一种多晶硅还原炉制造技术

本发明专利技术公开了一种多晶硅还原炉，包括有炉体、底盘和电极，还原炉的内部分成热气流层、晶硅生长区及冷气流层三个区域，冷气流层位于还原炉的底部，其与底盘相接；在底盘设置有氢气喷嘴，通过氢气喷嘴朝还原炉喷射氢气气流形成冷气流层；热气流层位于还原炉的顶部，热气流层底部与硅棒顶部的距离为100‑500mm。本发明专利技术具有以下优点：第一，多晶硅硅棒高度低于还原炉顶部热气流层，避免硅棒暴露在顶部热气流层而导致硅棒横梁熔断、生长菜花料；第二，多晶硅生长区气相及多晶硅棒温度均保持在适合物料反应、沉积的温度，可以产出具有高品质的多晶硅整棒；第三，冷气流层可使还原炉底部始终保持在低温状态，阻止物料沉积在磁环、石墨底座及电极上。

A polysilicon reduction furnace

【技术实现步骤摘要】
一种多晶硅还原炉
本专利技术涉及多晶硅生产
，具体涉及一种多晶硅还原炉。
技术介绍
改良西门子法是国际上生产多晶硅的主流技术，其核心设备为还原炉，还原炉的工作原理是通过通电高温硅芯将三氯氢硅与氢气的混和气体反应生成多晶硅并沉积在硅芯上，最终产物是沉积在硅芯上的多晶硅，产品最终以多晶硅棒的形式从还原炉中采出。多晶硅还原炉的反应物料从底盘进，反应尾气亦从底盘出，该进出气方式虽然有助于物料的混合及延长物料的停留时间，但是也导致还原炉顶部和底部温度过高，而还原炉顶部和底部温度的过高会影响还原炉的正常运行。顶部温度过高一方面会使硅芯熔断，导致启炉失败；另一方面会使顶部物料沉积速率过快，导致爆米花料的形成。而底部温度过高一方面会使绝缘磁环表面结硅，进而增加还原炉接地跳停的风险，以及导致物料的损失，由于硅和绝缘磁环具有不同的弹性模量，所以表面结硅的磁环极易崩裂损坏；另一方面底部温度过高会使有机绝缘材料碳化，进而导致产品污染以及维护成本的增加。另外，还原炉运行过程中一部分物料会在气相环境中分解产生不定型硅，不定型硅(即硅粉)会富集在底盘表面，富集在底盘表面的不定型硅会增加底盘的黑底系数，进而导致炉内热量的损失，此外富集的不定型硅会在高温下团聚，进而亦会增加还原炉接地跳停的风险。综上所述，现有多晶硅还原炉存在结构设计缺陷，上述缺陷不仅影响多晶硅产品品质，还严重影响着还原炉的稳定运行，因此如何优化多晶硅还原炉结构，使其能够解决前述存在的问题成为当前需要急需解决的课题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可实现多晶硅还原炉的稳定运行、高品质多晶硅棒的产出以及降低多晶硅生产成本的多晶硅还原炉。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种多晶硅还原炉，包括有炉体、底盘和电极，炉体安装于底盘上，电极位于炉体中并安装于底盘上，底盘上设置有进气口和出气口，硅棒生长于电极上，其特征在于：通过对炉体高度参数及炉体内部温度参数的控制，将该还原炉的内部分成热气流层、晶硅生长区及冷气流层三个区域，其中，冷气流层位于还原炉的底部，其与底盘相接；冷气流层由自底盘朝上喷出的氢气气流形成，在底盘设置有若干氢气喷嘴，氢气喷嘴对接有氢气供气机构，通过氢气喷嘴朝还原炉喷射氢气气流将冷气流层的温度控制在200-600℃之间；通过氢气喷嘴喷出的氢气将富集在底盘表面的硅粉保持在流化状态，处于流化状态的硅粉以其更大的表面积充当热反射载体，对炉体内部的热量进行反射补充而降低还原炉热量的损失；另外，低温冷气流层中的低温氢气使底部硅粉处于流化状态，使硅粉不会富集在底盘上，底盘可以始终保持较低的黑度系数；热气流层位于还原炉的顶部，热气流层通过将还原炉顶部与硅棒顶部的距离设置为1000-1500mm，而形成热气流层底部与硅棒顶部的距离为100-500mm，此距离可形成硅棒远离热气流层的结构；晶硅生长区位于热气流层与冷气流层之间，硅棒生长于该晶硅生长区内，晶硅生长区的气相温度控制为800-900℃；硅棒温度保持在1000-1200℃，最优为1000℃。进一步地，所述冷气流层自底盘上表面朝上延伸的高度为50-200mm，冷气流层中200-600℃的低温氢气占整个冷气流层的至少90％。进一步地，所述氢气喷嘴均匀安装在底盘内部，且氢气喷嘴的顶部与底盘的内表面相互齐平；氢气喷嘴的直径为2-5mm。进一步地，所述氢气喷嘴的喷口处安装有筛网，所述筛网的筛孔直径为0.05-0.1mm，所述筛网采用高镍铬奥氏体不锈钢制成。进一步地，所述底盘的内表面喷涂有热反射涂层，所述热反射涂层为银涂层，以将热量反射至晶硅生长区。优选地，所述炉体的顶部为穹顶结构，炉体顶部与硅棒顶部的距离为1200-1300mm，晶硅生长区的气相温度控制为850℃；所述冷气流层的高度为100mm，其温度保持在300-500℃。本专利技术针对现有多晶硅还原炉结构缺陷，创造性地通过设置不同的参数而将还原炉内部分为三个工作区域，分别是顶部的热气流层、中部的晶硅生长区以及底部的冷气流层，如此可以达到以下效果：第一，多晶硅硅棒高度低于还原炉顶部热气流层，如此避免了硅棒暴露在顶部热气流层而导致硅棒横梁熔断、生长菜花料的问题；第二，中部多晶硅生长区气相及多晶硅棒温度均保持在适合物料反应、沉积的温度，可以保障多晶硅棒整体均匀生长，进而产出具有高品质的多晶硅整棒；第三，底部冷气流层可以使还原炉底部始终保持在低温状态，底部的低温氢气环境可以阻止物料沉积在磁环、石墨底座及电极上，可以降低物料的损失，提高磁环等部件的使用寿命，节省磁环等部件的清理成本，同时大幅降低还原炉接地跳停率，保障还原炉的稳定运行。现有多晶硅还原炉运行时，底盘会被硅粉覆盖，增加了底盘黑度系数，使得大量热量通过底盘损失，本专利技术采用底部冷气流喷嘴喷出的氢气可以使硅粉保持在流化状态，处于流化状态的硅粉具有高的表面积，可以充当热反射载体，进而降低还原炉热量损失。本专利技术技术中底盘硅粉始终处于流化状态，因此底盘可以始终保持低的黑度系数，而具有银涂层的底盘可以进一步降低底盘黑度系数，进而大幅提升底盘热反射效率，降低还原炉热量损失，实现还原炉的节能运行。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图中，1为炉体，2为底盘，3为电极，4为硅棒，5为出气口，6为氢气喷嘴，7为物料气流，8为热气流层，9为晶硅生长区，10为冷气流层，11为硅粉，12为氢气气流。具体实施方式本实施例中，参照图1，所述多晶硅还原炉，包括有炉体1、底盘2和电极3，炉体1安装于底盘2上，电极3位于炉体1中并安装于底盘2上，底盘2上设置有进气口和出气口5，硅棒生4长于电极3上；通过对炉体1高度参数及炉体1内部温度参数的控制，将该还原炉的内部分成热气流层8、晶硅生长区9及冷气流层10三个区域，其中，冷气流层10位于还原炉的底部，其与底盘2相接；冷气流层10由自底盘2朝上喷出的氢气气流12形成，在底盘2设置有若干氢气喷嘴6，氢气喷嘴6对接有氢气供气机构，通过氢气喷嘴6朝还原炉喷射氢气气流12将冷气流层10的温度控制在200-600℃之间；通过氢气喷嘴6喷出的氢气将富集在底盘2表面的硅粉11保持在流化状态，处于流化状态的硅粉11以其更大的表面积充当热反射载体，对炉体1内部的热量进行反射补充而降低还原炉热量的损失；另外，低温冷气流层10中的低温氢气使底部硅粉11处于流化状态，使硅粉11不会富集在底盘2上，底盘2可以始终保持较低的黑度系数；热气流层8位于还原炉的顶部，热气流层8通过将还原炉顶部与硅棒4顶部的距离设置为1000-1500mm，从而形成热气流层8底部与硅棒4顶部的距离为100-500mm，此距离可形成硅棒远离热气流层8的结构；物料气流7从底盘2的进气口进入炉体1后一直通到热气流层8，在晶硅生长区9反应后最后从底盘2的出气口5排出还原炉。晶硅生长区9位于热气流层8与冷气流层10之间，硅棒4生长于该晶硅生长区9内，晶硅生长区9的气相温度控制为800-900℃；硅棒4的温度保持在1000-1200℃，最优为1000℃。所述冷气流层10自底盘2上表面朝上延伸的高度为50-200mm，冷气流层10中200-600℃的低温氢气占整个冷气流层10的至少90％。所述氢气喷嘴6均匀安装在底盘2内部，且氢气喷嘴6的顶部与底盘2的内表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅还原炉，包括有炉体、底盘和电极，炉体安装于底盘上，电极位于炉体中并安装于底盘上，底盘上设置有进气口和出气口，硅棒生长于电极上，其特征在于：通过对炉体高度参数及炉体内部温度参数的控制，将该还原炉的内部分成热气流层、晶硅生长区及冷气流层三个区域，其中，冷气流层位于还原炉的底部，其与底盘相接；冷气流层由自底盘朝上喷出的氢气气流形成，在底盘设置有若干氢气喷嘴，氢气喷嘴对接有氢气供气机构，通过氢气喷嘴朝还原炉喷射氢气气流将冷气流层的温度控制在200‑600℃之间；通过氢气喷嘴喷出的氢气将富集在底盘表面的硅粉保持在流化状态，处于流化状态的硅粉以其更大的表面积充当热反射载体，对炉体内部的热量进行反射补充而降低还原炉热量的损失；热气流层位于还原炉的顶部，热气流层通过将还原炉顶部与硅棒顶部的距离设置为1000‑1500mm，而形成热气流层底部与硅棒顶部的距离为100‑500mm，形成硅棒远离热气流层的结构；晶硅生长区位于热气流层与冷气流层之间，硅棒生长于该晶硅生长区内，晶硅生长区的气相温度控制为800‑900℃。

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅还原炉，包括有炉体、底盘和电极，炉体安装于底盘上，电极位于炉体中并安装于底盘上，底盘上设置有进气口和出气口，硅棒生长于电极上，其特征在于：通过对炉体高度参数及炉体内部温度参数的控制，将该还原炉的内部分成热气流层、晶硅生长区及冷气流层三个区域，其中，冷气流层位于还原炉的底部，其与底盘相接；冷气流层由自底盘朝上喷出的氢气气流形成，在底盘设置有若干氢气喷嘴，氢气喷嘴对接有氢气供气机构，通过氢气喷嘴朝还原炉喷射氢气气流将冷气流层的温度控制在200-600℃之间；通过氢气喷嘴喷出的氢气将富集在底盘表面的硅粉保持在流化状态，处于流化状态的硅粉以其更大的表面积充当热反射载体，对炉体内部的热量进行反射补充而降低还原炉热量的损失；热气流层位于还原炉的顶部，热气流层通过将还原炉顶部与硅棒顶部的距离设置为1000-1500mm，而形成热气流层底部与硅棒顶部的距离为100-500mm，形成硅棒远离热气流层的结构；晶硅生长区位于热气流层与冷气流层之间，硅棒生长于该晶硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝顺，宗冰，吉红平，何乃栋，陈聪，王体虎，
申请(专利权)人：亚洲硅业青海有限公司，
类型：发明
国别省市：青海,63