[实用新型]一种多晶硅还原炉电极结构

说明书

本实用新型公开了一种多晶硅还原炉电极结构，属于多晶硅生产技术领域，包括电极体，所述电极体安装在还原炉底盘内，所述电极体和还原炉底盘之间设有的电极绝缘套，所述电极体还套接有绝缘环，所述绝缘环设置在电极绝缘套上方，所述绝缘环的内径比电极体的外径大0.03‑0.6mm，可以解决还原炉在生产过程中，炉内硅粉随气流流动并沉积在电极、绝缘环及底盘表面，易造成电极与底盘之间形成电气短路，影响还原炉正常生产，以及增加隔热罩成本高，易带入杂质的问题。

技术领域

本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多晶硅还原炉电极结构。

背景技术

西门子法生产的多晶硅纯度在9N-11N之间，在此纯度条件下，硅具有典型的半导体属性，即常温下为绝缘体，随着温度升高其导电性能会越来越好。文献显示，当硅材料的温度超过200℃后，其电阻率随温度的升高呈断崖式降低，导电性能迅速增加。根据硅材料的这一特性，还原炉内硅芯通电启动通常有两者方式，一种为热启动方式；另一种为高压击穿方式。前者需先对还原炉内硅棒进行辐射加热（卤素灯、电加热器等），待硅芯温度升高至300~400℃以上后方可通电启动；后者则不需对硅芯进行预热，而是通过上万伏的高压直接对硅芯进行击穿，击穿后交付电器调功柜进行控制。由于高压击穿方式，不需单独设置热源预热硅芯，操作简单，现已在行业中全面推广。但与热启动方式相比，高压击穿对还原炉电极的绝缘性要求更高，目前行业内常采用的绝缘方式为电极头及还原炉底盘之间设置绝缘环进行绝缘隔离，电极体与底盘腔室之间设置聚四氟乙烯套进行绝缘隔离加密封。绝缘环材质通常选用绝缘性好且耐高温的氧化铝、氮化硅等材料。

实际生产中存在以下问题：

1、还原炉在生产过程中，炉内会产生部分硅粉，这些硅粉随气流流动并沉积在电极、绝缘环及底盘表面，当硅粉层较厚时，会造成电极与底盘之间形成电气短路，影响还原炉正常生产，若短路电流过大，将产生严重的安全风险。

2、还原炉在运行过程中绝缘环受高温硅棒热辐射，而现有常规设计中绝缘环与电极体之间存在间隙，绝缘环无法得到冷却，因此绝缘环温度较高，外表面容易积硅，生长一层致密的硅壳，停炉后难以清理，会严重影响还原电极的绝缘性。

如国家知识产权局于2019年3月1日公开了一件申请号为“CN201821204421.6”，名称为“一种多晶硅还原炉电极结构”的实用新型专利，公开了：一种多晶硅还原炉电极结构，包括电极体，所述电极体安装在还原炉底盘内，所述电极体和还原炉底盘之间设有电极绝缘套，所述电极绝缘套与电极体套接且紧密贴合，所述电极体还套接有绝缘环，所述绝缘环位于电极绝缘套的上方，所述绝缘环安装在上凸缘下方，所述上凸缘与绝缘环上端面之间设有上垫片，所述绝缘环下端面与还原炉底盘的上端面之间设有下垫片。

上述技术方案是目前常用的电极结构，或者在此基础上进行的改进以适应各个公司现有的还原炉，都存在上述问题：绝缘环因受热辐射造成温度过高结硅的问题，若绝缘环结硅会导致绝缘性下降，还原炉在运行过程中容易产生接地问题，当接地电流过大（如大于10A），容易产生拉弧而损坏还原电气、还原炉电极及还原炉底盘，造成还原炉泄漏等重大问题。

为了解决此类问题，目前通常会在电极头及绝缘环外部再设置一个隔热罩，隔绝硅棒对电极头及绝缘环的直接热辐射。而这层隔热罩表面同样会因温度过高而生长一层致密的硅壳，影响电极的绝缘性。为了保证绝缘性，在实际生产过程中又需每炉次对隔热罩进行碱洗，清除其表面的硅壳。但因碱洗过程会引入NaOH，会对多晶硅产品造成潜在钠离子污染，影响产品质量。且此隔热罩也是多晶硅生产中的一大耗材，以本公司为例，每年消耗的隔热罩在10000个左右，单个隔热罩价格在300元左右，每年因隔热罩需多花费300万元。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多晶硅还原炉电极结构，可以解决还原炉在生产过程中，炉内硅粉随气流流动并沉积在电极、绝缘环及底盘表面，易造成电极与底盘之间形成电气短路，影响还原炉正常生产，以及增加隔热罩成本高，易带入杂质的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：