电子级多晶硅还原炉制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电子级多晶硅还原炉，还原炉包括底盘和罩在底盘上的炉体，底盘上设有多对电极、多个喷嘴和至少一个排气口，多个喷嘴按由内向外半径依次增大的n层同心圆分层排列；喷嘴为直管；同心圆半径从小至大依次为第1喷嘴层、……第n喷嘴层，位于第1喷嘴层上的喷嘴出口方向与底盘垂直，位于其余喷嘴层的喷嘴出口方向朝向还原炉垂直中心线且与底盘成75～85度夹角。喷嘴新的排列方式，有效保证了还原炉内气体和温度分布均匀，降低了炉体内的流动死区和局部高温区本实用新型专利技术可以将爆米花料比例控制在0～10％，还原电耗在50～65Kw*h/Kg Si。

Electronic grade polysilicon reduction furnace

The utility model discloses an electronic grade polysilicon reduction furnace, reduction furnace comprises a furnace body and chassis cover on the chassis, the chassis is provided with a plurality of electrodes, a plurality of nozzles and at least one exhaust port, n concentric multi nozzle radius increases from the inside to the outside by the arrangement of the nozzle is straight; concentric circle radius; from small to large in the nozzle layer first,...... The N nozzle layer is located on the first nozzle layer, and the outlet direction of the nozzle is perpendicular to the chassis. The outlet direction of the nozzle located at the other nozzle layer faces the vertical centerline of the reduction furnace and has a 75~85 degree angle with the chassis. The arrangement of the new nozzle, ensure the effective reduction of the gas in the furnace and the temperature distribution inside the furnace, reduce the flow dead zone and the local high temperature area of the utility model can be expected popcorn ratio control in 0 ~ 10%, reducing power consumption in the 50 ~ 65Kw*h/Kg Si.

【技术实现步骤摘要】
电子级多晶硅还原炉
本技术涉及多晶硅还原炉，具体涉及一种电子级多晶硅还原炉。
技术介绍
多晶硅还原炉是改良西门子法的核心反应器，同时还原炉也是多晶硅生产过程中主要的耗电装置。多晶硅还原过程是一个高耗能的过程，能量消耗主要为硅棒向还原炉壁面辐射的能量、尾气中带走的热量以及化学反应消耗的能量，其中还原炉壁面冷却水带走的热量占整个还原电耗的40％以上。多晶硅还原炉内的硅棒通过电流加热后温度升高到1000～1200℃，三氯氢硅(TCS)和氢气的混合气以一定的流量流入到还原炉内，并在硅棒表面发生复杂的反应并沉积出高纯多晶硅。还原炉内混合气体的流动情况复杂，受到很多因素的影响，其中喷嘴的结构和排布方式是最主要的影响因素。目前电子级多晶硅生产多采用12对棒，还原炉喷嘴排布方式多采用1+8型式，即还原炉底盘中心处放置一个喷嘴和外围分布8个喷嘴，其中中间喷嘴的直径为外围喷嘴的4-5倍，所有喷嘴的方向与底盘垂直。这种排布方式可以保证还原炉中心气量充足，使混合气可以在整个炉体内循环；但气体会过度集中在还原炉中部，还原炉内容易存在大量的气流死区且炉内的温度分布不均，这将导致部分硅棒生成爆米花料，杂质会吸附在多孔性爆米花料中，同时局部高温区容易产生气相成核，生成硅粉。这些因素均不利于生产电子级多晶硅。CN202131107U公开了一种多晶硅还原炉异型喷嘴，所述喷嘴为管道，所述的管道为直管，所述喷嘴口与垂直方向呈0～60度，可以很好改善还原炉内部气体流场的均匀与稳定，提高多晶硅生产质量。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有技术中电子级多晶硅生产过程中爆米花料比例高和能耗高的问题，本技术提供了一种电子级多晶硅还原炉。技术方案：本技术所述一种电子级多晶硅还原炉，包括底盘和罩在所述底盘上的钟罩式炉体，所述底盘上设有多对电极、多个喷嘴和至少一个排气口，所述多个喷嘴按由内向外半径依次增大的n层同心圆分层排列，其中n为2或3；所述同心圆以所述底盘中心为中心点，所述喷嘴为直管；同心圆半径从小至大依次为第1喷嘴层、……第n喷嘴层，位于第1喷嘴层上的喷嘴出口方向与所述底盘垂直，位于其余喷嘴层的喷嘴出口方向朝向还原炉垂直中心线且与所述底盘成75～85度夹角。所述第1喷嘴层的喷嘴内径为10～15mm，所述其余喷嘴层的喷嘴内径为5～10mm。第1喷嘴层的喷嘴内径略大于外层喷嘴层的喷嘴内径，保证了还原炉中心的气体流量。所述多对电极按由内向外半径依次增大的m层同心圆分层排列，其中m为2或3，所述同心圆以所述底盘中心为中心点，同心圆半径从小至大依次为第1电极层、……第m电极层，喷嘴层和电极层交错排列，第1喷嘴层位于第1电极层和底盘中心之间。所述m为2，所述多对电极为12对电极，第1电极层均匀分布4对电极，所述4对电极形成第1正方形，第2电极层均匀分布8对电极；所述n为2，所述多个喷嘴为8个，第1喷嘴层和第2喷嘴层分别均匀分布4个喷嘴，所述第1喷嘴层的4个喷嘴形成第2正方形，所述第2喷嘴层的4个喷嘴形成第3正方形；所述第1正方形、第2正方形和第3正方形的4条边相互平行。所述第1喷嘴层的半径比第1电极层的半径小50～75mm，所述第2喷嘴层的半径为第1电极层和第2电极层的半径平均值。所述m为3，所述多对电极为24对电极，第1电极层均匀分布4对，所述4对电极形成第1正方形，第2电极层均匀分布8对电极，第3电极层均匀分布12对电极；所述n为3，所述多个喷嘴为16个，第1喷嘴层和第2喷嘴层分别均匀分布4个喷嘴，第3喷嘴层均匀分布8个喷嘴，所述第1喷嘴层的4个喷嘴形成第2正方形，所述第2喷嘴层的4个喷嘴形成第3正方形；所述第1正方形、第2正方形和第3正方形的4条边相互平行。所述第1喷嘴层的半径比第1电极层的半径小50～75mm，所述第2喷嘴层的半径为第1电极层和第2电极层半径的平均值，所述第3喷嘴层的半径为第2电极层和第3电极层半径的平均值。所述炉体的材质为银钢复合板。主体材质为不锈钢，在不锈钢的表面涂上一层银，银层的厚度约为0.7～0.9mm，银表面经过抛光处理后热辐射率约为0.01～0.05，采用这种可以大大降低硅棒与炉筒间的辐射热量，减小还原电耗；同时银层将不锈钢与反应气体隔离开，在一定程度上可以防止金属杂质扩散到反应气体中。所述喷嘴与所述底盘螺纹连接，所述螺纹10的外径为20～25mm。所述至少一个排气口设在第1喷嘴层和第1电极层之间。其中，所述炉体设有冷却夹套以供冷却介质从其中流过。所述冷却介质可以为常规的冷却水或导热油，优选为冷却水。所述炉体和底盘的连接方式为法兰连接；所述炉体设有至少一个观察窗。所述炉体包括封头和筒身，所述筒身高度为4.1～4.9m，优选为4.4m。所述底盘的直径为1.6～1.95m，优选为1.8m。所述底盘由不锈钢材料制成，并且所述底盘设有冷却夹套以供冷却介质从其中流过。所述冷却介质可以为常规的冷却水或导热油，但并不限于此。所述每对电极上装有硅棒。每个电极上放置一根硅棒，每两根硅棒通过硅芯桥接串联成一对硅棒，初期每两对硅棒串联成一路，两路通过并联形成一相，中后期每4对硅棒串联形成一相。硅棒表面的温度通过高温红外测温仪进行测量并传输到集散控制系统(DCS系统)，通过调整电流大小将硅棒表面温度控制在设定温度。所述喷嘴与进气管相连，喷嘴通过螺栓固定在底盘的进气孔上。工作原理：本技术提出了一种新的喷嘴排列方式，第1喷嘴层的内径大于其余层喷嘴的内径，第1喷嘴层的喷嘴出口方向与所述底盘垂直，其余喷嘴层的喷嘴出口方向朝向还原炉垂直中心线且与所述底盘成75～85度夹角，第1喷嘴层原料气以垂直底盘的方向、其余喷嘴层原料气以一定倾斜角度进入还原炉内，原料气最终在还原炉中间汇集进入还原炉顶部，最终实现气体在还原炉内的整体循环。有益效果：(1)还原炉新的喷嘴排列方式，有效保证了还原炉内气体和温度分布均匀，大大降低炉体内存在的流动死区和局部高温区；还原炉内除了少数区域气速较慢以外，大部分区域的气速在5～10m/s，这个区间的气速既可以降低硅棒表面的爆米花率，又不至于由于气速过快而导致倒棒和能耗增加；(2)炉壁采用银钢复合板可大大降低硅棒与炉筒间的辐射热量，减小还原电耗。可以将多晶硅生产时爆米花料比例控制在0～10％，还原电耗在50～65Kw*h/KgSi，还原电耗远低于国家标准中对电子级多晶硅还原电耗的要求。附图说明图1为还原炉第1层和第2层喷嘴剖视示意图；图2为还原炉底盘电极、喷嘴排布示意图(12对硅棒)；图3为第1层喷嘴的正视图；图4为第1层喷嘴的俯视图；图5为第2层喷嘴的正视图；图6为第2层喷嘴的俯视图；图7为还原炉内气体流速分布图；图8为还原炉底盘电极、喷嘴排布示意图(24对硅棒)；图9为传统还原炉底盘电极、喷嘴排布示意图。具体实施方式本技术涉及电子级多晶硅还原炉的一种改进，具体涉及喷嘴结构和排布方式的改进。下面结合附图1-9和实施例作进一步详细描述。实施例1参见图1-7，其中，1为底盘，2为还原炉炉体，3为内层喷嘴，4为外层喷嘴，5为内层电极，6为外层电极，7为排气口，8为内层喷嘴气相通道，9为外层喷嘴气相通道，10为螺纹。电子级多晶硅还原炉包括底盘1、罩在所述底盘上的钟罩式炉体2，所述底盘上设有多对电极、多个喷嘴和一个排本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子级多晶硅还原炉，包括底盘和罩在所述底盘上的钟罩式炉体，所述底盘上设有多对电极、多个喷嘴和至少一个排气口，其特征在于，所述多个喷嘴按由内向外半径依次增大的n层同心圆分层排列，其中n为2或3；所述同心圆以所述底盘中心为中心点，所述喷嘴为直管；同心圆半径从小至大依次为第1喷嘴层、……第n喷嘴层，位于第1喷嘴层上的喷嘴出口方向与所述底盘垂直，位于其余喷嘴层的喷嘴出口方向朝向还原炉垂直中心线且与所述底盘成75～85度夹角。

【技术特征摘要】
1.一种电子级多晶硅还原炉，包括底盘和罩在所述底盘上的钟罩式炉体，所述底盘上设有多对电极、多个喷嘴和至少一个排气口，其特征在于，所述多个喷嘴按由内向外半径依次增大的n层同心圆分层排列，其中n为2或3；所述同心圆以所述底盘中心为中心点，所述喷嘴为直管；同心圆半径从小至大依次为第1喷嘴层、……第n喷嘴层，位于第1喷嘴层上的喷嘴出口方向与所述底盘垂直，位于其余喷嘴层的喷嘴出口方向朝向还原炉垂直中心线且与所述底盘成75～85度夹角。2.根据权利要求1所述的一种电子级多晶硅还原炉，其特征在于，所述第1喷嘴层的喷嘴内径为10～15mm，所述其余喷嘴层的喷嘴内径为5～10mm。3.根据权利要求1所述的一种电子级多晶硅还原炉，其特征在于，所述多对电极按由内向外半径依次增大的m层同心圆分层排列，其中m为2或3，所述同心圆以所述底盘中心为中心点，同心圆半径从小至大依次为第1电极层、……第m电极层，喷嘴层和电极层交错排列，第1喷嘴层位于第1电极层和底盘中心之间。4.根据权利要求3所述的一种电子级多晶硅还原炉，其特征在于，所述m为2，所述多对电极为12对电极，第1电极层均匀分布4对电极，所述4对电极形成第1正方形，第2电极层均匀分布8对电极；所述n为2，所述多个喷嘴为8个，第1喷嘴层和第2喷嘴层分别均匀分布4个喷嘴，所述第1喷嘴层的4个喷嘴形成第2正方形，所述第2喷嘴层的4个喷嘴形成第3正方形；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高召帅，李钊，吴锋，于跃，吴鹏，
申请(专利权)人：江苏鑫华半导体材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32