用于流化床反应器的感应加热器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于多晶体硅产品的生产的系统。所述系统包括反应腔室、感受器、感应单元和多个能量源。所述反应腔室具有反应器壁，并且感受器包围反应器壁。所述感应加热器围绕感受器，并且具有用于在感受器中产生热的多个感应线圈。所述线圈分组成多个区域。所述多个能量源向所述线圈供应电流。每一能量源与至少一个区域的线圈连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于流化床反应器的感应加热器系统相关申请的交叉引用本申请要求2014年6月11日提交的美国非临时专利申请No.14/301,968的优先权，由此所述申请的全部公开内容通过引用而整体地并入于此。
本专利技术总体涉及一种流化床反应器，并且更具体地涉及用于流化床反应器的感应加热的系统和方法。
技术介绍
多晶硅是一种用于生产包括例如半导体晶片在内的很多产品的原材料，所述半导体晶片用于集成电路和光伏(即太阳能)电池。多晶硅一般通过化学气相沉积机制生产，其中，硅在流化床反应器中从可热分解的硅化合物沉积到硅种子颗粒或粒状多晶硅上。在这个沉积过程中，在流化床反应器中的温度影响气体密度和速率，所述气体密度和速率影响气体-固体系统的动力学情况和所引起的反应动力学。因此，对流化床反应器施加热以增加并且保持所提升的温度，以用于优化多晶硅的生产。控制在反应器中的温度的一个方法是在入口气体进入反应器前以受控的方式预加热入口气体，即，硅烷和稀释气体。但是，预热入口气体引起硅烷的过早分解，这导致硅在入口的沉积。因此，在工业应用中在反应器中的温度通常通过加热反应器壁控制，以防止硅烷的过早分解。已使用感应加热器系统通过加热反应器壁的方式来提升在流化床反应器中的温度。感应加热器系统大致包括导电工件头座(workhead)或线圈和在所述线圈内部的位于反应器壁周围的导电工件或感受器。交流电流通过所述线圈以产生围绕工件的强磁场。所述磁场在导电工件中产生电流、或涡(电)流，其在工件中通过电阻或焦耳加热产生热。随着交流电流通过线圈，工件在反应器壁中产生热并且增加温度。但是，用于流化床反应器的感应加热的已有系统会在反应器壁中制造热点，所述热点使流化床反应器的寿命周期降低。因此，需要提供更好的控制的感应加热器系统和方法，以便例如减少反应器壁中的热点和延长反应器的可用寿命。此
技术介绍
部分用于向读者介绍可能与在下面描述和/或写入权利要求中的本专利技术的各个方面相关的技术的各个方面。这些讨论被认为有助于向读者提供背景信息以便于本专利技术的各个方面的更好的理解。相应地，应当理解的是，这些陈述应在此思想下阅读，而非对现有技术的认可。
技术实现思路
本专利技术的第一个方面是一种用于多晶硅产品的生产的系统。所述系统包括反应腔室、感受器、感应单元和多个能量源。所述反应腔室具有反应器壁。感受器包围所述反应器壁。所述感应加热器围绕所述感受器，并且具有用于在所述感受器中产生热的多个感应线圈。所述线圈被分组成多个区域。所述多个能量源向所述线圈提供电流。每一能量源与至少一个区域的线圈相连接。本专利技术的第一个方面是一种用于在反应器中生产多晶硅产品的方法，所述反应器具有分组成多个区域的多个感应线圈和多个能量源以及一感受器。所述多个能量源中的每一个与至少一个区域的线圈连接。所述方法包括从每一能量源向至少一个区域的线圈提供电流以产生围绕线圈的电磁场。从每一能量源的电流的供应与来自另一能量源的交流电流是独立的。所述方法还包括在所述感受器中产生涡流，以及在所述感受器中产生热。存在与上述各个方面相关的所提及的各个特征的各种改进。另外的特征也可结合在上述各个方面中。这些改进和另外的特征可单独存在或以任何组合存在。例如，与任一示出的实施例相关的下述各个特征可以单独地或以任意组合的方式结合至任何上述的方面。附图说明图1是根据一个实施例的感应加热器系统的剖视图；图2是图1的感应加热器系统的单个可控制加热区域的放大视图；图3是示出温度场的图1的感应加热器系统的部分剖视图；图4是示出磁通量密度的2D等值线图的图1的感应加热器系统的部分剖视图；图5A是示出感应功率密度的2D等值线图的图1的感应加热器系统的部分剖视图；图5B是示出感应电流密度的2D等值线图的图1的感应加热器系统的部分剖视图。在附图的若干个视图中相应的附图标记表示相应的部件。具体实施方式这里所描述的实施例总体涉及用于粒状多晶体硅(多晶硅)生产的流化床反应器的感应加热的系统和方法。使用流化床反应器(FBR)的多晶硅的生产过程包括将硅烷在反应器内分解成硅和氢，然后硅在硅种子颗粒或粒状多晶硅上进行化学气相沉积。所述硅还可以通过其它反应途径沉积到硅种子颗粒上。为了增加多晶硅的生产速率，在升高的压力下操作具有直径增加的反应器壁的较大的流化床反应器。这些流化床反应器可以在相对较高的压力下操作，所述相对较高的压力在1巴以上、高达10巴或者甚至高达20巴。这些已知为高压流化床反应器(HP-FBR)。对于给定尺寸的高压流化床反应器，生产速率可随着操作压力而线性增加。但是，这些高压流化床反应器需要另外的能量以用于保持在该增加的生产速率期间的例如在420℃和650℃之间的较高温度。例如，具有20-55英寸之间的直径和3-20巴之间的操作压力的高压流化床反应器需要约50-150KW/m2的热通量。因此，所施加的热必须被控制为保持在反应器壁内的精确温度场，以防止反应器壁内的使反应器的寿命周期降低的热点。如这里所公开的，反应器壁的加热使用多区域感应加热系统来控制，所述多区域感应加热系统设计为用于沿反应器壁的长度的精确温度控制。一种用于多晶体硅生产的系统，所述系统使用在高压下操作的流化床反应器，所述高压流化床反应器具有高效感应加热器系统，所述系统总体以10标记并且在图1中示出。所述系统10包括围绕高压流化床反应器(反应器)30和感应加热器系统70的封壳20，所述感应加热器系统70具有感受器72、绝缘体80以及感应单元100。在一些实施例中，所述流化床反应器30是低压反应器并且在0和1巴之间的大气压力下或接近该大气压力下操作。流化床反应器30包括由反应器壁40包围的反应腔室32，所述反应器壁40具有内表面42和外表面44。所述反应腔室32限定底部34、顶部36和从中延伸通过的纵向轴线“LA”。所述反应器腔室32容纳有粒状多晶硅的流化床，其用于来自热分解硅烷的硅的化学气相沉积。所述反应器壁40可由石墨制成，或由提供用于有效操作的较高导热性的其它合适材料制成，并且沿着内表面42具有非污染涂层或材料，例如硅、碳化硅、或类似的非污染材料，以防止在反应腔室32中的极纯硅的污染。在一些实施例中，所述反应器壁40可具有约20英寸或更大尺寸的相对较大的直径。在另一些实施例中，反应器壁40的直径可以在40和60英寸之间，或者高达150英寸。分配器50跨反应腔室32的底部34延伸以限定下部反应腔室边界。所述分配器50具有与一个或多个气源连接的多个开口52，所述气源可包含硅烷。所述开口52沿反应腔室32的底部34提供并且分布(一种或多种)进入气体。分配器50具有抽取管54以用于从所述反应腔室32移除过程产物或多晶硅。盖部60封闭反应腔室32的顶部36以限定上部反应腔室边界。所述盖部60包括允许废气从所述反应腔室32排出的出口62。所述盖部60或反应器壁40可包括用于向反应腔室32供应原材料或未处理材料例如粒状多晶硅的入口(未示出)。向外侧间隔开的感受器90围绕反应器壁40的外表面44，所述感受器与感应单元100一起工作以产生热和向反应器壁40供应热。感应单元100将反应腔室32内的温度保持在420℃和650℃之间、450℃以上、450℃和500℃之间、或600℃和650℃之间。另外参照图2，感应单元10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产多晶体硅产品的系统，所述系统包括：具有反应器壁的反应腔室；包围所述反应器壁的感受器；围绕所述感受器的感应单元，所述感应单元具有用于在感受器中产生热的多个感应线圈，所述线圈分组成多个区域；和用于向所述线圈供应电流的多个能量源，每一能量源与至少一个区域的线圈连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.11 US 14/301,9681.一种用于生产多晶体硅产品的系统，所述系统包括：具有反应器壁的反应腔室；包围所述反应器壁的感受器；围绕所述感受器的感应单元，所述感应单元具有用于在感受器中产生热的多个感应线圈，所述线圈分组成多个区域；和用于向所述线圈供应电流的多个能量源，每一能量源与至少一个区域的线圈连接。2.根据权利要求1所述的系统，还包括在感应单元和感受器之间的绝缘体，以用于阻止从所述感受器到周围环境的热损失。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括高压流化床反应器。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述反应器壁具有至少20英寸的直径。5.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，每一区域与分立的能量源连接。6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，每一区域的线圈被分成多个子区域，其中一个区域的每一子区域与分立的能量源连接。7.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，每一区域的线圈被分成多个子区域，每一区域的至少一个子区域与同一能量源连接。8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，还包括用于屏蔽由线圈产生的杂散磁场的包围感应单元的封壳。9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中，所述线圈包括使去离子水循环以冷却线圈的贯穿感应线圈的通道。10.一种用于在反应器中生产多晶体硅产品的方法，所述反应器具有分组成多个区域的多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·托马尔，P·古普塔，S·布萨拉普，
申请(专利权)人：爱迪生太阳能公司，
类型：发明
国别省市：美国,US