[发明专利]多晶硅生长过程监测系统、方法及多晶硅生产系统

权利要求书

1.一种多晶硅生长过程监测系统，其特征在于，包括：

监测模块，所述监测模块用于监测还原炉内的物料流量及硅棒温度；

分析模块，所述分析模块与所述监测模块通信连接，能够接收所述监测模块的监测数据；所述分析模块能够根据所获得的监测数据及预设公式进行计算；

输出模块，所述输出模块与所述分析模块通信连接，并根据指令输出对应的数据；

所述监测模块能够根据还原炉的运行情况，实时监测物料流量、硅棒温度及生长时间，并将监测数据存储在分析模块中；存储在所述分析模块中的数据通过所述输出模块输出；

所述分析模块能够根据获得的指令，利用物料杂质浓度、物料中杂质的沉积率、硅棒的径向生长速度、硅的密度计算出任意时刻硅棒中的杂质浓度，所用到的计算公式如下：

式中：

ω_杂质为杂质的质量浓度，mg/kg；

ω₀为物料中的杂质浓度，mg/kg；

Q为物料的流量，kg/h；

δ为物料中杂质的沉积率；

t₂、t₁为时间，h；

v为硅棒的径向生长速度，mm/h；

ρ为硅的密度，kg/m3；

n为一还原炉中硅棒的根数；

h为硅棒的高度，mm；

δ与ω₀呈正相关，通过实验监测得到。

2.根据权利要求1所述的多晶硅生长过程监测系统，其特征在于：

所述分析模块中预存有硅棒在不同温度下对应的径向生长速度，所述分析模块能够根据获取的硅棒温度来选择对应的径向生长速度数据；并根据以下公式计算硅棒的直径：

D＝2vt+d

式中：

D为硅棒直径，mm；

v为硅棒的径向生长速度，mm/h；

t为运行时间，h；

d为硅芯直径，mm。

3.根据权利要求1所述的多晶硅生长过程监测系统，其特征在于：

硅棒温度在900-1000℃时，硅棒的径向生长速度为0.8-1.1mm/h；温度在1001-1100℃时，硅棒的径向生长速度为1.1-1.3mm/h；温度在1101-1200℃时，硅棒的径向生长速度为1.3-1.5mm/h。

4.根据权利要求1所述的多晶硅生长过程监测系统，其特征在于：

所述分析模块中还预存有硅棒杂质质量浓度的上限值，若计算的硅棒的杂质质量浓度高于所述上限值，则系统发出报警提示。

5.根据权利要求1所述的多晶硅生长过程监测系统，其特征在于：

通过多晶硅生长模拟实验，得出不同条件下物料中杂质的沉积率，拟合形成曲线，分析模块在计算时，根据指令可随时获得某一时刻的沉积率的值。

6.一种多晶硅生产系统，其特征在于，包括还原炉及权利要求1-4任一项所述的多晶硅生长过程监测系统，所述监测模块与所述还原炉连接，用于实时监测所述还原炉的工况。

7.一种多晶硅生长过程监测方法，其特征在于，所述监测方法采用了权利要求6所述的多晶硅生产系统；包括以下步骤：

获取还原炉中物料流量及硅棒温度；

利用预设公式计算硅棒的杂质浓度，并将计算结果输出。

8.根据权利要求7所述的多晶硅生长过程监测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当硅棒杂质浓度大于预设上限值时，发出报警提示。