[发明专利]用于确定和控制在流化床反应器中的与可热分解的含硅气体一起使用的颗粒的尺寸的系统和方法

说明书

背景技术

多晶硅是用于生产包括例如集成电路和光伏（即，太阳能）电池的很多商业产品的原材料。多晶硅典型地通过化学气相沉积机构生产，在该机构中，硅在流化床反应器中从可热分解的硅化合物沉积在硅籽晶颗粒上。这些籽晶颗粒在尺寸上持续生长，直到它们作为多晶硅颗粒产品（即，“颗粒状”多晶硅）离开反应器。合适的可分解硅化合物包括例如硅烷和卤硅烷（例如，三氯甲硅烷）。

可以将多晶硅籽晶颗粒添加到反应室中，以启动硅的沉积。在反应室中可发生各种反应。硅从硅烷沉积到硅颗粒上，这导致颗粒尺寸生长。随着反应的进行，硅颗粒生长到所希望的尺寸并被从反应室中移除，并且新的籽晶颗粒被添加到反应室中。

在流化床反应器中进行的其它过程导致反应器内的颗粒的尺寸减小。例如，冶金级硅和盐酸可以在反应室内燃烧，以产生三氯甲硅烷。在该过程中，冶金级硅颗粒被侵蚀并其尺寸随着反应的进行而减小。一旦颗粒减小到某个尺寸，这些颗粒就被最终移除。

已使用各种方法尝试估计在反应室内的颗粒的尺寸。在一种方法中，从反应器中移除样品颗粒并允许其冷却，在冷却之后对它们进行测量。但是，该方法不能对颗粒尺寸进行实时测量，因为在从反应器中移除颗粒和确定颗粒尺寸的之间存在相当大的延时。另一种方法经由化学计量法估计颗粒尺寸。还有其它方法尝试基于流化床反应器的反应室内部的气体压力估计颗粒尺寸。这些方法产生的结果总体上来说不令人满意。

该背景技术部分旨在向读者介绍与在下面描述的和/或要求保护的本发明的各方面相关的本领域的各个方面。相信该讨论对于向读者提供背景信息以便更好地理解本发明的各个方面是有帮助的。因此，应当理解，应考虑到此阅读以上论述，而不是作为现有技术。

发明内容

一个方面是一种用于确定在流化床反应器中的与可热分解的含硅气体一起使用的多晶硅颗粒的尺寸的系统。该系统包括流化床反应器、压力传感器和处理器。流化床反应器容纳有很多多晶硅颗粒并具有入口和出口。该流化床反应器还具有包括非反应性材料（non-reactive material）的内衬。压力传感器邻近反应器定位，并构造成测量在反应器的入口和出口的至少一个中的气体压力。处理器与压力传感器通信，并构造成通过使用算法和所测量得到的气体压力确定在反应器中的很多多晶硅颗粒中的至少一个的尺寸。

另一方面是一种用于确定在流化床反应器中的与可热分解的含硅气体一起使用的很多多晶硅颗粒中的至少一个的直径的系统。该流化床反应器具有包括非反应性材料的内衬。该系统包括入口压力传感器和处理器。入口压力传感器邻近流化床反应器的气体入口定位，并构造成测量在反应器中的气体入口中的气体压力。处理器与第一压力传感器通信并构造成通过将第一算法应用于所测量得到的气体压力确定在反应器中的很多多晶硅颗粒中的至少一个的直径。

再一方面是一种用于确定在流化床反应器中的可热分解的含硅气体一起使用的很多多晶硅颗粒中的至少一个的尺寸的方法。该流化床反应器具有包括非反应性材料的内衬。该方法包括通过入口压力传感器测量在反应器的入口中的气体压力。然后使在反应器的入口中测量得到的气体压力与处理器通信。然后，处理器至少部分基于应用于由入口压力传感器测量得到的在反应器的入口中的气体压力的算法确定在流化床反应器中的很多多晶硅颗粒中的至少一个的尺寸。

又一方面是一种用于测量放置在流化床反应器中的与可热分解的含硅气体一起使用的颗粒的体积的系统。该系统包括用于从源接收颗粒的定量鼓、上极限传感器和下极限传感器。上极限传感器相对于定量鼓定位，以检测在定量鼓中的颗粒的体积何时处于第一高度。下极限传感器相对于定量鼓定位，以检测在定量鼓中的颗粒的体积何时处于第二高度，第二高度小于第一高度。

存在与上述方面相关的特征的各种改进。进一步的特征同样也可并入上述方面中。这些改进和附加特征可单独或以任意组合的方式存在。例如，下面就所示出的实施例中的任一个进行讨论的各个特征可单独或任意组合的方式并入上述方面的任一个中。

附图说明

附图不是按比例绘制的，为了便于说明，某些特征可能被放大。

图1是示例性流化床反应器的示意图；

图2是用于与图1的流化床反应器一起使用的示例性容积定量系统的示意图；

图3是示出用于确定在流化床反应器中的颗粒的尺寸的方法的流程图；

图4是示出用于测量从定量鼓到流化床反应器的颗粒的体积以及将所述颗粒从定量鼓分配到流化床反应器内的流程图；和

图5是示出与根据图3的方法估计出的平均尺寸的比较图。