[发明专利]一种多晶硅还原炉

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多晶硅还原炉。

背景技术

改良西门子法是国际上生产多晶硅的主流技术，其核心设备为还原炉，还原炉的工作原理是通过通电高温硅芯将三氯氢硅与氢气的混和气体反应生成多晶硅并沉积在硅芯上，最终产物是沉积在硅芯上的多晶硅，产品最终以多晶硅棒的形式从还原炉中采出。

多晶硅还原炉的反应物料从底盘进，反应尾气亦从底盘出，该进出气方式虽然有助于物料的混合及延长物料的停留时间，但是也导致还原炉顶部和底部温度过高，而还原炉顶部和底部温度的过高会影响还原炉的正常运行。顶部温度过高一方面会使硅芯熔断，导致启炉失败；另一方面会使顶部物料沉积速率过快，导致爆米花料的形成。而底部温度过高一方面会使绝缘磁环表面结硅，进而增加还原炉接地跳停的风险，以及导致物料的损失，由于硅和绝缘磁环具有不同的弹性模量，所以表面结硅的磁环极易崩裂损坏；另一方面底部温度过高会使有机绝缘材料碳化，进而导致产品污染以及维护成本的增加。另外，还原炉运行过程中一部分物料会在气相环境中分解产生不定型硅，不定型硅(即硅粉)会富集在底盘表面，富集在底盘表面的不定型硅会增加底盘的黑底系数，进而导致炉内热量的损失，此外富集的不定型硅会在高温下团聚，进而亦会增加还原炉接地跳停的风险。

综上所述，现有多晶硅还原炉存在结构设计缺陷，上述缺陷不仅影响多晶硅产品品质，还严重影响着还原炉的稳定运行，因此如何优化多晶硅还原炉结构，使其能够解决前述存在的问题成为当前需要急需解决的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可实现多晶硅还原炉的稳定运行、高品质多晶硅棒的产出以及降低多晶硅生产成本的多晶硅还原炉。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多晶硅还原炉，包括有炉体、底盘和电极，炉体安装于底盘上，电极位于炉体中并安装于底盘上，底盘上设置有进气口和出气口，硅棒生长于电极上，其特征在于：通过对炉体高度参数及炉体内部温度参数的控制，将该还原炉的内部分成热气流层、晶硅生长区及冷气流层三个区域，其中，

冷气流层位于还原炉的底部，其与底盘相接；冷气流层由自底盘朝上喷出的氢气气流形成，在底盘设置有若干氢气喷嘴，氢气喷嘴对接有氢气供气机构，通过氢气喷嘴朝还原炉喷射氢气气流将冷气流层的温度控制在200-600℃之间；通过氢气喷嘴喷出的氢气将富集在底盘表面的硅粉保持在流化状态，处于流化状态的硅粉以其更大的表面积充当热反射载体，对炉体内部的热量进行反射补充而降低还原炉热量的损失；另外，低温冷气流层中的低温氢气使底部硅粉处于流化状态，使硅粉不会富集在底盘上，底盘可以始终保持较低的黑度系数；

热气流层位于还原炉的顶部，热气流层通过将还原炉顶部与硅棒顶部的距离设置为1000-1500mm，而形成热气流层底部与硅棒顶部的距离为100-500mm，此距离可形成硅棒远离热气流层的结构；

晶硅生长区位于热气流层与冷气流层之间，硅棒生长于该晶硅生长区内，晶硅生长区的气相温度控制为800-900℃；硅棒温度保持在1000-1200℃，最优为1000℃。

进一步地，所述冷气流层自底盘上表面朝上延伸的高度为50-200mm，冷气流层中200-600℃的低温氢气占整个冷气流层的至少90％。

进一步地，所述氢气喷嘴均匀安装在底盘内部，且氢气喷嘴的顶部与底盘的内表面相互齐平；氢气喷嘴的直径为2-5mm。

进一步地，所述氢气喷嘴的喷口处安装有筛网，所述筛网的筛孔直径为0.05-0.1mm，所述筛网采用高镍铬奥氏体不锈钢制成。

进一步地，所述底盘的内表面喷涂有热反射涂层，所述热反射涂层为银涂层，以将热量反射至晶硅生长区。

优选地，所述炉体的顶部为穹顶结构，炉体顶部与硅棒顶部的距离为1200-1300mm，晶硅生长区的气相温度控制为850℃；所述冷气流层的高度为100mm，其温度保持在300-500℃。