NO20231208A1 - Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en hvirvelsjiktreaktor - Google Patents
Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en hvirvelsjiktreaktor Download PDFInfo
- Publication number
- NO20231208A1 NO20231208A1 NO20231208A NO20231208A NO20231208A1 NO 20231208 A1 NO20231208 A1 NO 20231208A1 NO 20231208 A NO20231208 A NO 20231208A NO 20231208 A NO20231208 A NO 20231208A NO 20231208 A1 NO20231208 A1 NO 20231208A1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- approx
- bar
- reaction chamber
- less
- hour
- Prior art date
Links
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical group [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 108
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 title claims description 107
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 50
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 18
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 title claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 207
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 165
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 93
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 33
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 claims description 27
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 16
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 14
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 6
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 6
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 6
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 5
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 5
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001362 Ta alloys Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N dichlorosilane Chemical compound Cl[SiH2]Cl MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 235000020030 perry Nutrition 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
- C01B33/03—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition of silicon halides or halosilanes or reduction thereof with hydrogen as the only reducing agent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
- B01J6/008—Pyrolysis reactions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
- C01B33/029—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition of monosilane
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/30—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a fluidised bed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G2202/00—Combustion
- F23G2202/30—Combustion in a pressurised chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G2209/00—Specific waste
- F23G2209/14—Gaseous waste or fumes
- F23G2209/142—Halogen gases, e.g. silane
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
Produksjonavpolykrystallinsksilisium vedtermisk nedbrytning avsilani en hvirvelsjiktreaktor
Kryssreferanse til relatert søknad
Denne søknad krever prioritet fra U.S. Provisional Application No. 61/541 642 innlevert 30. september 2011, og som innlemmes heri ved referanse.
Bakgrunn
Tema for denne fremleggelse er relatert til fremgangsmåter for å produsere polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan, og spesielt fremgangsmåter som involverer termisk nedbrytning av silan i en virvelsjiktreaktor som driftes ved reaksjonsbetingelser som resulterer i høye produksjonshastigheter relativt til konvensjonelle produksjonsprosesser.
Polykrystallinsk silisium er et viktig råstoff anvendt i produksjon av mange kommersielle produkter inkludert for eksempel integrerte kretser og fotovoltaiske (dvs. sol) celler. Polykrystallinsk silisium blir ofte produsert ved en kjemisk dampdeponeringsmekanisme hvor silisium deponeres fra en termisk nedbrytbar silisiumforbindelse ned på silisiumpartikler i en virvelsjiktreaktor. Kimpartiklene gror kontinuerlig i størrelse inntil de forlater reaktoren som et polykrystallinsk silisiumprodukt (dvs. «granulært» polykrystallinsk silisium). Egnede nedbrytbare silisiumforbindelser inkluderer for eksempel silan og halosilaner så som diklorsilan og triklorsilan.
I mange virvelsjiktreaktorsystemer og spesielt i systemer hvor materialet i fluidfasen nedbrytes kjemisk for å danne et fastfasemateriale slik som i produksjonssystemer for polykrystallinsk silisium, kan det faste materialet deponeres på reaktorveggene. Veggdeponeringene kan ofte endre reaktorgeometrien og redusere reaktorens ytelser. Videre kan deler av veggdeponeringene løsne fra reaktorveggen og falle til reaktorbunnen. Reaktoren må ofte stenges for å fjerne løsnede deponeringer. For å unngå uønsket reaktorstans må deponeringene regelmessig etses bort fra reaktorveggen og reaktoren må deretter renses, noe som reduserer reaktorens produktivitet. Etsningsoperasjonene kan forårsake stress på reaktorsystemet pga. termiske sjokk eller forskjeller i termisk ekspansjon eller kontraksjon som kan resultere i sprekkdannelse i reaktorveggen og som kan medføre at enheten må skiftes ut. Disse problemene er spesielt alvorlige i virvelsjiktreaktorer anvendt for produksjon av polykrystallinsk silisium. Tidligere forsøk på å redusere avsetningen av faststoffer på reaktorveggene har resultert i redusert reaktorproduktivitet (dvs. mindre konverteringsgrad av silan til polykrystallinsk silisium) og involverer relativt større reaksjonssoner for å oppnå den samme produktiviteten som konvensjonelle fremgangsmåter.
Det er derfor et vedvarende behov for fremgangsmåter for å produsere polykrystallinsk silisium som begrenser eller reduserer mengden avsetninger på reaktoren men som resulterer i en forbedret produktivitet sammenlignet med konvensjonelle fremgangsmåter.
Oppsummering
Et aspekt av foreliggende fremleggelse er rettet mot en fremgangsmåte for å produsere polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en virvelsjiktreaktor som har et reaksjonskammer. Reaksjonskammeret har et tverrsnitt gjennom hvilket en mategass passerer. Virvelsjiktreaktoren produserer minst 100 kg/time polykrystallinsk silisium per kvadratmeter av reaktorens tverrsnitt. En eller flere mategasser, hvor en eller flere omfatter silan, innføres i reaksjonskammeret. Den totale konsentrasjonen av silan i mategassen som mates inn i reaksjonskammeret er mindre enn ca. 15 volum-%. Trykket i reaksjonskammeret er minst ca. 3 bar. Silan nedbrytes termisk i reaksjonskammeret for å deponere en mengde silisium på silisiumpartiklene.
Et annet aspekt av foreliggende fremleggelse er rettet mot en fremgangsmåte for å produsere polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en virvelsjiktreaktor som har et reaksjonskammer. Reaksjonskammeret har et kjerneområde, et perifert område og et tverrsnitt gjennom hvilket mategass passerer. Virvelsjiktreaktoren produserer minst 100 kg/time polykrystallinsk silisium per kvadratmeter av reaktorens tverrsnitt. En første mategass omfattende silan innføres i kjerneområdet til reaksjonskammeret. Reaksjonskammeret inneholder silisiumpartikler og den første mategassen inneholder mindre enn ca. 20 volum-% silan. Silan nedbrytes termisk i reaksjonskammeret for å deponere en mengde silisium på silisiumpartiklene. En andre mategass innføres i det perifere området til reaksjonskammeret. Konsentrasjonen av silan i den første mategassen er høyere enn i den andre mategassen, og trykket i reaksjonskammeret er minst ca. 3 bar.
Et ytterligere aspekt av foreliggende fremleggelse er rettet mot en fremgangsmåte for å produsere polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en virvelsjiktreaktor. Virvelsjiktreaktoren har et reaksjonskammer og en fordeler for fordeling av gasser inn i reaksjonskammeret. Virvelsjiktreaktoren produserer minst 100 kg/time polykrystallinsk silisium per kvadratmeter av reaktorens tverrsnitt. En eller flere mategasser innføres i fordeleren for fordeling av gassene inn i reaksjonskammeret. Reaksjonskammeret inneholder silisiumpartikler og temperaturen til hver mategass som inneholder minst ca. 1 volum-% silan er mindre enn ca. 400 °C før innføring i fordeleren. Trykket i reaksjonskammeret er minst ca. 3 bar. Silan nedbrytes termisk i reaksjonskammeret for å deponere en mengde silisium på silisiumpartiklene.
Det finnes forskjellige raffineringer av trekkene relatert til de ovenfornevnte aspekter av foreliggende fremleggelse. Ytterligere trekk kan også innlemmes i de ovenfor nevnte aspekter av foreliggende fremleggelse. Disse raffineringer og ytterligere trekk kan eksistere individuelt eller i en hvilken som helst kombinasjon. For eksempel, forskjellige trekk omtalt nedenfor i relasjon til hvilket som helst av de illustrerte utføringseksempler av foreliggende fremleggelse kan innlemmes i hvilket som helst ovenfornevnte aspekt av foreliggende fremleggelse, alene eller i kombinasjon.
Foreliggende fremleggelse kan ytterligere inneholde følgende utføringseksempler i henhold til nummererte avsnitt 1 til 45:
1. Fremgangsmåte for produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en virvelsjiktreaktor som har et reaksjonskammer, hvor reaksjonskammeret har et tverrsnitt som mategasser passerer gjennom, virvelsjiktreaktoren produserer minst 100 kg/time polykrystallinsk silisium per kvadratmeter tverrsnitt til reaksjonskammeret, hvor fremgangsmåten omfatter å føre én eller flere mategasser inn i reaksjonskammeret hvor én eller flere av gassene omfatter silan, der den totale silankonsentrasjonen i mategassene som innføres i reaksjonskammeret er mindre enn ca. 15 volum-%, der trykket i reaksjonskammeret er minst 3 bar, og hvor silanet nedbrytes termisk i reaksjonskammeret for å deponere en mengde silisium på silisiumpartiklene.
2. Fremgangsmåte ifølge avsnitt 1, karakterisert ved at mer enn én mategass innføres til reaksjonskammeret, hver mategass omfatter mindre enn ca. 20 volum-% silan.
3. Fremgangsmåte ifølge avsnitt 1, karakterisert ved at temperaturen til alle mategasser med en silankonsentrasjon på minst 1 volum-% er mindre enn ca. 400 °C, mindre enn ca. 350 °C, mindre enn ca. 300 °C, mindre enn ca. 200 °C, eller til og med mindre enn ca. 100 °C.
4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående avsnitt, karakterisert ved at trykket i reaksjonskammeret er minst ca. 4 bar, minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, minst ca. 20 bar, minst ca. 25 bar, fra ca. 3 til ca. 25 bar eller fra ca. 4 til ca. 20 bar.
5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående avsnitt, karakterisert ved at en brukt gass trekkes ut av virvelsjiktreaktoren og at trykket til den brukte gassen er minst ca. 3 bar, minst ca. 4 bar, minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, minst ca. 20 bar, minst ca. 25 bar, fra ca. 3 til ca. 25 bar eller fra ca. 4 til ca. 20 bar.
6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående avsnitt, karakterisert ved at partikulært polykrystallinsk silisium trekkes ut av virvelsjiktreaktoren, og at midlere Sauter diameter til det polykrystallinske silisiumet er fra ca. 600 til ca. 2000 µm eller fra ca. 800 til ca. 1300 µm.
7. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående avsnitt, karakterisert ved at midlere oppholdstid til gassen som innføres i reaksjonskammeret er mindre enn ca.
20 sekunder, mindre enn ca. 12 sekunder, mindre enn ca. 9 sekunder, mindre enn ca.
4 sekunder, mindre enn ca. 1 sekund, eller fra ca. 0,1 til ca. 20 sekunder.
8. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående avsnitt, karakterisert ved at minst ca. 150 kg/time silisium deponeres på silisiumpartiklene per kvadratmeter av virvelsjiktreaktorens tverrsnitt, eller minst ca. 250 kg/time, minst ca. 300 kg/time, minst ca. 500 kg/time, minst ca. 700 kg/time, minst ca. 1000 kg/time, minst ca. 2000 kg/time, minst ca. 3000 kg/time, minst ca. 4000 kg/time, eller fra ca. 100 til ca. 5000 kg/time, fra ca. 250 til ca. 5000 kg/time, fra ca. 100 til ca. 4000 kg/time eller fra ca. 100 til ca. 1000 kg/time silisium deponeres på silisiumpartiklene per kvadratmeter av virvelsjiktreaktorens tverrsnitt.
9. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående avsnitt, karakterisert ved at den totale silankonsentrasjonen i mategassen som innføres i reaksjonskammeret er mindre enn ca. 12 volum-% eller mindre enn ca. 8 %, fra ca. 1 til ca. 15 %, fra ca. 1 til ca. 10 %, fra ca. 5 til ca. 15 % eller fra ca. 10 til ca. 15 volum-%.
10. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående avsnitt, karakterisert ved at reaksjonskammeret ikke er inndelt i separate områder.
11. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående avsnitt, karakterisert ved at virvelsjiktreaktoren omfatter et ringformet kammer dannet mellom en reaksjonskammervegg og et ytre skall, og at fremgangsmåten omfatter å opprettholde et trykk i det indre kammeret som er mer enn ca. 1 bar under trykket i reaksjonskammeret eller minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, fra ca. 1 til ca. 20 bar, fra ca. 1,1 til ca. 20 bar, eller fra ca. 5 til ca. 20 bar under trykket i reaksjonskammeret.
12. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående avsnitt, karakterisert ved at reaksjonskammeret varmes opp til minst 500 °C, til minst ca. 600 °C, til minst ca.
650 °C, til minst ca. 700 °C, til minst ca. 750 °C, fra ca. 600 til ca. 800 °C eller fra ca. 700 til ca. 800 °C.
13. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående avsnitt, karakterisert ved at kun en mategass innføres i reaksjonskammeret.
14. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 1 - 12, karakterisert ved at en første og en andre mategass innføres i reaksjonskammeret.
15. Fremgangsmåte for produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en virvelsjiktreaktor som har et reaksjonskammer, hvor reaksjonskammeret har et kjerneområde, et perifert område og har et tverrsnitt som mategasser passerer gjennom, virvelsjiktreaktoren produserer minst 100 kg/time polykrystallinsk silisium per kvadratmeter tverrsnitt til reaksjonskammeret, hvor fremgangsmåten omfatter å:
- innføre en første mategass omfattende silan inn i kjerneområdet til reaksjonskammeret, hvor reaksjonskammeret inneholder silisiumpartikler og den første mategassen inneholder mindre enn ca. 20 volum-% silan, og hvor silanet nedbrytes termisk i reaksjonskammeret for å deponere en mengde silisium på silisiumpartiklene, og
- innføre en andre mategass inn i det perifere området til reaksjonskammeret, hvor silankonsentrasjonen i den første mategassen er høyere enn konsentrasjonen i den andre mategassen, og hvor trykket i reaksjonskammeret er minst ca. 3 bar.
16. Fremgangsmåte ifølge avsnitt 15, karakterisert ved at virvelsjiktreaktoren omfatter en ringformet vegg og har et generelt sirkulært tverrsnitt med et sentrum og en radius R, hvor kjerneområdet strekker seg fra sentrum til mindre enn ca. 0,975R, til mindre enn ca. 0,6R, til mindre enn ca. 0,5R til mindre enn ca. 0,4R, minst ca. 0,6R, til minst ca. 0,8R eller minst ca. 0,9R og det perifere området strekker seg fra kjerneområdet til den ringformede veggen.
17. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 16, karakterisert ved at temperaturen til den første mategassen er mindre enn ca. 400 °C, mindre enn ca. 350 °C, mindre enn ca. 300 °C, mindre enn ca. 200 °C eller mindre enn ca. 100 °C før innføring i reaksjonskammeret.
18. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 17, karakterisert ved at temperaturen til den andre mategassen er mindre enn ca. 400 °C, mindre enn ca. 350 °C, mindre enn ca. 300 °C, mindre enn ca. 200 °C eller mindre enn ca. 100 °C før innføring i reaksjonskammeret.
19. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 18, karakterisert ved at den andre mategassen omfatter mindre enn ca. 1 volum-% silan og temperaturen til den andre mategassen er minst ca. minst ca. 300 °C, minst ca. 350 °C, minst ca. 450 °C, minst ca. 550 °C, fra ca. 300 til ca. 600 °C eller fra ca. 450 °C til ca. 600 °C før innføring i reaksjonskammeret.
20. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 19, karakterisert ved at trykket i reaktoren er minst ca. 4 bar, minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, minst ca. 20 bar, minst ca. 25 bar, fra ca. 3 til ca. 25 bar eller fra ca. 4 til ca. 20 bar.
21. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 20, karakterisert ved at brukt gass trekkes ut av virvelstrømreaktoren og at trykket til den brukte gassen er minst ca. 3 bar, minst ca. 4 bar, minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, minst ca. 20 bar, minst ca. 25 bar, fra ca. 3 til ca. 25 bar eller fra ca. 4 til ca. 20 bar.
22. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 21, karakterisert ved at silankonsentrasjonen ved volum i den første mategassen er minst ca. 25 % høyere enn konsentrasjonen til silan i den andre mategassen eller silankonsentrasjonen ved volum i den første mategassen er minst ca. 35 %, minst ca. 50 %, minst ca. 75 %, minst ca. 100 %, minst ca. 150 %, minst ca. 200 %, eller fra ca. 25 til ca. 200 %, fra ca. 25 til 100 % eller fra ca. 50 til 200 % høyere enn konsentrasjonen ved volum til silan i den andre mategassen.
23. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 22, karakterisert ved at minst ca.
4 % av silanet innført i virvelsjiktreaktoren blir innført via kjerneområdet eller hvor minst ca. 25 %, minst ca. 50 %, minst ca. 75 %, minst ca. 85 %, minst ca. 95 % eller ca. 100 % av silanet innført i virvelsjiktreaktoren blir innført via kjerneområdet.
24. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 23, karakterisert ved at partikulært polykrystallinsk silisium trekkes ut av virvelsjiktreaktoren og at midlere Sauter dimeter til det partikulære polykrystallinske silisium som trekkes ut er fra ca.
600 til ca. 2000 µm eller fra ca. 800 til ca. 1300 µm.
25. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 24, karakterisert ved at gjennomsnittlige oppholdstider for gasser innført til reaksjonskammeret er mindre enn ca. 20 sekunder, mindre enn ca. 12 sekunder, mindre enn ca. 9 sekunder, mindre enn ca. 4 sekunder, mindre enn ca. 0,1 sekund, eller fra ca. 0,1 til ca. 20 sekunder.
26. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 25, karakterisert ved at minst ca.
150 kg/time silisium deponeres på silisiumpartiklene per kvadratmeter reaksjonskammertverrsnitt, eller minst ca. 250 kg/time, minst ca. 300 kg/time, minst ca. 500 kg/time, minst ca. 700 kg/time, minst ca. 1000 kg/time, minst ca. 2000 kg/time, minst ca. 3000 kg/time, minst ca. 4000 kg/time, eller fra ca. 100 til ca. 5000 kg/time, fra ca. 250 til ca. 5000 kg/time, fra ca. 100 til ca. 4000 kg/time eller fra ca.
100 til ca. 1000 kg/time silisium deponeres på silisiumpartiklene per kvadratmeter reaksjonskammertverrsnitt.
27. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 26, karakterisert ved at den andre mategassen omfatter mindre enn ca. 15 volum-% silan, mindre enn ca. 10 volum-%, mindre enn ca. 5 volum-%, mindre enn ca. 3 volum-%, mindre enn ca. 1 volum-%, fra ca. 1 til ca. 15 volum-% eller fra ca. 1 til ca. 5 volum-% silan.
28. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 27, karakterisert ved at den andre mategassen består hovedsakelig av andre forbindelser enn silan.
29. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 27, karakterisert ved at den andre mategassen består hovedsakelig av forbindelser valgt fra gruppen bestående av silisiumtetraklorid, hydrogen, argon og helium.
30. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 29, karakterisert ved at den første mategassen omfatter mindre enn ca. 15 volum-% silan, mindre enn ca. 12 volum-%, mindre enn ca. 8 volum-%, fra ca. 1 til ca. 20 volum-%, fra ca. 5 til ca. 20 volum-%, eller fra ca. 1 til ca. 10 volum-% silan.
31. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 30, karakterisert ved at den totale silankonsentrasjonen i mategasser som innføres i reaksjonskammeret er mindre enn ca. 15 volum-% eller mindre enn ca. 12 volum-%, mindre enn ca. 8 volum-%, fra ca. 1 til 15 volum-%, fra ca. 1 til 10 volum-%, fra ca. 5 til 15 volum-%, eller fra ca.
10 til 15 volum-%.
32. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 31, karakterisert ved at reaksjonskammeret ikke er oppdelt i separate områder.
33. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 32, karakterisert ved at virvelsjiktreaktoren omfatter et ringformet kammer dannet mellom en reaksjonskammervegg og et ytre skall, og at fremgangsmåten omfatter å opprettholde et trykk i det indre kammeret som er minst ca. 1 bar under trykket i reaksjonskammeret eller minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, fra ca. 1 til ca. 20 bar, fra ca. 1,1 til ca. 20 bar, fra ca. 1 til ca. 20 bar eller fra ca. 5 til ca. 20 bar under trykket i reaksjonskammeret.
34. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 15 - 33, karakterisert ved at reaksjonskammeret er varmet opp til minst ca. 500 °C, til minst ca. 600 °C, til minst ca.
650 °C, til minst ca. 700 °C, til minst ca. 750 °C, fra ca. 600 til ca. 800 °C eller fra ca. 700 til ca. 800 °C.
35. Fremgangsmåte for produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en virvelsjiktreaktor som har et reaksjonskammer med et tverrsnitt og en fordeler for fordeling av gasser inn i reaksjonskammeret, virvelsjiktreaktoren produserer minst 100 kg/time polykrystallinsk silisium per kvadratmeter tverrsnitt til reaksjonskammeret, hvor fremgangsmåten omfatter å innføre en eller flere mategasser inn i fordeleren for å fordele gassene inn i reaksjonskammeret, hvor reaksjonskammeret inneholder silisiumpartikler og hvor temperaturen til hver gass som omfatter minst ca. 1 volum-% silan er mindre enn ca. 400 °C før den innføres i fordeleren og trykket er minst ca. 3 bar, og hvor silanet nedbrytes termisk i reaksjonskammeret for å deponere en mengde silisium på silisiumpartiklene.
36. Fremgangsmåte ifølge avsnitt 35, karakterisert ved at temperaturen til hver mategass som omfatter minst ca. 1 volum-% silan er mindre enn ca. 350 °C, mindre enn ca. 300 °C, mindre enn ca. 200 °C eller mindre enn ca. 100 °C før den innføres i fordeleren.
37. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 35 - 36, karakterisert ved at trykket i reaksjonskammeret er minst ca. 4 bar, minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, minst ca. 20 bar, minst ca. 25 bar, fra ca. 3 til ca. 25 bar eller fra ca. 4 til ca. 20 bar.
38. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 35 - 37, karakterisert ved at brukt gass trekkes ut av virvelstrømreaktoren og at trykket til den brukte gassen er minst ca. 3 bar, minst ca. 4 bar, minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, minst ca. 20 bar, minst ca. 25 bar, fra ca. 3 til ca. 25 bar eller fra ca. 4 til ca. 20 bar.
39. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 35 - 38, karakterisert ved at partikulært polykrystallinsk silisium trekkes ut av virvelsjiktreaktoren og at midlere Sauter dimeter til det partikulære polykrystallinske silisium som trekkes ut er fra ca.
600 til ca. 2000 µm eller fra ca. 800 til ca. 1300 µm.
40. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 35 - 39, karakterisert ved at gjennomsnittlige oppholdstider for gasser innført til reaksjonskammeret er mindre enn ca. 20 sekunder, mindre enn ca. 12 sekunder, mindre enn ca. 9 sekunder, mindre enn ca. 4 sekunder, mindre enn ca. 1 sekund, eller fra ca. 0,1 til ca. 20 sekunder.
41. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 35 - 40, karakterisert ved at minst ca.
150 kg/time silisium deponeres på silisiumpartiklene per kvadratmeter reaksjonskammertverrsnitt, eller minst ca. 250 kg/time, minst ca. 300 kg/time, minst ca. 500 kg/time, minst ca. 700 kg/time, minst ca. 1000 kg/time, minst ca. 2000 kg/time, minst ca. 3000 kg/time, minst ca. 4000 kg/time, eller fra ca. 100 til ca. 5000 kg/time, fra ca. 250 til ca. 5000 kg/time, fra ca. 100 til ca. 4000 kg/time eller fra ca.
100 til ca. 1000 kg/time silisium deponeres på silisiumpartiklene per kvadratmeter reaksjonskammertverrsnitt.
42. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 35 - 41, karakterisert ved at den totale silankonsentrasjonen i mategasser som innføres i reaksjonskammeret er mindre enn ca. 15 volum-% eller mindre enn ca. 12 volum-%, mindre enn ca. 8 volum-%, fra ca. 1 til 15 volum-, fra ca. 1 til 10 volum-%, fra ca. 5 til 15 volum-%, eller fra ca.
10 til 15 volum-%.
43. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 35 - 42, karakterisert ved at reaksjonskammeret ikke er delt inn i separate områder.
44. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 35 - 43, karakterisert ved at virvelsjiktreaktoren omfatter et ringformet kammer dannet mellom en reaksjonskammervegg og et ytre skall, og at fremgangsmåten omfatter å opprettholde et trykk i det indre kammeret som er minst ca. 1 bar under trykket i reaksjonskammeret eller minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, fra ca. 1 til ca. 20 bar, fra ca. 1,1 til ca. 20 bar, fra ca. 1 til ca. 20 bar eller fra ca. 5 til ca. 20 bar under trykket i reaksjonskammeret.
45. Fremgangsmåte ifølge et av avsnittene 35 - 44, karakterisert ved at reaksjonskammeret er varmet opp til minst ca. 500 °C, til minst ca. 600 °C, til minst ca.
650 °C, til minst ca. 700 °C, til minst ca. 750 °C, fra ca. 600 til ca. 800 °C eller fra ca. 700 til ca. 800 °C.
Kort beskrivelse av tegningene
Figur 1 viser skjematisk en virvelsjiktreaktor egnet for anvendelse av fremgangsmåtene i henhold til foreliggende fremleggelse som viser strømninger inn og ut av reaktoren.
Figur 2 viser et radielt tverrsnitt av reaksjonskammeret til en virvelsjiktreaktor med et kjerneområde og et perifert område, og
Figur 3 viser et aksielt tverrsnitt av reaksjonskammeret til en virvelsjiktreaktor med en reaksjonsforing og reaktorskall.
Korresponderende referansetall på tegningene indikerer korresponderende deler.
Detaljert beskrivelse
I forbindelse med utføringseksempler av foreliggende fremleggelse, er det funnet at produktiviteten til en virvelsjiktreaktor hvor silan nedbrytes termisk til å danne polykrystallinsk silisium man opprettholdes og til og med økes i produksjonsprosesser tilpasset til å redusere deponeringen av silisiumavsetninger på reaktorveggene.
Fremgangsmåter for å redusere deponeringen av materiale på reaktorveggen
I forskjellige utføringseksempler av foreliggende fremleggelse, kan dannelse av silisiumavleiringer på reaktorveggene reduseres ved å opprettholde en total konsentrasjon på silan i mategassen under ca. 20 volum-% og/eller, som i mangegasssystemer, opprettholde en konsentrasjon av gasser innført i kjerneområdet til reaktoren under ca. 15 volum-%. Alternativt eller i tillegg, å opprettholde gasser som innføres til reaksjonen, og i særdeleshet, gasser som inneholder minst ca. 1 volum-% silan (eller til og med minst ca. 3 eller minst ca. 5 volum-% silan), under ca. 400 °C for innføringen i fordeleren til reaktoren for å forhindre deponering av silisium på fordeleren.
I figur 1 er en eksempelutgave av en virvelsjiktreaktor 1 for utføring av fremgangsmåten i henhold til foreliggende fremleggelse generelt angitt som 1. Reaktoren 1 inkluderer et reaksjonskammer 10 og en gassfordeler 2. En mategass 5 føres inn i fordeleren 2 for fordeling av mategassen til innløpet til reaksjonskammeret 10. Det kan innføres en enkelt mategass 5 til reaksjonskammeret eller ytterligere gasser så som en andre mategass 7 kan også inkluderes. Selv om figur 1 illustrerer innføring av en første 5 og en andre 7 mategass til reaksjonskammer 10, skal det forstås at i noen utføringseksempler blir det kun innført en mategass. I andre utføringer kan mer enn to mategasser innføres til reaksjonskammer 10. I utføringer som involverer et to-gass-system, skal det forstås at som brukt heri er en «første mategass» en gass med en annen sammensetning enn en «andre mategass» og vice versa. Den første og andre mategassen kan sammensettes av et flertall gassholdige forbindelser så lenge massesammensetningen eller den molare sammensetningen av minst en av forbindelsene i den første mategassen er forskjellig fra sammensetningen i den andre mategassen.
Et produktuttrekkingsrør 12 strekker seg gjennom fordeleren 2. Produktpartikler kan trekkes ut fra røret 12 og transporteres til et produktlager 15. Reaksjonskammeret 10 kan inkludere et nedre område 13 og et fribordsområde 11 som kan ha en større diameter enn den nedre en 13. Gass reiser oppover i reaksjonskammeret 10 og entrer fribordsområdet 11. I fribordsområdet 11 reduseres gasshastigheten og forårsaker at medrevne partikler faller tilbake til det nedre området 13. Brukt gass 16 forlater reaktorkammeret 10 og kan innføres i en ytterligere prosesseringsenhet 18. Det skal forstås at reaktoren 1 vist i figur 1 er et utføringseksempel og at andre reaktorutforminger kan anvendes uten å forlate rammen for foreliggende fremleggelse (f. eks. reaktorer uten det utvidede fribordsområdet).
I noen utføringer av foreliggende fremleggelse holdes den totale konsentrasjonen på silanet som innføres i reaksjonskammeret til virvelsjiktreaktoren under 15 volum-%. Som brukt heri, referer frasen «den totale volumkonsentrasjonen» til konsentrasjonen som midlet over de volumetriske strømningshastighetene til alle gasser som innføres i reaksjonskammeret i tilfeller når to eller flere gasser innføres til reaksjonskammeret. Hvis den totale konsentrasjonen av silan holdes under ca. 15 volum-%, kan nedbrytning av silan før innføring i reaksjonskammeret (dvs. deponering på fordeleren eller homogen silanreaksjon for å danne silisiumpulver) minimaliseres, noe som tillater å drifte reaktoren mer effektivt uten signifikante nedetider for å rense ut avleiringer. I andre utføringer holdes den totale silankonsentrasjonen som innføres i reaksjonskammeret på mindre enn ca. 12 volum-% eller mindre enn ca. 8 volum-%, fra ca. 1 til 15 volum-%, fra ca. 1 til 10 volum-%, fra ca.
5 til 15 volum-%, eller fra ca. 10 til 15 volum-%. De resterende gassmengdene kan være bæregasser så som forbindelser valgt fra gruppen bestående av silisiumtetraklorid, hydrogen, argon og helium.
I noen utføringer opprettholdes mategassen (og gasser inneholdende mer enn ca. 1 % silan i et mangegass-system beskrevet nedenfor) ved en temperatur på ca. 400 °C før innføringen i fordeleren for å forhindre at silisium avleires på overflaten til fordeleren eller reaksjonskammeret. I andre utføringer er temperaturen på mategassen mindre enn ca. 350 °C, mindre enn ca. 300 °C, mindre enn ca. 200 °C eller til og med mindre enn ca. 100 °C før innføring i fordeleren.
I stedet for det enkeltgass-system beskrevet i ovenstående avsnitt kan det i noen utføringer anvendes et mangegass-system for å skille ut silisium slik som i togasssystemet vist i figurene 1 – 3. I slike togasssystemer innføres en første mategass omfattende silan til kjernedelen av reaktoren og en andre mategass med en mindre silansammensetning enn den første mategassen (slik som når den andre mategassen ikke inneholder silan) innføres til en perifer område av reaksjonskammeret nær reaksjonskammerets vegg. Hvis et slikt togasssystem anvendes, vil reaksjonskammeret 10 fortrinnsvis ikke være oppdelt i separate deler (dvs. en separat del hvor en mategass inneholdende en mindre mengde silan eller ikke inneholder silan innføres) nær reaksjonskammerets vegg for å maksimalisere andelen av reaksjonskammeret hvor deponering av silisium kan foregå. Så fremt ikke angitt annerledes, vil imidlertid reaksjonskammeret kunne inneholde en eller flere slike skillevegger uten at dette går utenom foreliggende frembringelses omfang.
Henviser til figur 2 som viser et tverrsnitt av virvelsjiktreaktoren 1. Virvelsjiktreaktoren 1 har et kjerneområde 21 som strekker seg fra sentrum C til reaktoren til et perifert område 23. Det perifere området 23 strekker seg fra kjerneområdet 21 til en ringformet vegg 25. Virvelsjiktreaktoren 1 har en radius R som strekker seg fra sentrum C til reaktoren 1 til den ringformede veggen 25. I forskjellige utføringer av foreliggende frembringelse strekker kjerneområdet seg fra sentrum C til mindre enn ca. 0,975R, til mindre enn ca. 0,6R, og i andre utføringer, til mindre enn ca. 0,5R eller til og med til mindre enn ca. 0,4R. I disse og andre utføringer strekker kjerneområdet seg fra sentrum C til minst ca. 0,5R, til minst ca. 0,6R, til minst ca. 0,8R eller til og med til minst ca. 0,9R. Det skal forstås at virvelsjiktreaktorutforminger andre enn vist i figur 2 kan anvendes uten å gå utenom omfanget til foreliggende fremleggelse. Uavhengig av formen på tverrsnittet til virvelsjiktreaktoren, vil forholdet mellom tverrsnittsarealet til kjerneområdet og tverrsnittsarealet til det perifere området være mindre enn ca. 25:1, mindre enn ca. 15:1, mindre enn ca. 10:1, mindre enn ca. 5:1, mindre enn ca. 4:3, og i andre utføringer være mindre enn ca. 1:1, mindre enn ca. 1:3, mindre enn ca. 1:4, mindre enn ca. 1:5 eller mindre enn ca. 1:25 (for eksempel fra ca. 4:3 til ca. 1:10 eller fra ca. 1:1 til ca. 1:10).
Generelt for mangegass-systemer vil konsentrasjonen av silan som innføres i kjerneområdet 21 i reaksjonskammeret 10 overskride konsentrasjonen som inn føres i det perifere området 23. Ved å rette de termisk nedbrytbare forbindelsene (f.eks. silan) til de indre deler av reaksjonskammeret og vekk fra reaktorveggen, kan avsetningen av materiale (f.eks. silisium) på reaktorveggen reduseres. Generelt kan det anvendes en hvilken som helst fremgangsmåte tilgjengelig for fagmannen for å lede en første mategass til en kjerneområde i en virvelstrømreaktor og en andre mategass til det perifere området til reaktoren. For eksempel er en fordeler som leder mategasser til forskjellige deler i en reaktor gjort kjent i patentsøknader nr. US 2009/0324479 og US 2011/0158857, som begge kan anvendes og innlemmes heri ved referanse for alle relevante og konsistente hensikter. Det skal forstås at andre fremgangsmåter og apparaturer kan anvendes for å fremskaffe den ønskede fordeling av gasser uten å gå utenom omfanget til foreliggende frembringelse.
I henhold til utføringer av foreliggende frembringelse hvor det benyttes to gasser, er konsentrasjonen (ved volum) til silan i den første mategassen minst ca. 25 % høyere enn konsentrasjonen til silan i den andre mategassen (f.eks., hvis konsentrasjonen til silan i den andre mategassen er ca. 10 volum-%, vil konsentrasjonen til silan i den første mategassen være ca. 12,5 volum-% eller høyere). I forskjellige andre utføringer er konsentrasjonen (ved volum) til silan i den første mategassen minst ca.
35 % høyere enn konsentrasjonen til silan i den andre mategassen, eller minst ca. 50 %, minst ca. 75 %, minst ca. 100 %, minst ca. 150 % eller minst ca. 200 % høyere enn konsentrasjonen (ved volum) til silan i den andre mategassen (dvs. fra ca. 25 til 200 %, fra ca. 25 til 100 % eller fra ca. 50 til ca. 200 % høyere enn konsentrasjonen (ved volum) til silan i den andre mategassen). I andre utføringer blir minst ca. 25 %, minst ca. 50 %, minst ca. 75 %, minst ca. 85 % eller minst ca.
95 % eller minst ca. 100 % av silanet innført til virvelsjiktreaktoren gjennom kjerneområdet.
I slike togass-systemer omfatter den første mategassen som mates til fordeleren for fordeling inn i kjerneområdet til reaksjonskammeret mindre enn ca. 20 volum-% silan. I noen utføringer av foreliggende frembringelse omfatter den første mategassen innført i kjernen til reaksjonskammeret mindre enn ca. 15 volum-% silan, mindre enn ca. 12 volum-%, mindre enn ca. 8 volum%, fra ca. 1 til ca. 20 volum-%, fra ca. 5 til ca. 20 volum-% eller fra ca. 1 til ca. 10 volum% silan. Det skal bemerkes at som beskrevet ovenfor for enkeltgass-systemer er den totale konsentrasjonen til silan i gassene matet til reaksjonskammeret i et mangegass-system fortrinnsvis opprettholdt under 15 volum-%, og i andre utføringer mindre enn ca. 12 volum-% eller mindre enn ca. 8 volum-%, fra ca. 1 til ca. 15 volum%, fra ca. 1 til ca. 10 volum-%, fra ca. 5 til ca. 15 volum-% eller fra ca. 10 til ca. 15 volum-%.
Den andre gassen kan være fri for silan (og valgfritt andre termisk nedbrytbare silisiumforbindelser) eller kan inneholde en mengde silan. Generelt er konsentrasjonen til silan i den andre mategassen som innføres til det perifere området til reaksjonskammeret mindre enn den til den første mategassen som innføres til kjerneområdet til reaksjonskammeret. Den andre mategassen kan inneholde mindre enn ca. 15 volum-% silan, og i andre utføringer, inneholde mindre enn ca. 10 volum-%, mindre enn ca. 5 volum-%, mindre enn ca. 3 volum-%, mindre enn ca. 1 volum-%, fra ca. 1 til ca. 15 volum-%, eller fra ca. 1 til ca. 5 volum-% silan. Det skal forstås at den andre mategassen kan bestå av hovedsakelig andre gasser enn silan (dvs. ikke inneholde silan). For eksempel kan den andre mategassen bestå av hovedsakelig en eller flere forbindelser valgt fra gruppen bestående av silisiumtetraklorid, hydrogen, argon og helium (dvs. inneholder kun disse forbindelsene og ekskluderer andre mindre mengder av andre gassholdige urenheter). Videre, den andre mategassen kan bestå av en eller flere forbindelser valgt fra silisiumtetraklorid, hydrogen, argon og helium.
Temperaturen til den første og andre mategassen som innføres i virvelsjiktreaktoren kan være relativt lav sammenlignet med konvensjonelle metoder for å redusere avsetninger av materiale på fordeleren og reaktorveggene. Det er foretrukket at hver gass omfatter minst ca. 1 volum-% silan (eller minst ca. 1 volum% termisk nedbrytbare silisiumforbindelser) i mangegass-systemet opprettholdt ved en temperatur på mindre enn ca. 400 °C før innføring i fordeleren til reaksjonskammeret. I andre utføringer opprettholdes, hver enkelt gass omfattende minst ca. 1 volum-% silan, ved en temperatur på mindre enn ca. 300 °C, mindre enn ca. 200 °C eller til og med mindre enn ca. 100 °C før innføring i fordeleren. Den første og andre mategassen kan avkjøles for å holdes ved en slik temperatur ved indirekte avkjøling ved kjølevæsker (f. eks. vann eller smeltede salter). Hvis kilden til den første eller andre mategassen er relativt kald, kan gassen varmes ved hvilken som helst egnet metode inkludert bruk av indirekte damp eller elektrisk oppvarming og/eller bruk av forbrenningsgasser.
I noen utføringer innføres den andre mategassen i reaktoren ved en relativt høyere temperatur enn den første mategassen for å redusere mengde ekstern varme som må tilføres reaktoren, spesielt i utføringer hvor den andre mategassen inneholder mindre enn 1 volum-% silan og ingen andre termisk nedbrytbare silisiumforbindelser. For eksempel kan den andre mategassen innføres med en temperatur på minst ca. 100 °C, minst ca. 200 °C, minst ca. 300 °C, minst ca. 350 °C, minst ca. 450 °C eller til og med minst ca. 550 °C (dvs. fra ca. 100 til ca. 600 °C, fra ca. 300 til ca. 600 °C eller fra ca. °C til ca. 600 °C).
Når silanet entrer reaksjonskammeret 10 og varmes opp vil det termisk nedbrytes for å produsere polykrystallinsk silisium og hydrogen ifølge reaksjonsligningen:
SiH4 → Si 2 H2 (1).
Det skal forstås at andre reaksjoner enn reaksjon (1) vist ovenfor kan inntreffe i reaksjonskammeret 10 og reaksjon (1) skal ikke betraktes som en begrensning. Reaksjon (1) kan imidlertid representere majoriteten av reaksjoner som inntreffer i reaksjonskammeret.
Fremgangsmåter for å opprettholde en adekvat reaktorproduktivitet
Det er funnet at for å opprettholde en aksepterbar produktivitet ved anvendelse av fremgangsmåtene beskrevet ovenfor for å redusere avleiringene av materiale på reaktorveggene eller for å øke produktiviteten relativt til konvensjonelle produksjonsmetoder, kan en eller flere fremgangsmåter benyttes: (1) trykket i virvelsjiktreaktoren kan kontrolleres innenfor et spesifisert område som beskrevet nedenfor, (2) mategassen kan varmes opp raskt i reaksjonskammeret for å fremme deponering av polykrystallinsk silisium, og/eller (3) diameteren til de polykrystallinske partiklene som trekkes ut kontrolleres til å være innenfor et spesifisert intervall som beskrevet nedenfor.
I visse utføringer av foreliggende fremleggelse, er det absolutte trykket i virvelsjiktreaktoren på minst ca. 3 bar. Det er funnet at en tilstrekkelig reaktorproduktivitet kan oppnås ved å opprettholde trykket i virvelsjiktreaktoren over ca. 3 bar. Generelt kan det og anvendes høyere trykk (dvs. opp til ca. 25 bar). Høyere trykk kan imidlertid være mindre ønskelige siden høye trykk kan involvere relativt høye ekstern varmepåtrykk (dvs. høyere temperaturer) gjennom reaktorveggene og kan resultere i uakseptable mengder silisiumavleiringer på reaktorveggene. I visse utføringer kontrolleres trykket i reaktoren til å være minst ca. 4 bar, minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, minst ca. 20 bar eller til og med minst ca. 25 bar eller mer (dvs. fra ca. 3 til ca. 25 bar eller fra ca. 4 til ca. 20 bar).
Som beskrevet ovenfor kan temperaturen til mategassen (og første og/eller andre mategass i togass-systemer) som innføres i virvelsjiktreaktoren være mindre enn ca.
400 °C. Det er funnet at en rask oppvarming av den innkommende gassen kan øke produktiviteten i virvelsjiktreaktoren. Viser til figur 3 hvor et reaksjonskammer 10 til virvelsjiktreaktoren er vist i henhold til en eller flere utføringer av fremleggelse, hvor et oppvarmingsapparat 34 for virvelsjiktreaktoren kan være stående innenfor et indre ringformet kammer 39 dannet mellom en reaksjonsforing 32 (f.eks. reaksjonskammerveggen) og et ytre skall 35 til reaktoren. Når oppvarmingsapparatet 34 er plassert innenfor det ytre skallet 35 kan det driftes ved en lavere temperatur siden varmen ikke trenger å ledes gjennom både det ytre skallet 35 og foringen 32 for å nå innholdet i reaksjonskammeret. En slik konfigurasjon tillater relativt rask oppvarming uten bruk av høye temperaturgradienter på tvers over reaktoren som kan forringe reaktormaterialene og begrense hvilke materialer som kan benyttes for å danne det ytre skallet 35.
Oppvarmingsapparatet 34 kan være en elektrisk motstandsvarmer eller en eller flere selvinduksjonsspoler. Det kan imidlertid anvendes andre typer oppvarmingsapparatur uten begrensing (for eksempel kan oppvarmingsapparaturen være oppvarmet gass så som en forbrenningsgass). Foringen 32 kan være av et hvilket som helst materiale egnet for produksjon av granulært polykrystallinsk silisium i virvelsjiktreaktorer, dvs. materialer som er tilstrekkelig motstandsdyktige mot etsning og nedbrytning som kan resultere i forurensing av det polykrystallinske silisiumproduktet. Egnede materialer inkluderer for eksempel kvarts, grafitt belagt med silisium eller med silisiumkarbid, silisiumkarbid belagt med silisium, sinklegeringer og tantallegeringer. Det ytre skallet 35 kan være av et hvilket som helst metallisk materiale (for eksempel metallegeringer inkludert karbonstål og rustfritt stål). Materialene i foringen 32 og det ytre skallet 35 kan velges for å kunne motstå de ønskede driftstemperaturene, trykk og trykkforskjeller i reaksjonen og for å være relativt inert i miljøer termisk nedbrytning av silan for å danne polykrystallinsk silisium.
I forskjellige utføringer, kan en gass 38 (for eksempel argon, hydrogen, nitrogen og/eller helium) inkluderes i det indre kammeret 39 og fortrinnsvis bli kontinuerlig innført og trekt ut av det indre kammeret. Gassen 38 tjener som beskyttelse av oppvarmingsapparaturen 34 mot å bli utsatt for avleiringer av silisium på forskjellige utvendige overflater hvis lekkasje gjennom foringen 32 inn i reaksjonskammeret 39. Gassen 38 kan holdes ved et trykk under trykket til prosessgassene 7, 6 slik at dersom det oppstår en åpning i foringen 32 (så som sprekk eller punkthull), vil prosessgass strømme gjennom foringen 32 og forhindre at gassen 38 entrer reaksjonskammeret og på den måte forhindre at urenheter migrerer inn i reaksjonskammeret. I utføringer hvor foringen 32 består av kvarts (og i sær består hovedsakelig av kvarts), kan trykket mellom gassen 38 og prosessgassen 5, 7 kontrolleres for å unngå at foringen 32 kollapser. For andre materialer kan det være fordelaktig å holde trykket til gassen 38 større enn ca. 1 bar under trykket til prosessgassen 5, 7 for å forhindre at urenheter går gjennom foringen 32 og inn i reaksjonskammeret.
Gassen 38 kan holdes ved et trykk større enn ca. 1 bar, minst ca. 1,1 bar, minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, eller minst ca. 20 bar eller mer under trykket til prosessgassen 5, 7 (f.eks. fra ca. 1 til ca. 20 bar, fra ca. 1,1 til ca. 20 bar, fra ca. 1 til ca. 20 bar eller fra ca. 5 til ca. 20 bar). Den øvre grensen for trykkfallet kan bestemmes ut fra den strukturelle styrken til reaktorveggen, som på sin side vil påvirkes av konstruksjonsmaterialet, veggtykkelse og reaktorens diameter.
Generelt vil reaksjonskammere med små diametere kunne motstå større trykkforskjeller. Reaksjonskammere med større diametere vil imidlertid være ønskelige for å oppnå større gjennomstrømningsmengder gjennom reaktoren. I noen utføringer kan diameteren til reaksjonskammeret 10 være minst ca. 10 tommer, minst ca. 20 tommer, minst ca. 30 tommer eller minst ca. 40 tommer eller mer.
Gassen 38 kan holdes ved en lavere temperatur enn prosessgassen 5, 7 for å forhindre korrosjon. Videre kan gassen 38 overvåkes når den trekkes ut av det indre kammeret 39 for å detektere nærvær av prosessgass (f.eks. silan) som vil indikere at det er utviklet en åpning i foringen 32 (dvs. en sprekk eller nålehull) som krever reparasjon. Det indre kammeret 39 (eller en del av dette) kan inkludere et isolerende materiale for å redusere varmetap. Det isolerende materialet som anvendes kan være et hvilket som helst materiale som kjent egnet for isolasjon ved høye temperaturer (både karbon og uorganiske materialer) for fagmannen, og kan ha mange forskjellige former inkludert isolasjonsblokker, tepper eller filter.
Eksempler på virvelsjiktreaktorer for anvendelse i henhold til foreliggende fremleggelse er angitt i patentsøknadene US 2008/0299291, US 2008/0241046 og US 2009/0095710, som alle er innlemmet heri ved referanse for alle relevante og konsistente anvendelser. Det skal forstås at det kan anvendes andre reaktorutforminger enn den vist i figur 3 og de beskrevet i de refererte publikasjonene uten å gå utenfor omfanget av foreliggende fremleggelse.
Ved innføring i virvelsjiktreaktoren blir den ene eller flere mategasser varmet opp og fortsetter å varmes opp etter hvert som de stiger opp i reaksjonskammeret. Reaksjonsgassene kan varmes opp til minst ca. 500 °C før de forlater virvelsjiktreaktoren (eller før de bråkjøles slik som beskrevet nedenfor) og, i andre utføringer, til minst ca. 600 °C, til minst ca. 650 °C, til minst ca. 700 °C, til minst ca. 750 °C, fra ca. 600 til ca. 800 °C eller fra ca. 700 til ca. 800 °C.
Som vist i figur 1 blir partikulært polykrystallinsk silisium trekt ut av produktuttrekkingsrøret 12. Partikulært polykrystallinsk silisium kan trekkes ut fra reaktoren periodisk som i satsvis drit. Det er imidlertid foretrukket at det partikulære polykrystallinske silisiumet blir kontinuerlig trekt ut. Uansett om det benyttes satsvis eller kontinuerlig uttrekking av silisiumproduktet, er det funnet at størrelsen på produktpartiklene når de trekkes ut av reaktoren påvirker reaktorens produktivitet. For eksempel, det er funnet at en generell økning av størrelsen på de uttrekte silisiumpartiklene resulterer i en økt reaktorproduktivitet. Hvis partiklene tillates å gro seg for store, vil imidlertid kontakten mellom gassen og fastfasene i reaktoren kunne reduseres og dermed redusere produktiviteten. Dermed, i forskjellige utføringer av foreliggende frembringelse, er midlere diameter til det partikulære polykrystallinske silisium som trekkes ut av reaktoren fra ca. 600 til ca. 2000 µm eller fra ca. 800 til ca. 1300 µm. Det skal forstås at referanser heri til midlere diameter til diverse partikler referer til midlere Sauter-diameter så fremt det ikke opplyses annet. Midlere Sauter-diameter kan bestemmes i henhold til framgangsmåter som er godt kjent for fagmannen.
Bruk av en eller flere av fremgangsmåtene beskrevet ovenfor kan tillate å holde en relativt høy reaktorproduktivitet også for utføringer hvor en eller flere av fremgangsmåtene, som også beskrevet ovenfor, for å redusere materialavleiringene på reaktorveggene anvendes. Som kjent for fagmannen kan reaktorproduktiviteten uttrykkes som produksjonshastigheten av polykrystallinsk silisium per arealenhet reaktortverrsnitt. I henhold til foreliggende frembringelse, når en eller flere av de ovenforbeskrevne fremgangsmåter for å øke reaktorproduktiviteten blir anvendt, minst ca. 100 kg/time silisium deponeres på silisiumpartiklene per kvadratmeter av virvelsjiktreaktorens tverrsnitt. I andre utføringer, minst ca. 150 kg/time, minst ca.
250 kg/time, minst ca. 300 kg/time, minst ca. 500 kg/time, minst ca. 700 kg/time, minst ca. 1000 kg/time, minst ca. 2000 kg/time, minst ca. 3000 kg/time, minst ca.
4000 kg/time, eller fra ca. 100 til ca. 5000 kg/time, fra ca. 250 til ca. 5000 kg/time, fra ca. 100 til ca. 4000 kg/time eller fra ca. 100 til ca. 1000 kg/time silisium deponeres på silisiumpartiklene per kvadratmeter av virvelsjiktreaktorens tverrsnitt.
Det skal forstås at i utføringer hvor tverrsnittet til virvelsjiktreaktoren varierer langs lengden til reaktoren, referer det angitte tverrsnittsarealet til et tverrsnittsareal midlet over reaktorens lengde (f. eks. den lengden av reaktoren hvor minst ca. 90 % av deponeringen inntreffer). Det skal videre forstås at reaktoren kan ha lokale områder hvor produktiviteten er høyere eller lavere enn de angitte verdiene uten at dette går utenom foreliggende fremleggelses omfang.
Andre parametere for drift av virvelsjiktreaktoren
Kimpartikler av silisium tilsettes reaktoren for å fremskaffe en overflate hvor det polykrystallinske silisiumet kan deponeres. Kimpartiklene gror kontinuerlig i størrelse frem til at de forlater reaktoren som partikulært polykrystallinsk produkt. Kimpartiklene kan tilsettes reaktoren satsvis eller kontinuerlig. Gjennomsnittsdiameteren (dvs. Sauter midlere diameter) til krystallkimpartiklene kan være fra ca.
50 til ca. 800 µm og er i noen utføringer fra ca. 200 til ca. 500 µm. Kilden til silisiumkimpartikler inkluderer produktpartikler oppsamlet fra reaktoren og malt til ønsket størrelse og/eller små polykrystallinske oppsamlet samme med og separert fra det granulære polykrystallinske produktet.
Under drift av virvelsjiktreaktorsystemet blir hastigheten til den fluidiserende gassen gjennom reaksjonssonen opprettholdt over minimum fluidiseringshastighet for de polykrystallinske silisiumpartiklene. Gasshastigheten gjennom virvelsjiktreaktoren blir generelt opprettholdt ved en hastighet fra ca. 1 til ca. 8 ganger minimum fluidiseringshastighet nødvendig for å fluidisere partiklene i virvelsjiktet. I noen utføringer er gasshastigheten fra ca. 1,1 til ca. 3 ganger minimum fluidiseringshastighet nødvendig for å fluidisere partiklene i virvelsjiktet. Minimum fluidiseringshastighet varierer avhengig av egenskapene til gassen og partiklene som er involvert. Minimum fluidiseringshastighet kan bestemmes ved hjelp av konvensjonelle midler (se s. 17-4 i Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 7th. Ed., herved innlemmet ved referanse for alle relevante og konsistente hensikter). Selv om denne fremleggelse ikke er begrenset til spesifikke minimum fluidiseringshastigheter spenner minimum fluidiseringshastigheter anvendbare for foreliggende fremleggelse fra ca. 0,7 til ca. 250 cm/s eller til og med fra ca. 6 til ca. 100 cm/s. Gjennomsnittlige gassoppholdstider for gasser innført til reaksjonskammeret kan være mindre enn ca. 20 sekunder, som i andre utføringer, mindre enn ca. 12 sekunder, mindre enn ca. 9 sekunder, mindre enn ca. 4 sekunder, mindre enn ca. 0,1 sekund, eller fra ca. 0,1 til ca. 20 sekunder.
Gasshastigheter høyere enn minimum fluidiseringshastighet er ofte ønskelig for å oppnå høyere produktivteter og for å hindre lokale av-fluidiseringer. Når gasshastigheten øker utover minimum fluidiseringshastighet vil overskuddsgass danne bobler og øke sjiktets hulromandel. Sjiktet kan anses som å bestå av bobler og «emulsjon»-innholdende gass i kontakt med silisiumpartikler. Kvaliteten til emulsjonen er ganske lik kvaliteten til sjiktet ved minimum fluidiseringstilstanden. Den lokale hulromsandelen i emulsjonen er nær minimum virvelsjikthulromsandel. Dermed generes bobler av gassen innført i overskudd av hva som er nødvendig for å oppnå minimum fluidisering. Etter hvert som forholdet aktuell gasshastighet over minimum fluidiseringshastighet øker vil bobledannelsen intensiveres. Ved svært høye forhold, vil det dannes store gasserklumper i sjiktet. Etter hvert som sjiktets hulromsandel øker med total gasstrømningshastighet blir kontakten mellom faste stoffer og gasser mindre effektiv. For et gitt volum på sjiktet, vil overflatearealet til faste stoffer i kontakt med de reagerende gasser synke med økende sjikthulromsandel og resultere i redusert omsetting til det polykrystallinske produktet. Følgelig bør gasshastigheten kontrolleres for å holde nedbrytningen innenfor akseptable nivåer.
I noen utføringer av foreliggende fremleggelse og som vist i Figur 1, inkluderer reaksjonskammeret 10 i virvelsjiktreaktoren 1 et «fribords»-område 11 hvor diameteren til reaksjonskammeret økes for å redusere hastigheten til fluidiseringsgassen og tillate at partikulært materiale separeres fra gassen. Det skal i denne forbindelse forstås at i utføringer hvor reaktoren inkluderer et fribordsområde, at dette området anses å utgjøre en del av reaksjonskammeret såfremt det ikke angis annerledes (f.eks. for bestemmelse av midlere radius til reaktoren, oppholdstider etc.). En kjølegass kan innføres i reaktorens fribordsområde (f.eks. silisiumtetraklorid, hydrogen, argon og/eller helium) for å redusere dannelsen av silisiumstøv og for å redusere avsetningen av silisium på utløpet og fribordsområdet til reaktoren ved at temperaturen til gassen reduseres før den forlater reaktoren. Egnede fremgangsmåter for å benytte en slik kjølegass er beskrevet i patent nr.
US 4 868 013 som innlemmes ved referanse for alle relevante og konsistente hensikter. Temperaturen og strømningshastigheten til kjølegassen bør velges slik at temperaturen på den uttømte brukte gassen er mindre enn ca. 500 °C, og i noen utføringer mindre enn ca. 400 °C, mindre enn ca. 300 °C, fra ca. 200 til ca. 500 °C eller fra ca. 200 til ca. 400 °C. Temperaturen på kjølegassen kan være mindre enn ca. 400 °C, mindre enn ca. 300 °C, mindre enn ca. 200 °C eller mindre enn ca.
100 °C (f.eks. fra ca. 10 til ca. 400 °C, fra ca. 10 til ca. 300 °C eller fra ca. 100 til ca. 400 °C). Vektforholdet prosessgass innført i reaktoren over kjølegass kan være fra ca. 20:1 til ca. 700:1 eller fra ca. 50:1 til ca. 300:1.
I noen utføringer av foreliggende fremleggelse kan omdannelsen av silan i virvelsjiktreaktoren være minst ca. 20 %, minst ca. 40 %, minst ca. 50 %, minst ca. 80 %, minst ca. 90 %, minst ca. 95 % eller til og med minst ca. 99 % (f.eks. fra ca. 80 til ca. 100 %, fra ca. 90 til ca. 99 %, fra ca. 80 til ca. 99 %). Det skal forstås at omdannelsen kan avhenge av en rekke faktorer inkludert reaktorutforming og driftsbetingelser (temperatur, trykk etc.).
EKSEMPLER
Eksempel 1: Produksjon av polykrystallinsk silisium ved nedbrytning av silan i en enkelt gas høytrykksvirvelsjiktreaktor
Et sjikt silisiumpartikler med Sauter midlere diameter på 655 µm ble fluidisert av en blanding av silan og hydrogengass. Silanets volumkonsentrasjon i mategassen ble holdt ved 10,1 % og gassblandingen ble forvarmet til 193 °C før innførsel til virvelsjiktreaksjonskammeret. Absoluttrykket ved reaktorgassutløpet ble holdt ved 7,5 bar og reaksjonskammeret ble opprettholdt ved 698 °C. Gjennomsnittlig gasshastighet i sjiktet ble holdt ved 1,6 ganger minimum fluidiseringshastighet slik at midlere gassoppholdstid ble 0,6 sekunder. Gasstrykket i oppvarmingskammeret (kammer 38 i Figur 1) ble holdt ved 0,01 bar over trykket i reaksjonskammeret. Silankonsentrasjonen i gassutløpet ble målt for å estimere omsettingsgraden inne i reaktoren.
Omdanningsgraden av silan ble funnet å være 99,5 %. Produktiviteten til reaktoren ved denne driften ble beregnet til å være 560 kg/time per kvadratmeter reaktortverrsnitt.
Eksempel 2: Modellert produksjon av polykrystallinsk silisium ved nedbrytning av silan i en to-gass-høytrykksvirvelsjiktreaktor
Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en høytrykksvirvelsjiktreaktor hvor hydrogen ble matet til det perifere området til reaksjonskammeret og en silaninneholdende gass ble innført til kjerneområdet til reaksjonskammeret ble modellert ved hjelp av en Computational Fluid Dynamics (CFD) programvare. Den totale silankonsentrasjonen i gassen som ble matet til reaktoren ble holdt ved 2 volum-%. Gassen innført til kjerneområdet til reaktoren inneholdt 4,8 volum-% og entret kjerneområdet med en temperatur på 395 °C. Gassen innført til det perifere området til reaktoren inneholdt ikke silan og entret med en temperatur på 600 °C. Forholdet overflateareal til kjerneområdet over overflatearealet til det perifere området til reaktoren var 1:2. Trykket i reaktorens gassutløp ble holdt ved 20 bar absolutt og reaksjonskammeret ble holdt ved 700 °C. De modellerte data indikerer at omdanningsgraden var 99,9 %. Produktiviteten til denne simulerte reaktoren var 180 kg/time polykrystallinsk silisium per kvadratmeter reaktortverrsnitt.
Ved introduksjon av elementer i foreliggende frembringelse eller foretrukne utføringer av denne er artiklene «en», «de» og «nevnte» ment å bety at det er en eller flere av elementene. Begrepene «omfatter», «inkluderer» og «har» er ment å være inkluderende og bety at det kan være ytterligere elementer enn de som er listet opp.
Etter som forskjellige endringer kan gjøres i de ovenforgitte apparater og fremgangsmåter uten å forlate omfanget av fremleggelsen, er det ment at alt innhold i ovenforgitte beskrivelse og vist i medfølgende tegninger skal tolkes som illustrerende og ikke begrensende.
Claims (11)
1. Fremgangsmåte for produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en virvelsjiktreaktor som har et reaksjonskammer med et tverrsnitt og en fordeler for fordeling av gasser inn i reaksjonskammeret, virvelsjiktreaktoren produserer minst 100 kg/time polykrystallinsk silisium per kvadratmeter tverrsnitt til reaksjonskammeret, hvor fremgangsmåten omfatter å innføre en eller flere mategasser inn i fordeleren for å fordele gassene inn i reaksjonskammeret, hvor reaksjonskammeret inneholder silisiumpartikler og hvor temperaturen til hver gass som omfatter minst ca. 1 volum-% silan er mindre enn ca. 400 °C før den innføres i fordeleren og trykket er minst ca. 3 bar, og hvor silanet nedbrytes termisk i reaksjonskammeret for å deponere en mengde silisium på silisiumpartiklene.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen til hver mategass som omfatter minst ca. 1 volum-% silan er mindre enn ca. 350 °C, mindre enn ca. 300 °C, mindre enn ca. 200 °C eller mindre enn ca. 100 °C før den innføres i fordeleren.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at trykket i reaksjonskammeret er minst ca. 4 bar, minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, minst ca. 20 bar, minst ca. 25 bar, fra ca. 3 til ca. 25 bar eller fra ca. 4 til ca. 20 bar.
4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at brukt gass trekkes ut av virvelstrømreaktoren og at trykket til den brukte gassen er minst ca. 3 bar, minst ca. 4 bar, minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, minst ca. 20 bar, minst ca. 25 bar, fra ca. 3 til ca. 25 bar eller fra ca. 4 til ca. 20 bar.
5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at partikulært polykrystallinsk silisium trekkes ut av virvelsjiktreaktoren og at midlere Sauter dimeter til det partikulære polykrystallinske silisium som trekkes ut er fra ca.
600 til ca. 2000 µm eller fra ca. 800 til ca. 1300 µm.
6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at gjennomsnittlige oppholdstider for gasser innført til reaksjonskammeret er mindre enn ca. 20 sekunder, mindre enn ca. 12 sekunder, mindre enn ca. 9 sekunder, mindre enn ca. 4 sekunder, mindre enn ca. 1 sekund, eller fra ca. 0,1 til ca. 20 sekunder.
7. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at minst ca. 150 kg/time silisium deponeres på silisiumpartiklene per kvadratmeter reaksjonskammertverrsnitt, eller minst ca. 250 kg/time, minst ca. 300 kg/time, minst ca. 500 kg/time, minst ca. 700 kg/time, minst ca. 1000 kg/time, minst ca. 2000 kg/time, minst ca. 3000 kg/time, minst ca. 4000 kg/time, eller fra ca. 100 til ca. 5000 kg/time, fra ca. 250 til ca. 5000 kg/time, fra ca. 100 til ca. 4000 kg/time eller fra ca. 100 til ca. 1000 kg/time silisium deponeres på silisiumpartiklene per kvadratmeter reaksjonskammertverrsnitt.
8. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den totale silankonsentrasjonen i mategasser som innføres i reaksjonskammeret er mindre enn ca. 15 volum-% eller mindre enn ca. 12 volum-%, mindre enn ca. 8 volum-%, fra ca. 1 til 15 volum-, fra ca. 1 til 10 volum-%, fra ca. 5 til 15 volum-%, eller fra ca. 10 til 15 volum-%.
9. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at reaksjonskammeret ikke er delt inn i separate områder.
10. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at virvelsjiktreaktoren omfatter et ringformet kammer dannet mellom en reaksjonskammervegg og et ytre skall, og at fremgangsmåten omfatter å opprettholde et trykk i det indre kammeret som er minst ca. 1 bar under trykket i reaksjonskammeret eller minst ca. 5 bar, minst ca. 10 bar, minst ca. 15 bar, fra ca. 1 til ca. 20 bar, fra ca. 1,1 til ca. 20 bar, fra ca. 1 til ca. 20 bar eller fra ca. 5 til ca. 20 bar under trykket i reaksjonskammeret.
11. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at reaksjonskammeret er varmet opp til minst ca. 500 °C, til minst ca. 600 °C, til minst ca.
650 °C, til minst ca. 700 °C, til minst ca. 750 °C, fra ca. 600 til ca. 800 °C eller fra ca. 700 til ca. 800 °C.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201161541642P | 2011-09-30 | 2011-09-30 | |
| PCT/US2012/057508 WO2013049314A2 (en) | 2011-09-30 | 2012-09-27 | Production of polycrystalline silicon by the thermal decomposition of silane in a fluidized bed reactor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20231208A1 true NO20231208A1 (no) | 2014-04-23 |
Family
ID=47018541
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20231206A NO20231206A1 (no) | 2011-09-30 | 2012-09-27 | Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en hvirvelsjiktreaktor |
| NO20231208A NO20231208A1 (no) | 2011-09-30 | 2012-09-27 | Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en hvirvelsjiktreaktor |
| NO20140521A NO347822B1 (no) | 2011-09-30 | 2014-04-23 | Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en hvirvelsjiktreaktor |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20231206A NO20231206A1 (no) | 2011-09-30 | 2012-09-27 | Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en hvirvelsjiktreaktor |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20140521A NO347822B1 (no) | 2011-09-30 | 2014-04-23 | Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en hvirvelsjiktreaktor |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9114997B2 (no) |
| KR (2) | KR102165127B1 (no) |
| CN (2) | CN107253723B (no) |
| NO (3) | NO20231206A1 (no) |
| WO (1) | WO2013049314A2 (no) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101676203B (zh) | 2008-09-16 | 2015-06-10 | 储晞 | 生产高纯颗粒硅的方法 |
| NO20231206A1 (no) * | 2011-09-30 | 2014-04-23 | Corner Star Ltd | Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en hvirvelsjiktreaktor |
| KR102050114B1 (ko) * | 2011-09-30 | 2019-11-28 | 코너 스타 리미티드 | 유동층 반응기에서의 실란의 열 분해에 의한 다결정 실리콘의 제조 |
| US10525430B2 (en) | 2013-12-26 | 2020-01-07 | Bruce Hazeltine | Draft tube fluidized bed reactor for deposition of granular silicon |
| US10837106B2 (en) | 2015-05-12 | 2020-11-17 | Corner Star Limited | Clamping assembly for a reactor system |
| DE102015209008A1 (de) | 2015-05-15 | 2016-11-17 | Schmid Silicon Technology Gmbh | Verfahren und Anlage zur Zersetzung von Monosilan |
| KR102753512B1 (ko) * | 2019-12-30 | 2025-01-09 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 유동층 반응기 및 이를 이용한 리튬 이차 전지의 활성 금속 회수 방법 |
| EP4570756A1 (en) | 2023-12-15 | 2025-06-18 | Zadient Technologies SAS | Cvd sic production reactor for the production of sic granules, system and method for the production of sic granules |
Family Cites Families (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3963838A (en) | 1974-05-24 | 1976-06-15 | Texas Instruments Incorporated | Method of operating a quartz fluidized bed reactor for the production of silicon |
| US4092446A (en) | 1974-07-31 | 1978-05-30 | Texas Instruments Incorporated | Process of refining impure silicon to produce purified electronic grade silicon |
| DE2620739A1 (de) | 1976-05-11 | 1977-12-01 | Wacker Chemitronic | Verfahren zur herstellung von hochreinem silicium |
| US4883687A (en) | 1986-08-25 | 1989-11-28 | Ethyl Corporation | Fluid bed process for producing polysilicon |
| US4784840A (en) | 1986-08-25 | 1988-11-15 | Ethyl Corporation | Polysilicon fluid bed process and product |
| US4820587A (en) | 1986-08-25 | 1989-04-11 | Ethyl Corporation | Polysilicon produced by a fluid bed process |
| US4868013A (en) | 1987-08-21 | 1989-09-19 | Ethyl Corporation | Fluidized bed process |
| US4992245A (en) * | 1988-03-31 | 1991-02-12 | Advanced Silicon Materials Inc. | Annular heated fluidized bed reactor |
| US5165908A (en) * | 1988-03-31 | 1992-11-24 | Advanced Silicon Materials, Inc. | Annular heated fluidized bed reactor |
| JPH02233514A (ja) | 1989-03-06 | 1990-09-17 | Osaka Titanium Co Ltd | 多結晶シリコンの製造方法 |
| JPH06127914A (ja) | 1992-10-16 | 1994-05-10 | Tonen Chem Corp | 多結晶シリコンの製造方法 |
| US5798137A (en) | 1995-06-07 | 1998-08-25 | Advanced Silicon Materials, Inc. | Method for silicon deposition |
| DE19735378A1 (de) * | 1997-08-14 | 1999-02-18 | Wacker Chemie Gmbh | Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliciumgranulat |
| DE19948395A1 (de) | 1999-10-06 | 2001-05-03 | Wacker Chemie Gmbh | Strahlungsbeheizter Fliessbettreaktor |
| DE10057481A1 (de) | 2000-11-20 | 2002-05-23 | Solarworld Ag | Verfahren zur Herstellung von hochreinem, granularem Silizium |
| KR100411180B1 (ko) | 2001-01-03 | 2003-12-18 | 한국화학연구원 | 다결정실리콘의 제조방법과 그 장치 |
| DE102005042753A1 (de) * | 2005-09-08 | 2007-03-15 | Wacker Chemie Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von granulatförmigem polykristallinem Silicium in einem Wirbelschichtreaktor |
| KR100756310B1 (ko) * | 2006-02-07 | 2007-09-07 | 한국화학연구원 | 입자형 다결정실리콘 제조용 고압 유동층반응기 |
| KR100661284B1 (ko) | 2006-02-14 | 2006-12-27 | 한국화학연구원 | 유동층 반응기를 이용한 다결정실리콘 제조 방법 |
| KR100813131B1 (ko) | 2006-06-15 | 2008-03-17 | 한국화학연구원 | 유동층 반응기를 이용한 다결정 실리콘의 지속 가능한제조방법 |
| KR100783667B1 (ko) * | 2006-08-10 | 2007-12-07 | 한국화학연구원 | 입자형 다결정 실리콘의 제조방법 및 제조장치 |
| US7935327B2 (en) | 2006-08-30 | 2011-05-03 | Hemlock Semiconductor Corporation | Silicon production with a fluidized bed reactor integrated into a siemens-type process |
| DE102007021003A1 (de) * | 2007-05-04 | 2008-11-06 | Wacker Chemie Ag | Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von polykristallinem hochreinen Siliciumgranulat |
| US20090324819A1 (en) | 2008-06-27 | 2009-12-31 | Memc Electronic Materials, Inc. | Methods for increasing polycrystalline silicon reactor productivity by recycle of silicon fines |
| CN102083522B (zh) | 2008-06-30 | 2014-03-26 | Memc电子材料有限公司 | 流化床反应器系统及减少硅沉积在反应器壁上的方法 |
| US7927984B2 (en) * | 2008-11-05 | 2011-04-19 | Hemlock Semiconductor Corporation | Silicon production with a fluidized bed reactor utilizing tetrachlorosilane to reduce wall deposition |
| CN102686307A (zh) | 2009-12-29 | 2012-09-19 | Memc电子材料有限公司 | 使用外围四氯化硅减少硅在反应器壁上的沉积的方法 |
| US20120100059A1 (en) | 2010-10-22 | 2012-04-26 | Memc Electronic Materials, Inc. | Production of Polycrystalline Silicon By The Thermal Decomposition of Trichlorosilane In A Fluidized Bed Reactor |
| US9156705B2 (en) * | 2010-12-23 | 2015-10-13 | Sunedison, Inc. | Production of polycrystalline silicon by the thermal decomposition of dichlorosilane in a fluidized bed reactor |
| KR102050114B1 (ko) * | 2011-09-30 | 2019-11-28 | 코너 스타 리미티드 | 유동층 반응기에서의 실란의 열 분해에 의한 다결정 실리콘의 제조 |
| NO20231206A1 (no) * | 2011-09-30 | 2014-04-23 | Corner Star Ltd | Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en hvirvelsjiktreaktor |
-
2012
- 2012-09-27 NO NO20231206A patent/NO20231206A1/no unknown
- 2012-09-27 CN CN201710500422.9A patent/CN107253723B/zh active Active
- 2012-09-27 KR KR1020197033582A patent/KR102165127B1/ko active Active
- 2012-09-27 US US13/628,282 patent/US9114997B2/en active Active
- 2012-09-27 NO NO20231208A patent/NO20231208A1/no unknown
- 2012-09-27 KR KR1020147008427A patent/KR20140071397A/ko not_active Ceased
- 2012-09-27 WO PCT/US2012/057508 patent/WO2013049314A2/en not_active Ceased
- 2012-09-27 CN CN201280047656.8A patent/CN103842070B/zh active Active
-
2014
- 2014-04-23 NO NO20140521A patent/NO347822B1/no unknown
-
2015
- 2015-07-15 US US14/799,705 patent/US10442695B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107253723A (zh) | 2017-10-17 |
| KR20190131601A (ko) | 2019-11-26 |
| CN103842070A (zh) | 2014-06-04 |
| WO2013049314A3 (en) | 2013-05-23 |
| NO20140521A1 (no) | 2014-04-23 |
| KR20140071397A (ko) | 2014-06-11 |
| NO20231206A1 (no) | 2014-04-23 |
| CN103842070B (zh) | 2017-07-21 |
| US20150315028A1 (en) | 2015-11-05 |
| KR102165127B1 (ko) | 2020-10-13 |
| US9114997B2 (en) | 2015-08-25 |
| US10442695B2 (en) | 2019-10-15 |
| NO347822B1 (no) | 2024-04-08 |
| WO2013049314A2 (en) | 2013-04-04 |
| CN107253723B (zh) | 2020-06-26 |
| US20130084234A1 (en) | 2013-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103842069B (zh) | 通过使硅烷在流化床反应器中热分解而制备多晶硅 | |
| CN103384642B (zh) | 通过在流化床反应器中使二氯硅烷热分解而生产多晶硅 | |
| NO20140521A1 (no) | Produksjon av polykrystallinsk silisium ved termisk nedbrytning av silan i en hvirvelsjiktreaktor | |
| US8828324B2 (en) | Fluidized bed reactor systems and distributors for use in same | |
| US20120100059A1 (en) | Production of Polycrystalline Silicon By The Thermal Decomposition of Trichlorosilane In A Fluidized Bed Reactor | |
| US8168152B2 (en) | Method for producing trichlorosilane and method for utilizing trichlorosilane | |
| CN108698008A (zh) | 生产粒状多晶硅的方法和设备 |