电极以及包括该电极的多晶硅还原气相沉积炉制造技术

一种用于多晶硅还原气相沉积炉的电极，电极包括电极本体，在电极本体中设置有气体管道。一种包括该电极的多晶硅还原气相沉积炉中设置有硅芯组件，硅芯组件包括第一本体、第二本体和连接在第一本体和第二本体之间的连接部，第一本体和第二本体均为空心管状的，且连接有上述电极，冷却气体可通过电极的气体管道进入中空的第一本体和/或第二本体内部。上述电极和包括该电极的多晶硅还原气相沉积炉能够提高硅的生长速率，并且还减少能耗。并且还减少能耗。并且还减少能耗。

【技术实现步骤摘要】
电极以及包括该电极的多晶硅还原气相沉积炉


[0001]本技术涉及多晶硅的制造，具体涉及进行多晶硅的气相沉积的气相沉积炉中的电极的改进。

技术介绍

[0002]在我国提出在2030年碳达峰、2060年达到碳中和的背景下，对新能源的需求将日益上升。太阳能发电是新能源的一个重要组成部分，在“双碳”目标的需求背景下，预计太阳能发电的比例将从目前的不到4％提升到40％，因此光伏太阳能产业将迎来长足发展。
[0003]目前，太阳能发电的成本已经低于火电的成本。太阳能发电设备的制造商仍在节能降耗方面进行积极探索，以进一步降低太阳能发电的成本。太阳能发电设备的一种主要工序是多晶硅生产，其中改良西门子法是多晶硅生产的主流工艺。在多晶硅的制造方法中，将气态的三氯氢硅(TCS)和氢气以一定的比例通入到气相沉积(CVD)炉中，在设置在气相沉积炉中的硅芯上发生气相沉积，由此生成高纯度的多晶硅。在气相沉积反应过程中，所吸收的热量仅占输入热量的5％左右，其它的热量则通过炉筒水、底盘水、高温尾气等被带离气相沉积炉。
[0004]图1示出了一种目前常用的气相沉积炉1的剖视图，其中该气相沉积炉1 包括炉筒2，在炉筒2所围成的炉内空间中容纳有多个硅芯3，这些硅芯3通常是实心硅棒。在硅芯3上、例如在硅芯3的底部连接有电极4。电极4对硅芯3进行加热，从而硅芯3被加热到气相沉积温度，例如通常加热到1100℃，由此，在硅芯3上发生气相沉积。在气相沉积炉1的底盘上还设置有多个喷嘴 5，氢气和TCS的混合气体从这些喷嘴喷入到炉内空间中，在被加热到预定温度的硅芯3的表面上发生还原性的气相沉积。反应后生成的还原尾气从设置在底盘上的尾气出口流出气相沉积炉1。
[0005]图2示出了安装在图1的气相沉积炉1中的电极4的剖视图。其中，该电极4通常为铜电极，其包括电极本体41，该电极本体41的外表面上形成有至少一个电极密封部42，在将电极本体41安装到气相沉积炉的底盘中时，电极密封部42可起到使炉内空间对于外部密封的作用。电极4的内部设置有冷却水通道，在冷却水通道上设置有冷却水入口43和冷却水出口44。在电极4通电而对硅芯3进行加热时，冷却水从冷却水入口43流入电极4中，以对电极4 进行冷却，在吸收了电极4的热量之后，温度升高的冷却水可从冷却水出口44 排出。
[0006]对于上述现有的气相沉积炉的结构，在运行过程中发现存在如下的一些问题：首先，硅芯的初始表面积比较小，因而至少在硅的气相沉积的初始阶段硅的生长速度较慢；其次，随着硅芯的直径生长到一定的程度之后，由于硅芯是从内向外由电极4来加热的，因此为了在外表面维持所需的气相沉积温度，需要增加电极电流，导致硅芯内部的温度过高，例如在硅芯外表面温度处于 1100℃的气相沉积温度下时，硅芯的内部温度有时可达到1250℃，而且在这种情况下，气相沉积炉的整体运行能耗也会增加。
[0007]因此，存在对气相沉积炉的结构进行进一步改进的需求，以提高硅沉积的速度，并且还能降低气相沉积炉的电耗。

技术实现思路

[0008]本技术是为了解决以上所述现有技术的气相沉积炉所存在的问题而做出的。本技术的目的是提供一种新型的多晶硅还原气相沉积炉及其电极的结构，其能够提高该多晶硅还原气相沉积炉中的硅的生长速率，并且还能够减少该多晶硅还原气相沉积炉的电耗。
[0009]本技术提供一种用于多晶硅还原气相沉积炉的电极，该电极包括电极本体，电极本体内部设置有冷却组件，冷却组件包括冷却水管道，冷却水管道设置有电极冷却水入口和电极冷却水出口。其中，电极还包括设置在电极本体内部的气体管道，气体管道的下端形成有电极气体进口，并且，电极本体的顶部设置有开口，以形成电极气体出口，气体管道的上端与电极气体出口连通，由此，气体可从电极气体进口流入气体管道，并从电极气体出口流出。
[0010]较佳地，冷却水管道设置在气体管道周围。
[0011]进一步较佳地，在冷却水管道和气体管道之间设置有隔热层，以防止冷却水管道中的冷却水对气体管道中的气体产生影响。
[0012]在一种具体结构中，电极冷却水入口和电极冷却水出口设置在冷却水管道的下部，冷却水管道从电极冷却水入口开始向上延伸，在电极的顶部处或顶部附近转过180
°
，然后向下延伸到电极冷却水出口。
[0013]进一步地，电极本体由铜制成。另外，气体管道和冷却水管道可由不锈钢制成。
[0014]本技术还涉及一种多晶硅还原气相沉积炉，该多晶硅还原气相沉积炉包括炉筒和底盘，炉筒和底盘一起封围出炉膛，炉膛中设置有：至少一个硅芯组件，硅芯组件包括第一本体、第二本体和连接在第一本体和第二本体之间的连接部，其中第一电极穿过底盘与第一本体连接，第二电极穿过底盘与第二本体连接；以及多个喷嘴，用于进行气相沉积的工艺气体从喷嘴喷入到炉膛中。在本技术中，第一本体为空心的，在第一本体中形成有从第一本体的下端延伸到第一本体的上端的第一空腔，在第一本体的上端形成有第一硅芯气体出口，且第一电极为如上所述的电极，且第一电极与第一本体的下端连接，且第一电极的电极气体出口与第一空腔连通。替代地或附加地，第二本体也为空心的，在第二本体中形成有从第二本体的下端延伸到第二本体的上端的第二空腔，在第二本体的上端形成有第二硅芯气体出口，且第二电极为如上所述的电极，且第二电极与第二本体的下端连接，且第二电极的电极气体出口与第二空腔连通。
[0015]上述多晶硅还原气相沉积炉中的硅芯组件和电极的独特结构相协作，使得在多晶硅的气相沉积过程中，可以通过电极的气体管道将诸如氢气、氢气和三氯氢硅的混合气体等输送到硅芯组件的呈中空管状结构的第一本体和/或第二本体内部。这样，通过对硅芯组件的两个本体的内表面进行冷却，使得内表面处的热流密度降低，进而使外表面的热流密度上升，从而促进多晶硅在外表面上的生长速度。而在通入硅芯组件内部的气体包括氢气和三氯氢硅的情况下，在内外表面上都可进行多晶硅的气相沉积，从而反应面积倍增，进一步提高了多晶硅的生产效率。而且，生产过程中的能耗也下降。
[0016]在一种具体结构中，包括多个硅芯组件，这些硅芯组件沿着多晶硅还原气相沉积炉的周向以均匀的间隔布置。
[0017]较佳地，第一本体的直径为40～200mm，且呈空心管状的第一本体的壁厚为1～
10mm。同样，第二本体也可以是直径为40～200mm，且呈空心管状的第二本体的壁厚为1～10mm。
附图说明
[0018]附图中示出了本技术的非限制性的较佳实施结构，结合附图，可使本技术的特征和优点更加明显。其中：
[0019]图1示出了一种现有技术的多晶硅还原气相沉积炉的剖视图。
[0020]图2示出了图1的多晶硅还原气相沉积炉中的电极的剖视图。
[0021]图3示出了本技术的多晶硅还原气相沉积炉的剖视图。
[0022]图4示出了图3的多晶硅还原气相沉积炉的底盘的俯视图。
[0023]图5示出了图3的多晶硅还原气相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极，所述电极用于多晶硅还原气相沉积炉，所述电极包括电极本体，所述电极本体内部设置有冷却组件，所述冷却组件包括冷却水管道，所述冷却水管道设置有电极冷却水入口和电极冷却水出口，其特征在于，所述电极还包括设置在所述电极本体内部的气体管道，所述气体管道的下端形成有电极气体进口，并且，所述电极本体的顶部设置有开口，以形成电极气体出口，所述气体管道的上端与所述电极气体出口连通，由此，气体可从电极气体进口流入气体管道，并从电极气体出口流出。2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述冷却水管道设置在所述气体管道周围。3.如权利要求2所述的电极，其特征在于，在所述冷却水管道和所述气体管道之间设置有隔热层。4.如权利要求2所述的电极，其特征在于，所述电极冷却水入口和所述电极冷却水出口设置在所述冷却水管道的下部，所述冷却水管道从所述电极冷却水入口开始向上延伸，在所述电极的顶部处或顶部附近转过180
°
，然后向下延伸到所述电极冷却水出口。5.如权利要求2所述的电极，其特征在于，所述电极本体由铜制成，和/或所述气体管道和所述冷却水管道由不锈钢制成。6.一种多晶硅还原气相沉积炉，所述多晶硅还原气相沉积炉包括炉筒和底盘，所述炉筒和所述底盘一起封围出炉膛，所述炉膛中设置有：至少一个硅芯组件，所述硅芯组件包括第一本体、第二本体和连接在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：严钧，许倍强，李志文，唐立星，
申请(专利权)人：山东豪迈机械制造有限公司，
类型：新型
国别省市：