本发明专利技术涉及一种多晶硅生产装置。该装置包括：卧式反应管，其位于隔热管中，并具有：出口，通过其供应包含含硅反应气体和还原气体的气体原料，出口，通过其排出残余气体，与所述气体原料接触的反应表面，以及多个底部开口，通过其排出由所述气体原料的反应而产生的熔融多晶硅；设置在所述卧式反应管中以提供额外的反应表面的一个或多个内部构件；以及适于加热所述卧式反应管的反应表面的第一加热设备。本发明专利技术还涉及一种使用所述装置的多晶硅生产方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种多晶硅生产装置及方法，更具体地，一种使用卧式反应器的多晶硅的生产装置及方法。
技术介绍
近年来，对在电子装置(例如半导体器件和光伏器件)的制造中作为原料的多晶硅的需求不断增长。已知有很多用于生产在半导体或太阳能光伏电池的制造中作为原料的硅的方法，并且它们中的一些已经在工业上实施。目前市售的高纯度多晶硅通常由化学气相沉积法生产。具体地，可以通过使三氯甲硅烷气体与还原气体(例如氢气)反应来制备多晶硅，如反应1和2中所述：SiHCl3+H2→Si+3HCl(1)4SiHCl3→Si+3SiCl4+2H2(2)Siemens方法是典型的市售多晶硅的生产方法。根据Siemens方法，将作为反应气体的硅烷气体和作为还原气体的氢气供应到钟罩反应器中，并将设置在钟罩反应器中的硅棒加热至硅的沉积温度或以上。当热量转移至反应气体和还原气体时，该热量使反应气体被还原以沉积多晶硅。然而，Siemens反应器消耗大量能量，通常电能为约65至约200KWh/kg。该电能成本占整个多晶硅生产成本的很大部分。另一个问题是分批式沉积需要极费力的工艺，包括硅棒安装、欧姆加热、沉积、冷却、提取和钟罩反应器清洗。另一方法涉及使用流化床的多晶硅的沉积。根据该方法，同时供应硅烷和尺寸约为100微米的细小硅粒子(作为沉积核)以在细小硅粒子上沉积硅，由此连续地生产尺寸为1至2mm的硅粒。该方法的优点在于可以连续操作相对较长的时间。然而，由于该方法较低的沉积温度，作为硅源的甲硅烷即使在低温也被热分解，导致在反应器壁上形成细碎的硅或者沉积硅。因此，需要定期清洗或更换反应容器。在韩国专利No.10-0692444中公开了一种使用立式还原反应器生产多晶硅的装置。该装置使用加热器，硅沉积在该加热器上。该加热器为圆筒形以获得较高的热效率。具体地，所述装置包括：(a)圆筒形容器，其下端具有开口(硅取出口)；(b)加热器，用于在等于或高于硅的熔点的温度下加热所述圆筒形容器从下端至所需高度的内壁；(c)氯硅烷进料管，其由外径小于圆筒形容器的内径的内管构成，并且构造成使该内管的一个开口在硅的熔点或更高温度下加热的内壁所包围的空间中朝下；以及(d)第一密封气体进料管，用于将密封气体供应至圆筒形容器的内壁与氯硅烷进料管的外壁所形成的空隙中。选择性地，所述装置还包括(e)氢气进料管，用于将氢气供应至上述圆筒形容器中。图1示意性地示出了立式还原反应器型的多晶硅生产装置。参照该图，所述多晶硅生产装置包括：设置在反应器10顶部的反应气体入口11，设置在反应器10的中部10b的一侧的真空管12，以及设置在反应器10另一侧的出口管13。将用于收集、冷却和铸造熔融硅的单元设置在反应器10的下部10c中。通过入口11供应硅烷气体作为反应气体。所述硅烷气体可以是甲硅烷、二氯甲硅烷、三氯甲硅烷(TCS)或四氯化硅(STC)。在反应器10运行之后，真空管12可以用于产生真空以清洁反应器的内部空间和为其排气，并且出口管13可以用于排放在反应过程中所产生的废气。感应加热线圈14设置在反应器10的上部。当向感应加热线圈14施加RF电流时，在反应管21中产生涡电流以释放热量。该热量被施加到通过进气口进入的气体和反应管21的壁面上以引起多晶硅的沉积。图2是图1所示的反应器的上部10a的示意性剖视图。参照该图，反应管21设置在反应器的上部10a中，反应气体(例如硅烷气体)通过反应气体供应口11供应至反应管21。加热线圈23排布在反应管21外侧的隔热管22的表面上。通过密封气体供应管(未示出)供应密封气体，该密封气体填充在反应管21与隔热管22之间以及隔热管22与外容器26之间。密封气体25用于防止反应气体通过反应管21与隔热管22之间以及隔热管22与外容器26之间的空隙泄漏。通过还原气体供应管(未示出)供应还原气体，例如氢气。该还原气体可以与硅烷气体混合来供应。如图2的剖视图中所示，加热线圈23未缠绕在反应管21的上部区域“A”中，而是缠绕在反应管21的下部区域“B”中。这种结构确保了反应管的热稳定性和基本等温分布。区域“B”的长度需要比反应管的直径大3至4倍。因此，从加热线圈23传递至反应管21的热量集中在下部区域B，而不是上部区域“A”。然而，图1和图2所示的多晶硅生产装置具有如下问题：进入反应管21的大量反应气体和还原气体在不与反应管21的壁面接触的情况下通过反应管，因此，在高温下不发生充分的沉积。也就是说，由于热量没有充分地传递至流经离加热线圈23最远的反应管21的中心部分的气体，因而发生缓慢的还原反应，导致较低的总生产效率和能量效率。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的是提供一种不存在现有技术的问题的改进的多晶硅生产装置和方法。本专利技术的另一目的是提供一种用于高效地生产多晶硅的装置和方法。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种多晶硅生产装置，包括：卧式反应管，其位于隔热管中，并具有入口，通过其供应包含含硅反应气体和还原气体的气体原料，出口，通过其排出残余气体，与所述气体原料接触的反应表面，以及多个底部开口，通过其排出由所述气体原料的反应而产生的熔融多晶硅；设置在所述卧式反应管中以提供额外的反应表面的一个或多个内部构件；以及适于加热所述卧式反应管的反应表面的第一加热设备。根据本专利技术的一个实施方案，所述装置可以包括适于加热设置在所述卧式反应管中的内部构件的第二加热设备。根据本专利技术的一个实施方案，所述装置还可以包括适于收集通过所述卧式反应管的底部开口排出的熔融多晶硅的容器。根据本专利技术的一个优选实施方案，所述多晶硅收集容器还可以包括第三加热设备，该加热设备适于在不需要额外的加热装置的情况下，将收集的多晶硅保持在熔融状态或者可以将收集的多晶硅保持在固体状态。所述反应表面可以包括卧式反应管的内表面或外表面或者两者都是。根据本专利技术的一个优选实施方案，所述底部开口可以形成于设置有第一加热设备的反应区域中。根据本专利技术的一个优选实施方案，所述多晶硅可以以液滴的形式通过底部开口排出并且可以收集在收集容器中。可以平行于水平面或相对于水平面倾斜一定的角度放置卧式反应管。所述反应气体可以包括甲硅烷、二氯甲硅烷、三氯甲硅烷(TCS)和四氯化硅(STC)中的一种或多种，并且所述还原气体可以包括氢气。根据本专利技术的另一方面，提供一种多晶硅生产方法，包括：通过气体供应口将包含反应气体和还原气体的气体原料加入至卧式反应管中，该卧式反应管位于隔热管中并包括一个或多个内部构件；将作为反应表面的卧式反应管的内表面加热至气体原料的反应温度，以沉积多晶硅；以及以液滴的形式通过在卧式反应管底部形成的多个开口排出沉积的多晶硅。所述方法还可以包括加热设置在卧式反应管中的内部构件。所述方法可以包括独立地控制设置在卧式反应管中的内部构件的温度。所述方法还可以包括在收集容器中收集以液滴形式排出的多晶硅。所述方法还可以包括加热所述收集容器以将收集的多晶硅保持为液态或者将收集容器中收集的多晶硅保持为固态。有益效果如上所述，与使用立式反应器的常规装置和方法不同，本专利技术的多晶硅生产装置和方法使用卧式反应管。卧式反应管的使用增大了用于气体原料反应的反应表面的接触面积，导致硅转化率的提高，并易于控制反应表面的温度。根据本专利技术，可以收集熔融本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多晶硅生产装置，包括：卧式反应管，其位于隔热管中，并具有：入口，通过其供应包含含硅反应气体和还原气体的气体原料，出口，通过其排出残余气体，与所述气体原料接触的反应表面，以及多个底部开口，通过其排出由所述气体原料的反应而产生的熔融多晶硅；设置在所述卧式反应管中以提供额外的反应表面的一个或多个内部构件；以及适于加热所述卧式反应管的反应表面的第一加热设备。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.13 KR 10-2014-00570941.一种多晶硅生产装置，包括：卧式反应管，其位于隔热管中，并具有：入口，通过其供应包含含硅反应气体和还原气体的气体原料，出口，通过其排出残余气体，与所述气体原料接触的反应表面，以及多个底部开口，通过其排出由所述气体原料的反应而产生的熔融多晶硅；设置在所述卧式反应管中以提供额外的反应表面的一个或多个内部构件；以及适于加热所述卧式反应管的反应表面的第一加热设备。2.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，还包括适于加热设置在所述卧式反应管中的内部构件的第二加热设备。3.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，还包括适于收集通过所述卧式反应管的底部开口排出的熔融多晶硅的容器。4.根据权利要求3所述的多晶硅生产装置，其中，多晶硅收集容器还包括第三加热设备，该加热设备适于在不需要额外的加热装置的情况下，将收集的多晶硅保持在熔融状态或者将收集的多晶硅保持在固体状态。5.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其中，所述反应表面是所述卧式反应管的内表面或外表面或者两者都是。6.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其中，所述卧式反应管的底部开口形成于设置有所述第一加热设备的反应区域中。7.根据权利要求1所述的多晶硅生产装置，其中，多晶硅以液滴的形式从卧式反应管的底部开口排出，并且收集在收集容器...
【专利技术属性】
技术研发人员：张银洙，金正奎，金庾锡，柳振炯，李正雨，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR
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