[发明专利]用于制造颗粒状多晶硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造颗粒状多晶硅的方法。

背景技术

多晶体硅颗粒，或简称多晶硅颗粒，是西门子方法所制造的多晶硅的替代品。然而，在西门子方法中，多晶硅以圆柱体硅棒产生，这使其在进一步加工前必须以耗时且成本高昂的方式粉碎成所谓的碎片多晶硅，并且可能还需要净化；多晶硅颗粒具有粒状产品特性且可直接作为原料使用，例如，用于光伏和电子工业的单晶生产。

多晶硅颗粒是在流化床反应器中制造的。其是如下实施：借助流化床中的气流，使硅颗粒流化，其中所述流化床借助加热器加热至高温。通过添加含硅反应气体，在热颗粒表面进行热解反应。在此过程中，元素硅在硅颗粒上沉积且单个颗粒的直径增大。由于规律地取出已经长大的颗粒并加入较小的硅颗粒作为种子颗粒(在后文中称为“种子”)，所以该方法具有所有与其相关的优势且可被持续操作。作为含硅反应气体，描述了硅-卤素化合物(例如氯硅烷或溴硅烷)，单硅烷(SiH₄)，以及这些气体和氢气的混合物。例如，由US4786477A公开了此类沉积方法及其设备。

在含有硅烷(SiH_nX_4-n其中X＝卤素，n＝0-4)的流化床反应器中，硅的沉积通常在600℃至1200℃之间的温度下发生。为了清洁和/或进一步的加工，原料气流必须被加热，废气气流和固体产品(多晶颗粒)必须被冷却。

因为在多晶硅的生产中生产成本变得愈发重要，所以节约热能是所希望的。在此方面，现有技术已经有所建议。

US6827786B2公开了一种用于制造颗粒状多晶硅的反应器，包括：加热区，其处于反应区下方，且具有通过一个或多个加热器加热的一个或多个管；容许硅颗粒在加热区和反应区之间来回脉冲的机械装置，其中该机械装置包括用于将不含硅的气体引入到加热区的单独入口，用于将含硅气体引入到反应区的单独入口，以及将不含硅的气体加热至反应温度的加热装置。已知可以通过加热引入的硅烷借助热交换器从分岔排出的颗粒回收热量。然而，问题是如果壁温度太高，含硅气体会导致壁沉积物的形成。通过与含硅气体直接接触，所述颗粒也可对其释放热量。

US2011212011A1公开了一种用于制造多晶硅颗粒的方法，其中废气热量借助热交换器用于加热种子颗粒。

US2012207662A1公开了一种用于制造多晶体硅的反应器(西门子方法，圆柱体硅棒)，其中借助用于反应器冷却的冷却剂来回收热量。通过使用温度高于冷却剂沸点的热水并降低热水压力，由此一些热水以蒸汽形式从反应器中排出，并作为其他用途的热源使用。

本发明的目的就是解决所述问题。

发明内容

所述问题是通过一种在流化床反应器中用于制造颗粒状多晶硅的方法来解决的，该方法包括：借助在被加热到600-1200℃的温度的流化床中的进料的流化气体流化硅颗粒，加入含硅反应气体以及在硅颗粒上沉积硅，由此形成颗粒状多晶硅，随后将多晶硅从反应器中移除，并且还移除废气，其中所移除的废气用于加热流化气体或反应气体，或用于在热交换器中加热水介质。

优选地，作为流化气体，使用H₂、N₂、Ar或SiCl₄。含硅反应气体优选为硅烷(SiH_4-nCl_n,n＝0-4)或硅烷与H₂、N₂、Ar或SiCl₄的混合物。

优选地，被加热的水介质用于产生电或产生蒸汽，或用于加热具有低于所加热的水介质的温度的其他介质。优选地，废气在热交换器中加热冷却水流，冷却水流随后用于产生电或用于加热具有较低温度的介质，或随后蒸发。

优选地，被移除的废气用于加热流化气体或反应气体，以及用于在热交换器中加热冷却水流。

此外，优选地，移除的颗粒状多晶硅用于加热流化气体。

出于此目的，特别优选地，在容器中或导管中，流化气体围绕颗粒状多晶硅流动，在此过程中，热量以直接接触释放给流化气体。

同样地，废气优选用于加热硅颗粒，其中该热交换是通过以下方式实施的：在容器或导管中废气围绕硅颗粒流动，并且在此过程中，硅颗粒以直接接触从废气中吸热。

在优选的实施方式中，废气加热两种进料气流，也就是流化气体和反应气体，其中使用两个热交换器。

作为热交换器，双联管热交换器或管束热交换器是优选的。

通过废气从反应器排出的热量可用于加热一种或多种原料气流以及其他种子材料。