[发明专利]用于生产多晶硅的装置以及用于控制该装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产多晶硅的装置。为了生产多晶硅，至少一个反应器是必需的。

背景技术

多晶硅可根据甲硅烷工艺（monosilane process）或者“西门子”工艺（“Siemens” process）生产。这两种方法实质上在用来生产多晶硅的反应成分（partner）方面不同。

在“西门子”工艺中，三氯硅烷（SiHCl₃）在存在氢气的情况下在加热到1000到1200°C的高纯度硅棒上热分解。纯硅因此沉积在该硅棒上。在该工艺中释放的氯化氢被回料给该生产。该工艺发生在大约6.5巴（bar）的压力下。

在甲硅烷工艺中，甲硅烷（SiH₄）在存在氢气的情况下在加热到850到900°C的高纯度硅棒上热分解。纯硅因此沉积在该硅棒上。甲硅烷工艺发生在大约2到2.5巴的压力下。

另外，本发明涉及一种用于控制用于生产多晶硅的装置的方法。该装置包括至少一个反应器。

多晶硅沉积物在硅芯棒的产率因此非常依赖工艺条件。根据甲硅烷工艺或者“西门子”工艺，为了调整参数，用于生产多晶硅的装置的投产和/或试运行还需要大量的时间和人力，这些参数相互依赖，诸如压力，温度，反应气体的组成，从该装置的部件提取的气体的组成，用来供应给该装置不同的元件的气体混合物的组成和量等。因此，在所述装置已经装配之后，为了将用于生产多晶硅的装置投产需要相当数量的成本和时间。

发明内容

本发明的目的是发明一种用于生产多晶硅的装置，其尽可能自动地投产，并且其中该装置的有效率的操作是可能的，这导致高产品质量和增加的操作安全性。

这个目的是通过具有权利要求1的特征的用于生产多晶硅的装置实现的。

本发明进一步的目的是发明一种方法，用该方法用于生产多晶硅的装置可以节约成本的方式运转，并且其中该装置有效率的操作是可能的，这导致高产品质量和增加的操作安全性。

这个目的是通过根据权利要求9的特征的用于控制用于生产多晶硅的装置的方法实现的。

根据本发明，该装置在所有情况下包括用于要测量的样本的取样元件，取样元件提供在该装置的至少一个反应器的进气管和排气管内。至少一个气相色谱仪附接该装置，以便分析提取的要测量样本。提取的要测量样本由取样元件经由加热的导管供应到气相色谱仪。

在其基本实施例中，该装置可仅包括反应器，气相色谱仪和控制单元。根据本发明实施例，在延伸阶段，该装置可包括至少一个反应器，至少一个转炉，至少一个注入箱以及至少一个汽化器。各反应器具有用于新鲜的反应气体的进气管以及用于不完全用尽的反应气体的排气管。同样地，各转炉和各汽化器具有用于气体混合物的排气管。汽化器的排气管是转炉的进气管。取样元件提供在转炉的排气管内，以及取样元件提供在汽化器的排气管内。

在各反应器的进气管和排气管内提供用于要测量的样本的取样元件是有意义的，使得该装置可关于工艺条件自动控制。此外，在各转炉的排气管内同样提供取样元件。同样地，取样元件提供在各汽化器的排气管内。将用各取样元件提取的要测量样本从该取样元件经由导管供应给至少一个气相色谱仪。

通向至少一个反应器的进气管主要传送已经混合了氢气的反应气体。至少一个反应器的排气管主要传送提取的反应气体。根据执行的工艺（甲硅烷工艺或者西门子工艺）反应气体具有不同的组成，并且在不同的温度范围以及以不同的压力进行加工。从在该装置各元件的排气管内提取的气体的组成，可最终分别提出在反应器内部空间内的硅芯棒上，多晶硅的反应工艺和卸料工艺的效能。

汽化器的排气管供应给转炉。

要测量的样本应以气态供应到至少一个气相色谱仪，使得由取样元件从各排气管和/或进气管提取的要测量的样本在存在取样站的条件下被提取。将从取样元件到至少一个气相色谱仪的导管加热。

样品再循环连接于该装置至少一个气相色谱仪下游。用气相色谱仪分析了的要测量样本再次被引入该装置的反应工艺。在气相色谱仪内存在大约2巴的压力，在该压力下分析要测量的样本。在排气管内取决于反应器内的反应工艺可存在大约5到7巴的压力。因此为了允许引入该装置的排气管系统，要测量的样本必需处于相应的压力。为了达到前述的压力，提供至少一个导管和至少一个中间存储器，使得要测量的样本可被带回到排气管内而不影响气相色谱仪。因此由于要测量的样本再次被带回到该装置，以这样的一种方式运转气相色谱仪，使得除去要测量的样本不是问题是可能的。