[发明专利]使用拉曼光谱法的气体分解反应器反馈控制

说明书

公开了用于将气体分解成固体和气态副产品的混合物的气体分解反应器。气体分解反应器包括反应器容器、拉曼光谱仪和处理器。反应器容器具有用于接收入口气体的入口和用于释放废气的废气出口。拉曼光谱仪与废气出口连接用于确定反应器室内的化学转化并生成对应信号。处理器与拉曼光谱仪连接以便接收来自拉曼光谱仪的信号。处理器能够将信号与一组值进行比较并计算该信号与该组值之间的差。处理器与入口连接以调节入口气体的流动。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月14日提交的美国申请No.13/830514的优先权，其公开通过整体引用并入本文。

技术领域

领域一般涉及气体分解反应器，并且更具体地涉及用于在输入和输出气流上使用拉曼光谱法来控制诸如流化床反应器的气体分解反应器的系统和方法。

背景技术

在生产多晶硅的诸如流化床反应器的气体分解反应器的常规操作中，包含氢气和硅烷(可使用SiH₄以及其卤素衍生物中的任意物质)的输入气体在加热反应器中悬浮一列种子颗粒。气体的合成和流速是重要参数并且进行保持颗粒悬浮而不彼此熔合的操作。目前，由大尺度质量平衡来确定过程的转换效率。

气体是反应的，这可以导致在气体达到质量流控制器之前发生分解，或可能导致在质量流控制器本身内分解。质量流控制器根据泊肃叶(Poiseuille)原理采用与毛细管直径的四次方成比例的测量而操作。因此，质量流控制器对毛细管内的沉积和腐蚀是非常敏感的。腐蚀气体可损坏传感器并使其失准。这在半导体工业中被公知为经常发生的。

进一步，质量流控制器的校准，通常采用粘度已知的N₂或干燥空气参考来完成，而不必转换成粘度非已知的气体的精确校准。在开放的科学文献中，针对硅烷的粘度所找到的唯一实验数据是在1921年测量的两个数据点。不存在其它数据进行比较，以查看是否存在若干百分比的误差。因此，不能保证流速被转换成精确的组成。相应地，需要实用气体测量系统来独立检查对摩尔气体密度敏感的进入气体的组成，可同时检测氢气和硅烷，并且在比率计的意义上，其对气体的相对敏感度极其稳定，进而对绝对校准中的漂移不敏感。

该背景技术部分旨在向读者介绍与以下描述和/或要求的本公开的各种方面可能有关的现有技术的各个方面。相信该论述有助于为读者提供背景信息以促进对本公开的各个方面的更好理解。因此，应当理解这些描述是根据此意义而被解读的，而并不作为现有技术的许可。

发明内容

第一方面是用于将气体分解成固态和气态副产品的混合物的气体分解反应器。气体分解反应器包括反应器容器、拉曼光谱仪以及处理器。反应器容器具有用于接收入口气体的入口和用于释放废气的废气出口。拉曼光谱仪与废气出口连接，用于确定反应器室内的化学转化并生成对应信号。处理器与拉曼光谱仪连接以便接收来自拉曼光谱仪的信号。处理器能够将信号与一组值进行比较并计算该信号与该组值之间的差。处理器与入口连接以调节入口气体的流动。

另一方面是用于将气体分解成固态和气态副产品的混合物的气体分解反应器。气体分解反应器包括反应器容器、拉曼光谱仪、处理器以及压力控制系统。反应器容器具有用于接收入口气体的入口和用于释放废气的废气出口。拉曼光谱仪与废气出口连接，用于确定反应器容器内的化学转化并生成对应的信号。处理器与拉曼光谱仪连接以便接收来自拉曼光谱仪的信号。处理器能够将信号与一组值进行比较，并计算该信号与该组值之间的差。压力控制系统与处理器和入口气体连接，用于调整通过入口的入口气体的流动。

存在对关于上述方面的特征的各种细化。进一步特征也可以结合在上述方面中。这些细化和附加特征可以独立存在或以任何组合存在。例如，以下关于任意所示实施例所讨论的各种特征可以单独或以任意组合的形式合并到任意上述方面中。

附图说明

图1是根据一个实施例的流化床反应器的截面；