本發(fā)明涉及一種多晶硅還原爐的結(jié)構(gòu)。

二、

背景技術(shù)：

目前國際上多晶硅生產(chǎn)的工藝有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。其中改良西門子法是目前多晶硅生產(chǎn)的主要工藝，其生產(chǎn)多晶硅的量占世界多晶硅生產(chǎn)總量的80％[9，11]，該過程最重要的設(shè)備是多晶硅還原爐，其還原電耗超過整個(gè)多晶硅生產(chǎn)過程總電耗60％。因此，對還原爐內(nèi)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究，進(jìn)而開發(fā)低能耗的新型還原爐具有重要的學(xué)術(shù)和實(shí)用價(jià)值。

傳統(tǒng)的多晶硅還原爐結(jié)構(gòu)中，其原料氣的進(jìn)口和尾氣出口均布在底盤上，這種結(jié)構(gòu)要求設(shè)置進(jìn)氣噴嘴，另外必須控制進(jìn)氣流速達(dá)到足夠大才能實(shí)現(xiàn)對還原爐頂部區(qū)域混合氣的更新，該結(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)是容易造成還原爐頂部區(qū)域產(chǎn)生死區(qū)，由于頂部氣體得不到有效更新，因此頂部區(qū)域會(huì)產(chǎn)生局部高溫區(qū)，這種局部高溫區(qū)會(huì)導(dǎo)致硅粉的產(chǎn)生，而硅粉很容易附著到還原爐內(nèi)壁面，降低還原爐內(nèi)壁熱輻射反射率，最終導(dǎo)致還原電耗增加。

現(xiàn)有改進(jìn)后的新型還原爐尾氣出口均布在頂部，解決傳統(tǒng)還原爐內(nèi)局部溫度高的問題，避免了還原爐內(nèi)產(chǎn)生硅粉，初步解決了還原電耗過高的問題。但尾氣出口均布在頂部的結(jié)構(gòu)在還原控制上需要。

改進(jìn)的還原爐底盤電極分3個(gè)圓周排布，每一圓周上的硅棒都呈正六邊形排布，從中心向外依次有3對、3對、6對均勻分布的電極；新型還原爐底盤每相鄰兩個(gè)電極之間最大間距為220mm；每相鄰三對硅棒都構(gòu)成一個(gè)正六邊形，每一正六邊形的中心分布著一個(gè)進(jìn)氣口，其進(jìn)氣口總數(shù)為13個(gè)。

在新型多晶硅還原爐內(nèi)，混合氣基本上都是沿著硅棒表面向上流動(dòng)，這是由于越靠近硅棒表面，其溫度越高，而密度越低；另外在還原爐軸向方向上也存在溫度差，這一溫度差也使得反應(yīng)器在軸向上產(chǎn)生密度差，多晶硅還原爐在不同橫截面平面的密度分度差促使混合氣從底盤進(jìn)氣口向頂盤出氣口的平推式流動(dòng)。

然而傳統(tǒng)多晶硅還原爐的原料氣進(jìn)口和尾氣出口均布在底盤，這種結(jié)構(gòu)要求設(shè)置進(jìn)氣噴嘴，另外必須控制進(jìn)氣流速達(dá)到足夠大才能實(shí)現(xiàn)對還原爐頂部區(qū)域混合氣的更新，因此還原爐內(nèi)的流動(dòng)基本上為全混流，是強(qiáng)制對流的流動(dòng)，其軸向和徑向方向上的密度差反而阻礙了混合氣向底盤的出氣口流動(dòng)。使得傳統(tǒng)還原爐內(nèi)的密度分布較新型還原爐更均勻。傳統(tǒng)還原爐的進(jìn)出氣方式還容易引起原料氣走短路，使得原料氣未充分反應(yīng)就直接從出氣口排出，造成原料氣的浪費(fèi)，影響多晶硅的沉積速率。比較新舊還原爐，新型還原爐的溫度分布在還原爐的軸向方向上存在更加明顯的溫度差，這是由于新型多晶硅還原爐內(nèi)的流場是平推式流動(dòng)，這種流動(dòng)方式可以通過改變還原爐的操作條件來控制還原爐內(nèi)各個(gè)位置的溫度，可控的溫度分布可以控制還原爐內(nèi)硅粉的產(chǎn)生，避免了硅粉因附著到還原爐的內(nèi)壁面上而破壞還原爐內(nèi)壁的拋光面，可以長期保存還原爐內(nèi)壁面的拋光面，增加了內(nèi)壁面對高溫硅棒熱輻射的反射，從而降低了還原爐的還原電耗；而傳統(tǒng)還原爐內(nèi)的流場是全混流，其溫度分布更加均勻，這種流動(dòng)方式不能有效地控制還原爐內(nèi)的溫度，因此還原爐內(nèi)容易產(chǎn)生局部高溫區(qū)域，這種局部高溫區(qū)域會(huì)產(chǎn)生硅粉，而硅粉又容易附著到還原爐內(nèi)壁面的表面，引起還原爐內(nèi)壁面局部高溫點(diǎn)的生成，這種局部高溫點(diǎn)又會(huì)引起更多硅粉的附著，最終破壞了還原爐內(nèi)壁面的拋光面，從而增加了還原爐的還原電耗。

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是，提出一種多晶硅還原爐的結(jié)構(gòu)。采用交叉分布的吊裝電極，改善了爐內(nèi)物料分布的均勻性，容易控制還原爐內(nèi)各個(gè)位置的溫度，降低電耗并保證產(chǎn)品質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種多晶硅還原爐，其特征是包括：底盤和爐體，所述爐體為底盤之上部，爐體為圓柱狀加半球頂?shù)姆磻?yīng)腔室；底盤為圓盤狀，原料氣進(jìn)口和尾氣出口均布在底盤上，其特征是底盤上均布30-50對電極，所述一半電極在底盤上均勻豎直安裝，另一半電極為吊裝電極，與底盤上豎直安裝電極交錯(cuò)分布，吊裝電極的底端距底盤3-10cm；吊裝電極的上端位置與圓柱狀與半球頂交界處平齊，原料氣進(jìn)口通過高為3-10cm的進(jìn)氣管安裝在底盤上。

原料氣進(jìn)口和尾氣出口均布在底盤的不同半徑的圓周上，在一個(gè)半徑的圓周上布置原料氣進(jìn)口時(shí)，在相鄰的半徑的圓周上布置尾氣出口。

爐體圓柱狀與半球頂交界處夾裝鈦墊片引出平齊吊裝電極的支架體，鈦墊片引出鈦支架體的為角鈦型材。

有益效果，本發(fā)明看上去雖然是舊式還原爐結(jié)構(gòu)，但吊裝電極的安裝明顯改善了爐內(nèi)物料分布的均勻性，容易通過原料氣等的施加容易控制還原爐內(nèi)各個(gè)位置的溫度，可控的溫度分布可以控制還原爐內(nèi)硅粉的產(chǎn)生，避免了硅粉因附著到還原爐的內(nèi)壁面上而破壞還原爐內(nèi)壁的拋光面，可以長期保存還原爐內(nèi)壁面的拋光面，增加了內(nèi)壁面(均為鍍銀，尤其是半球形的穹頂有利于生長與尾氣流的均勻平衡)對高溫硅棒熱輻射的反射，從而降低了還原爐的還原電耗；溫度分布更加均勻，本發(fā)明這種流動(dòng)方式能有效地控制還原爐內(nèi)的溫度，不會(huì)產(chǎn)生局部高溫區(qū)域，還原爐的還原電耗比現(xiàn)有技術(shù)低。尤其是硅棒的生長質(zhì)量更易控制。由于吊裝電極的交替分布和進(jìn)出氣的交替分布的效果更好，更改善了爐內(nèi)物料分布的均勻性。

四、附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明爐的底盤俯視圖。

五、具體實(shí)施方式

如圖所示，圖中爐底1、電極支架2、爐腳3、爐壁4、出氣口5、進(jìn)氣管6、觀察鏡7、9、爐壁備用出氣口8、進(jìn)氣管安裝盤10、電極11、吊裝電極12、吊裝電極安裝位置13、吊裝電極安裝支架14、半球體頂部爐腔15。

本發(fā)明包括：底盤和爐體，所述爐體為底盤之上部，爐體為圓柱狀加半球頂?shù)姆磻?yīng)腔室；底盤為圓盤狀，原料氣進(jìn)口和尾氣出口均布在底盤上，底盤上均布30-50對電極(視爐體的大小，也包括吊裝電極)，所述一半電極在底盤上均勻豎直安裝，另一半電極為吊裝電極，與底盤上豎直安裝電極交錯(cuò)分布，吊裝電極的底端距底盤3-10cm，尤其是5-6cm；吊裝電極的上端位置與圓柱狀與半球頂交界處平齊，原料氣進(jìn)口通過高為3-10cm、尤其是5-6cm的進(jìn)氣管安裝在底盤上。相鄰的原料氣進(jìn)口的距離為8-12cm,原料氣進(jìn)口安裝的進(jìn)氣管6的直徑為4-6mm；

爐壁內(nèi)壁面均為鍍銀，對高溫硅棒熱輻射的反射，電極11、吊裝電極12均為成對安裝；

原料氣進(jìn)口和尾氣出口均布在底盤的不同半徑的圓周上，在一個(gè)半徑的圓周上布置原料氣進(jìn)口時(shí)，在相鄰的半徑的圓周上布置尾氣出口。相鄰圓周的半徑增大的間隔可以是相同的，或半徑越大，半徑增大的間隔略小。

爐體圓柱狀與半球頂交界處夾裝鈦墊片引出平齊吊裝電極的支架體，鈦墊片引出鈦支架體的為角鈦型材。