的材料，优选的是，硅的颗粒具有冶金品质或是更纯的，最优选的是硅具有与被化学气相沉积的硅相同的纯度。优势在于颗粒层包括至少超过厚度的一部分，例如，超过至少三个中值粒径的厚度的基本上圆形的颗粒，由此实现良好的球轴承功能。反应器优选地形成为可围绕其自身的轴线旋转的管段。因此，反应器在操作过程中可具有任何定向，这可以是非常实用的。在优选的实施方式中，反应器形成为直立的、锥形的管段，其可围绕其纵向轴线旋转，且在上部末端具有圆形的内横截面和最大的直径。因此，反应器的侧壁具有锥度，其可适合于使得颗粒层自然地正确地位于反应器的内部侧壁上。更详细地，重力抵靠来自壁的反力中的垂直分量在颗粒上平衡。例如，具有以50Hz驱动的、以3000转数每分钟rpm的2极点电动发动机的典型的反应器将对颗粒产生1000g的向心加速度，因此向心加速度是重力的1000倍。因此，反力中的平衡垂直分量仅仅是1/1000，并且锥度可通过找到1/1000的反正切直接发现。其它旋转速度和不同的反应器内径也是这样，因为角度可被调节为使得颗粒的重力和来自壁的反力的垂直分量彼此抵靠而平衡。在优选的实施方式中，反应器形成有外部颗粒层，其例如通过烧结或熔融被固定到反应器的侧壁。外部颗粒层表示比从内部颗粒层距中心轴线更长，即抵靠反应器壁的最里面。因此，这不仅更简本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过化学气相沉积（CVD）制造硅的反应器，所述反应器包括：反应器主体，其能够在可操作地布置于所述反应器的旋转设备的帮助下围绕轴线旋转；至少一个侧壁，其围绕所述反应器主体；反应气体的至少一个入口；残余气体的至少一个出口；和至少一个加热器具，其可操作地布置于所述反应器，其特征在于，在通过CVD制造硅的操作过程中，所述反应器包括在至少一个侧壁的内部上的颗粒层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃纳·O·菲尔特维特，约瑟夫·菲尔特维特，
申请(专利权)人：戴纳泰克工程有限公司，
类型：
国别省市：