[发明专利]一种新型多晶硅生产预热方法及其装置

说明书

本发明公开了一种新型多晶硅生产预热方法及其装置，包括相互连接的底盘和炉罩，所述底盘上设置有电极，电极与电加热电源相连；所述炉罩还连接有微波发生器；本发明采用微波照射加热和电加热相结合的方式对硅芯进行加热，常温状态下硅芯以非金属性为主，此时微波加热效率高，随着硅芯电阻率降低，金属性增强，微波照射的加热效率降低而电加热的效率不断提高，其兼具了微波加热和电加热的优点，同时克服了现有技术中能耗大、加热效率低、操作繁琐等缺陷，能够有效提高多晶硅的生产效率，具有良好的经济效益。

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种新型多晶硅生产预热方法及其装置。

背景技术

改良西门子法，是目前主流的多晶硅生产工艺，其产量约占全世界总产能的80%；该工艺以8-15mm的细硅棒作为硅芯，将硅芯加热至适合晶体生长的温度后，通入三氯氢硅气体接触高温硅芯发生分解，生成的硅沉积在硅芯上不断生长出新的硅晶体，逐渐变粗、形成所需的硅棒，最终得到产品；现行工艺的生产中对硅芯的加热，是通过在硅芯两端电极上施加3kV以下电压进行电加热实现的，但是常温下多晶硅的电阻率很大，通常为数十到数百Ω·cm，纯度越高电阻率越高，加在硅芯上的3kV电压难以导通，根本无法使硅芯升温；为解决上述问题，现有技术常在硅芯加热的初始阶段，采用卤素灯烘烤法或高压击穿法进行预热，将硅芯加热至300～600℃，使其电阻率降到0.1Ω·cm以下再以3kV以下的电压进行加热；而卤素灯烘烤法,需将卤素灯放入还原炉内烘烤，预热速度慢，预热完成后还需将卤素灯取出，否则会影响后序生产，整个操作过程繁琐、费时长达5～7h，易污染硅芯影响生产质量，此外卤素灯易损坏导致维护成本较高；而高压击穿法需专用高压启动电源，但电极与底盘易产生放电拉弧、损坏硅芯、破坏后序生产，因此只能电压限制在约12kV，限制了进一步提高加热速度和效率，同时在切换到生产用的电加热电源之前，高压启动电源需要在3-12kV的范围进行电压调节，调节跨度非常大，需进行多级的档位倒换，操作复杂，预热时间长达1-2h，电能消耗大，损坏装置及硅芯的风险高，生产成本高。

公开号为CN107473227A的中国发明专利于2017年12月15日公开了一种使金属硅熔化的微波加热方法，包括以下步骤，金属硅研磨：选取金属硅原料，浸入研磨液，研磨得到金属硅粉；筛分：选取20-400目的金属硅粉；预备专用的微波加热炉：微波加热炉包括由保温材料制成的炉体、进料口、充气口、微波磁控管，炉体内具有耐高温透波坩埚，往进料口装填筛分好的金属硅粉并加热：充气口继续充惰性气体，开启电源接通微波磁控管控温：控制微波磁控管功率，观察温度指示，至一定温度恒温保持。本发明利用材料的吸波、透波性能，一改中频炉加热法的传热方式，本发明的方法加热速率更快，能量利用率更高，总能量消耗少，温度变化可精准及时控制，具有极大的市场推广和应用价值。

但事实上，上述专利虽然能实现微波对硅的加热，但硅作为一种半导体材料，随着温度升高、电阻率急剧下降，表现出强烈金属特性，会像金属一样反射掉大部分微波，使硅对微波的吸收效率显著下降，从而使加热效率、速率下降，能量大量浪费。

发明内容

针对现有技术中存在的操作繁琐、安全隐患大、能耗高、生产成本高、微波加热效率降低快的缺陷，本发明公开了一种新型多晶硅生产预热方法及其装置，采用本发明能够实现硅芯的快速加热，且还具有能耗低、操作简单、安全等优点。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种新型多晶硅生产预热方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、将硅芯的两端分别连接于底盘的两电极上，并密闭还原炉；

B、向还原炉内通入保护气对还原炉内的空气进行置换；

C、启动微波发生器对硅芯进行微波照射；

D、启动电加热电源，并检测电加热电源的电压和电流。