[发明专利]底盘设置多出气口的多晶硅还原炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅的生产设备，特别涉及一种多晶硅还原炉。

背景技术

目前多晶硅生产企业主要采用改良西门子法。该方法的生产流程是利用氯气和氢气合成氯化氢(或外购氯化氢)，氯化氢和冶金硅粉在一定温度下合成三氯氢硅，分离精馏提纯后的三氯氢硅进入还原炉被氢气还原，通过化学气相沉积反应生产高纯多晶硅。该流程包括五个主要环节：三氯氢硅的合成、三氯氢硅的精馏提纯、三氯氢硅的氢还原、尾气的回收和四氯化硅的氢化分离。

其中，三氯氢硅的氢还原在大型钟罩式还原炉中进行。还原炉主要由炉体、硅芯、气路系统、电极加热系统和冷却系统组成，如图3所示。氢气和三氯氢硅混合气体经由进气管及其上连接的进气喷嘴高速喷射进入还原炉内，在通电高温的硅芯表面发生化学气相沉积反应生成高纯多晶硅，得到棒状多晶硅产品，同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢等副产物尾气，尾气从底盘上设置的出气口和出气管排出。

现有多晶硅还原炉的气路系统结构为：进气管上连接若干进气喷嘴，喷嘴均匀设置在底盘上，出气口设置在底盘中心或者邻近中心的位置，如图3、图4所示。混合气体经由进气喷嘴高速喷入炉内，形成气柱，到达顶部后再折返向下从底盘的出气口排出。现有技术存在的主要问题有：由于底盘只设置有一个出气口，使得折返向下的气体以及反应生成的尾气流动不均匀，导致整个炉内气体流场分布不均匀。特别是多晶硅产量要求较大，炉内电极数增多时，气体流场分布不均匀的问题越发突显出来。炉内气体分布不均匀，则会影响多晶硅的沉积速度，同时也导致生成的多晶硅棒上下粗细不均匀，影响产品质量。可见，气体是否能够被均匀地排出对于多晶硅还原炉特别是对大容量还原炉的的操作性能和生成多晶硅棒产品的质量及产量有非常大的影响，因此需要对还原炉的气体出口结构重新进行设计。

发明内容

本发明的底盘设置多出气口的多晶硅还原炉，目的在于克服现有设备的上述缺点，提供一种能使炉内气体分布均匀从而提高多晶硅的沉积速度并且使得生产出的多晶硅棒上下粗细均匀的多晶硅还原炉；特别是在大容量的多晶硅还原炉内，底盘设置多个出气口时，炉内气体分布均匀的优势更为显著。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种多晶硅还原炉，包括炉体，夹套，底盘，支座，多对电极，带有石墨头的硅芯，混合气进气管及进气喷嘴，多个出气口及出气管，冷却系统和观察视镜等。其特征在于还原炉底盘设置多个出气口，出气口分圈均匀设置在底盘上。

多对电极分圈正负交错均匀地布置在底盘上，与电极连接的带有石墨头的硅芯顶部两两搭接，电极可以设置为15对或18对或24对或36对或48对；混合气进气管上连接若干喷嘴，喷嘴均匀分布在底盘上。根据不同的生产要求，当产量增大，还原炉底盘上设置的电极数和进气喷嘴数增多时，则出气口的数量也相应增多，出气口的位置也可以有多种安排。

本发明的特征在于多晶硅还原炉底盘上设置有多个出气口，出气口分圈均匀布置于底盘上。

本发明的效果和优点是，氢气和三氯氢硅混合气体由进气管及进气喷嘴高速喷射进入还原炉内，到达顶部后再折返向下，由于炉内底盘上在不同位置设置有多个出气口，使得向下折返的气体和反应生成的尾气能够充满整个炉内空间，均匀的向下流动至底盘出气口，并从多个出气口排出，这样可保证整个炉内气体分布均匀。同时由于高速气体的扰动与折返所形成的强湍流流场，强化了气固间传质，混合气体与通电高温的硅棒充分接触并在其表面发生化学气相沉积反应。炉内气体分布均匀，可加快硅在硅棒表面的沉积速度，且生成的高纯多晶硅能够均匀沉积于硅棒上，得到上下粗细均匀的棒状多晶硅产品，既提高了产品产量又提高了产品质量。特别是在大容量的多晶硅还原炉内，底盘设置多个出气口时，炉内气体分布均匀的优势更为显著。

经模拟计算表明，本发明的底盘设置多出气口的多晶硅还原炉较之现有多晶硅还原炉内，气体流场分布变得均匀，流动与传质死区减小很多，最终使得硅在硅棒表面的沉积速度提高，提高了硅的一次性转化率，并且得到的硅棒上下粗细较均匀，提高产品质量。

附图说明

图1为本发明的底盘设置多出气口的多晶硅还原炉结构示意图；

图2a为实施例1的多晶硅还原炉底盘进气口、出气口及电极分布示意图；

图2b为实施例2的多晶硅还原炉底盘进气口、出气口及电极分布示意图；

图2c为实施例3的多晶硅还原炉底盘进气口、出气口及电极分布示意图；

图3为现有多晶硅还原炉结构示意图；

图4为现有多晶硅还原炉底盘进气口、出气口与电极分布分布示意图；