CN201105989Y - 多晶硅氢还原炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种多晶硅氢还原。包括炉壁，炉壁上安装有视镜，视镜包括视镜玻璃和内空式镜筒，镜筒筒壁在靠近视镜玻璃的位置设有水冷结构；炉壁安装在底盘上；底盘上布有进、出气装置和加热电极，电极上一一对应安装有硅芯棒，底盘上还设有与底盘下部的进气管连通的进气喷口，喷口为四组，每组喷口为多个，每个喷口上设有可拆卸式石墨喷嘴，且每个喷嘴的截面积相同；各组喷口的喷嘴的截面积之和的比为1∶2∶4∶8。本实用新型有效解决了多晶硅氢还原炉因炉内物料、温度分布不均匀而带来的硅棒沉积率低、生长不均匀的问题，同时解决了由于水冷而污染视镜玻璃和形成硅附着物的问题，并且结构简单，保证了视镜在生产中不被污染。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多晶硅氢生产的装置，主要涉及多晶硅氢还原。
背景技术
在多晶硅生产中，还原炉是其主要设备，而还原炉的进气喷口是多晶硅氢还原炉的极重要组成元件，他的喷口喷速和分布对硅棒的生长和沉积状况有着重大影响。现有技术中，多晶硅氢还原炉大多采用固定截面积喷口，这种结构在对硅棒最终直径要求较小时，缺陷并不突出，但当对硅棒最终直径要求较大时缺陷就比较明显，这时由于还原炉的后期的进气需要量比初期进气需要量差距很大，相差大约为10-20倍，因此固定截面积喷口的喷口流速也会相差10-20倍，喷速太小时，物料分布不均匀；喷速太大时，喷口的阻力太大，会在喷口处形成较大的压差，使流量调节阀无法调节流量。这就会影响沉积的均匀性，影响硅棒棒温的一致性，使得温度很难控制，最终影响沉积速率。其次，多晶硅氢还原炉的测温视镜是测量炉内硅棒温度的窗口，在现有技术中，测温视镜常常被污染，其原因有两个：①视镜往往都是采用双层玻璃结构，由于生产中还原炉的炉内温度很高，导致视镜玻璃温度也很高，往往通水冷却，在长时间水冷过程中，视镜玻璃很容易被水中污垢污染，从而影响观测。②在生长过程中，由于玻璃内表面温度较高，混合气就可以很容易在玻璃的内表面沉积，形成有色的无定形硅，而污染视镜。而在生产中，视镜的污染将直接影响温度测量，导致误差很大，使得硅棒温度闭环控制无法使用，闭环控制是指用测得的温度与设定的温度进行比较，将差值经过运算去控制加热电源的加热功率，使得测得的温度与设定的温度的差值控制在设定的范围内，若测得的温度不准确，控制加热电源的加热功率就无法控制，现有技术就是因为视窗污染而只能人工控制。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种多晶硅氢还原。采用本实用新型有效解决了多晶硅氢还原炉因炉内物料、温度分布不均匀而带来的硅棒沉积率低、生长不均匀的问题，并使炉内物料、温度形成循环流动，保证大直径硅棒生长时能获得较高的沉积速率。同时本实用新型还有效解决了由于水冷而污染视镜玻璃和形成硅附着物的问题，并且结构简单，保证了视镜在生产中不被污染。
为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：
多晶硅氢还原炉，包括带有冷却装置的炉壁，炉壁上安装有视镜，所述视镜包括视镜玻璃和通入还原炉内壁的内空式镜筒，视镜玻璃安装在位于还原炉炉壁之外的镜筒上，镜筒筒壁在靠近视镜玻璃的位置设有水冷结构；炉壁安装在底盘上；底盘上布有进、出气装置和加热电极，电极上一一对应安装有硅芯棒，所述底盘上还设有与底盘下部的进气装置连通的进气喷口，其特征在于：所述喷口为四组，每组喷口为多个，其中两组喷口形成的圆为同心圆，且均布在底盘每两个硅芯棒圈之间的圆周上，另外两组设置在内圈硅芯棒圆周之内；每个喷口上设有可拆卸式石墨喷嘴，且每个喷嘴的截面积相同；各组喷口的喷嘴的截面积之和的比为1∶2∶4∶8；所述视镜玻璃为单层玻璃结构，视镜玻璃内表面侧的镜筒筒壁上设有两端分别与镜筒外的进气管和镜筒内通道相通的气体通道。
在镜筒中部的筒壁或位于还原炉内的镜筒筒壁上，也设有至少一个两端分别与镜筒外的进气管和镜筒内通道相通的气体通道。
气体通道包括至少一个直通道或斜通道，或至少一个直通道和环形通道，或至少一个斜通道和环形通道。
所述水冷结构为环形水冷结构或螺旋水冷结构。
所述每组喷口的下部通过环形管或直管相互连接后与进气装置连通。
所述进气装置在还原炉外还设有分别控制每组喷口流量和开关组合的流量调节阀门。
本实用新型的优点在于：
1、本实用新型将喷口分成四组，每组喷嘴的截面积之比分别为1∶2∶4∶8，并将其均匀地分布在电极之间，而每个喷嘴的截面积相同，从而保证了各喷嘴在相同压力下流量、速度相同，这样就解决了多晶硅氢还原炉因炉内物料、温度分布不均匀而带来的硅棒沉积率低、生长不均匀的问题，每组的喷口数量可以根据需要决定，每组的喷口间的连接可以环形，也可以是直管，炉外的四组阀门在不同生产时期按流量大小的需要将四个喷口组进行开关组合，组成了多个单位截面积的变化，这就保证在整个生产过程中喷口始终保持着相同的喷速。
2、由于改善炉子内物料成分的均匀分布是生长大直径多晶硅棒的突出问题，尤其是HCl分布的均匀性，直接影响着每个部位的沉积速率，影响着多晶硅棒直径的均匀性，影响着温度分布的均匀性，从而影响着炉子的平均沉积速率。当气流达到一定速度和流量，从每个喷嘴喷出时，在喷口附近就产生低压区，周围的物料就会流向低压区，与喷口喷出的物流一起喷向炉顶，形成环流，起着强烈的搅拌作用，在硅棒的生产初期，进气流量和速度不需要很大，这样就可以仅开启部分喷口，随着流量的增加，就需要增加更多的喷口数量，直至喷口全部工作，从而保证在大直径时也可以获得较高的沉积速率。
3、由于还原炉在生产过程中，炉内温度极高，因此将喷口的喷嘴设计成可拆卸式石墨喷嘴，这样不仅可以耐高温，具备纯度高、耐高温，易于加工及易于洁净处理的特点，而且可以根据不同的生产需要，简单、方便的更换喷嘴。
4、由于原有视镜为双层结构，并在其间进行水冷，当还原炉的工作压力为0.6MPa时，视镜玻璃很厚，水冷只能冷却视镜玻璃的外表面，而不能冷却内表面，实际冷却效果不好，并容易污染视镜玻璃，本实用新型采用在单层视镜玻璃结构，且在玻璃内表面通入氢气，直接将氢气吹向视镜玻璃内表面进行冷却，并用水冷进行辅助冷却，实现双重冷却，这样不仅冷却效果好，同时避免了水冷对玻璃外表面的污染。同时，由于将气体直接吹向玻璃内表面，这样在镜筒内通道上通过气体将从还原炉内进入镜筒的有氯硅烷的混合气体与玻璃内表面隔绝，可以防止混合气体在玻璃内表面沉积，不易形成有色的无定形硅。
5、为增加使用效果，本实用新型在镜筒中部的筒壁或位于还原炉内的镜筒筒壁上，也设有至少一个两端分别与镜筒外的进气管和镜筒内通道相通的气体通道，向镜筒内吹入氢气，这样，加上玻璃内表面吹入的氢气，形成一个有至少两路气体组成的隔离带，进而有效的阻止了从还原炉内的有氯硅烷的混合气体进入镜筒内，不仅防止了混合气体在玻璃内表面沉积，同时也起到了隔热的作用。
附图说明：
图1为本实用新型多晶硅氢还原炉结构示意图。
图2为本实用新型中进气喷口在底盘上的分布示意图。
图3为本实用新型视镜结构示意图。
图中标记：1为外壳体，2为内壳体，3为硅芯棒，4为视镜，5为冷却水环管，6为底盘，7为电极，8为支架，9为导轨，10镜筒11为进气管，12为冷却水出水管，13为气体通道，14为视镜玻璃，15为镜筒内通道，16为冷却水进水管，17为水冷结构，18为喷口，19为进、出气装置。
具体实施方式
多晶硅氢还原炉，包括带有冷却装置的炉壁，炉壁包括外壳体1和内壳体2，炉壁上安装有视镜4，所述视镜4包括视镜玻璃14和通入还原炉内壁的内空式镜筒10，视镜玻璃14安装在位于还原炉炉壁之外的镜筒10上，镜筒10筒壁在靠近视镜玻璃14的位置设有水冷结构17；所述视镜玻璃14为单层玻璃结构，视镜玻璃14内表面侧的镜筒10筒壁上设有两端分别与镜筒外的进气管11和镜筒10内通道相通15的气体通道13，本实用新型采用在单层视镜玻璃结构，且在玻璃内表面通入氢气，直接将氢气吹向视镜玻璃内表面进行冷却，并用水冷进行辅助冷却，实现双重冷却，这样不仅冷却效果好，同时避免了水冷对玻璃外表面的污染。同时，由于将气体直接吹向玻璃内表面，这样在镜筒内通道上通过气体将从还原炉内进入镜筒的有氯硅烷的混合气体与玻璃内表面隔绝，可以防止混合气体在玻璃内表面沉积，不易形成有色的无定形硅。为增加使用效果，本实用新型在镜筒中部的筒壁上或位于还原炉内的镜筒筒壁上，也可以设置两端分别与镜筒外的进气管和镜筒内通道相通的气体通道，气体通道为直通道，也可以是斜通道，还可以是直通道和环形通道配合，或斜通道和环形通道配合，气体通道可以根据需要设置多个，在使用时，通过气体通道向镜筒内吹入氢气，这样，加上玻璃内表面吹入的氢气，形成一个有至少两路气体组成的隔离带，进而有效的阻止了从还原炉内的有氯硅烷的混合气体进入镜筒内，不仅防止了混合气体在玻璃内表面沉积，同时也起到了隔热的作用。所述进气装置19在还原炉外还设有分别控制每组喷口18流量和开关组合的流量调节阀门；炉壁安装在底盘6上；底盘6上布有进、出气装置19和加热电极7，电极7上一一对应安装有硅芯棒3，所述底盘6上还设有与底盘6下部的进气装置19连通的进气喷口18，所述喷口18为四组，每组喷口18为多个，其中两组喷口形成的圆为同心圆，且均布在底盘6每两个硅芯棒3圈之间的圆周上，另外两组设置在内圈硅芯棒3圆周之内；每个喷口18上设有可拆卸式石墨喷嘴，且每个喷嘴的截面积相同；各组喷口18的喷嘴的截面积之和的比为1∶2∶4∶8；由于还原炉在生产过程中，炉内温度极高，因此将喷口的喷嘴设计成可拆卸式石墨喷嘴，这样不仅可以耐高温，具备纯度高、耐高温，易于加工及易于洁净处理的特点，而且可以根据不同的生产需要，简单、方便的更换喷嘴。所述水冷结构为环形水冷结构或螺旋水冷结构。所述每组喷口的下部通过环形管或直管相互连接后与进气管连通；由于改善炉子内物料成分的均匀分布是生长大直径多晶硅棒的突出问题，尤其是HCl分布的均匀性，直接影响着每个部位的沉积速率，影响着多晶硅棒直径的均匀性，影响着温度分布的均匀性，从而影响着炉子的平均沉积速率。当气流达到一定速度和流量，从每个喷嘴喷出时，在喷口附近就产生低压区，周围的物料就会流向低压区，与喷口喷出的物流一起喷向炉顶，形成环流，起着强烈的搅拌作用，在硅棒的生产初期，进气流量和速度不需要很大，这样就可以仅开启部分喷口，随着流量的增加，就需要增加更多的喷口数量，直至喷口全部工作，从而保证在大直径时也可以获得较高的沉积速率。本实用新型将喷口分成四组，每组喷嘴的截面积之比分别为1∶2∶4∶8，并将其均匀地分布在电极之间，而每个喷嘴的截面积相同，从而保证了各喷嘴在相同压力下流量、速度相同，这样就解决了多晶硅氢还原炉因炉内物料、温度分布不均匀而带来的硅棒沉积率低、生长不均匀的问题，每组的喷口数量可以根据需要决定，每组的喷口间的连接可以环形，也可以是直管，炉外的四组阀门在不同生产时期按流量大小的需要将四个喷口组进行开关组合，组成了多个单位截面积的变化，这就保证在整个生产过程中喷口始终保持着相同的喷速。
Claims (5)
1、多晶硅氢还原炉，包括带有冷却装置的炉壁(1、2)，炉壁(1、2)上安装有视镜(4)，所述视镜(4)包括视镜玻璃(14)和通入还原炉内壁的内空式镜筒(10)，视镜玻璃(14)安装在位于还原炉炉壁之外的镜筒(10)上，镜筒(10)筒壁在靠近视镜玻璃(14)的位置设有水冷结构(17)；炉壁安装在底盘(6)上；底盘(6)上布有进、出气装置(19)和加热电极(7)，电极(7)上一一对应安装有硅芯棒(3)，所述底盘(6)上还设有与底盘(6)下部的进气装置(19)连通的进气喷口(18)，其特征在于：所述喷口(18)为四组，每组喷口(18)为多个，其中两组喷口(18)形成的圆为同心圆，且均布在底盘(6)每两个硅芯棒(3)圈之间的圆周上，另外两组设置在内圈硅芯棒(3)圆周之内；每个喷口(18)上设有可拆卸式石墨喷嘴，且每个喷嘴的截面积相同；各组喷口(18)的喷嘴的截面积之和的比为1∶2∶4∶8；所述视镜玻璃(14)为单层玻璃结构，视镜玻璃(14)内表面侧的镜筒(10)筒壁上设有两端分别与镜筒(10)外的进气管(11)和镜筒内通道(15)相通的气体通道(13)。
2、根据权利要求1所述的多晶硅氢还原炉，其特征在于：在镜筒(10)中部的筒壁或位于还原炉内的镜筒(10)筒壁上，也设有至少一个两端分别与镜筒(10)外的进气管(11)和镜筒(10)内通道相通(15)的气体通道(13)。
3、根据权利要求1或2所述的多晶硅氢还原炉，其特征在于：气体通道(13)包括至少一个直通道或斜通道，或至少一个直通道和环形通道，或至少一个斜通道和环形通道。
4、根据权利要求1所述的多晶硅氢还原炉，其特征在于：所述每组喷口(18)的下部通过环形管或直管相互连接后与进气装置(19)连通。
5、根据权利要求1所述的多晶硅氢还原炉，其特征在于：所述进气装置(19)在还原炉外还设有分别控制每组喷口(18)流量和开关组合的流量调节阀门。
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