[发明专利]用于多晶硅生产的供料系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于多晶硅生产的供料系统（装置）和方法。

背景技术

多晶硅棒生产是制备高纯硅过程中的最重要阶段，对多晶硅的产量、质量、成本以及整个生产系统的协调性、稳定性、安全性起着不可估量的作用。

目前国内多晶硅生产通常采用三氯氢硅氢还原法。经提纯和净化的氢气和三氯氢硅按照一定比例供给到还原炉中，在一定高温下进行如下化学反应，生产的硅沉积在还原炉中的硅芯上，主要的化学反应方程式为：

SiHCl₃+H₂→Si+3HCl；

同时还会发生SiHCl₃热分解和SiCl₄的还原反应：

4SiHCl₃→Si+3SiCl₄+2H₂；

SiCl₄+2H₂→Si+4HCl。

由还原炉内上述反应方程式可以看出：SiHCl₃反应后，会生成多晶硅和副产物四氯化硅，四氯化硅的产量越高，则硅的实收率越低。因此，选择合适的反应混合物配比，能够有利于提高硅的实收率，并使产品结晶质量提高。

目前在生产过程中，为了利于提高实收率和产品质量，氢气通常选择为比化学当量值过量。供给到还原炉中的还原剂氢气和原料三氯氢硅的摩尔比（即反应混合物配比，下文简称配比）的一般范围选择在10:1~3:1之间。

如果选择的反应混合物配比偏大，氢气比化学当量值过量较多，生长速率低、有利于提高硅的实收率，但硅棒生长后期容易出现“玉米棒”现象。玉米棒现象为：硅棒长成玉米棒状，出现此状态的多晶硅棒会出现以下缺点：硅棒质量差，“玉米粒”之间由于温度过高，大量的硼（B）、磷（P）杂质及金属杂质聚集，导致产品质量下降；硅棒疏松，容易倒棒，造成更加严重的损失。

大多数选择大配比的厂家，解决此现象（玉米粒的产生）的方法是在多晶硅棒生长后期增大氢气和三氯氢硅两者的进料量，但此方法会增加尾气回收系统的负荷。如果在设计期间提高系统的尾气处理能力，则会增加一次性投资成本和运行成本；如果在运行期间增加尾气处理量，则会导致尾气回收系统不能完全处理多晶硅尾气，最终导致生产效率过低，成本过高。

另一方面，采用低配比，即增大SiHCl₃配比浓度，则生长速率高、硅棒致密、多晶硅电耗低、硅的实收率较低、硅棒生长后期无“玉米棒”现象。但配比过小，会造成大量副产物四氯化硅的生成，导致硅的实收率变低，而现在大多数的多晶硅生产厂家没有一个有效的处理副产物四氯化硅的方法。一些厂家使用热氢化技术处理四氯化硅，但无形中增加了一次性投资和运行成本。

传统混合进料方式如附图1所示：氢气通入含有一定液位的三氯氢硅液体的鼓泡汽化器92，通过控制汽化器的温度和压力来控制进料混合气的配比。鼓泡汽化器92被连接到数台还原炉，例如还原炉10、20…等。因为从一台汽化器流出的混合气会分别进入数台还原炉，因此改变一台汽化器中混合气的配比，会影响所有还原炉的进料配比。当各还原炉中处于多晶硅生长过程的不同时期时，这样可能会对系统造成相当不利的影响：如将配比调大，其中一台还原炉在多晶硅生长后期，则会出现玉米棒现象；将配比调小，则处在生长前期的还原炉中的硅的实收率会降低。

发明内容

为了克服上述传统方式中各配比进料方式的缺点，本发明是提供一种可变配比进料方式的多晶硅生产工艺及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：加热后的氢气与过热后的三氯氢硅分别控制其各自的流量，供给到与多个还原炉分别相连的各自的静态混合器中混合以实现生产过程中变配比的目的，且其中一个静态混合器中混合气配比可以控制为与其它静态混合器中混合气配比不同，因此其中一个静态混合器中混合气配比的改变不会对其他还原炉的生产造成影响。

在本发明的第一方面，提供一种用于多晶硅生产还原炉的供料系统包括：

氢气加热器，其与氢气供给源连接，用于接收来自氢气供给源的氢气并加热氢气；

三氯氢硅汽化器，其与三氯氢硅液体供给源相连，用于将来自三氯氢硅液体供给源的三氯氢硅液体汽化为三氯氢硅气体；