[发明专利]多晶硅

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅。

背景技术

多晶体硅(polycrystalline silicon)在以下被称为多晶硅(polysilicon)，尤其作为用于电子组件和太阳能电池生产的原料。

多晶硅通过含硅气体或含硅气体混合物的热分解得到。该操作被称为来自气相的沉积(CVD，化学气相沉积)。

该方法在所谓的西门子反应器中大规模实施。本文中多晶硅以棒的形式得到。多晶硅棒通常通过手工工艺粉碎。

已有若干已知的机器工艺，其中将手工预压碎的、粗的块体(chunk)多晶硅进一步用常规压碎机粉碎。机械压碎方法描述于例如US8021483B2中。

US8074905公开了一种装置，所述装置包括用于将粗的块状多晶硅进料至压碎机单元的装置、压碎机单元、以及用于将块体多晶硅分级的分选单元，其中压碎机单元设有控制系统，所述控制系统能够对压碎机单元中的至少一个压碎参数和/或分选单元中的至少一个分选参数进行可变调节。

对于半导体和太阳能工业中的应用，污染最低的块状多晶硅是期待的。为了实现这点，还使用了各种清洁方法。

US2010/0001106A1描述了一种用于生产高纯的、经分级的多晶硅碎片的方法，其包括通过包括粉碎工具的装置经由西门子法粉碎该多晶硅，再通过筛选装置对碎片分级，以及在清洁浴中清洁由此得到的多晶硅碎片，其中粉碎工具和筛选装置具有与多晶硅接触的表面，且多晶硅碎片只被随后可以通过清洁浴选择性去除的外部颗粒污染。

粘着至块体上的硅尘也被认为是污染，因为其降低了拉晶收率。

US2012/0052297A1公开了一种用于生产多晶硅的方法，其包括在西门子反应器中将沉积在细棒上的多晶硅压碎成块体，将块体分级成约0.5mm至大于45mm的尺寸等级，并且通过压缩空气或干冰处理块体，以便从块体去除硅尘，而不使用化学湿式清洁操作。

然而，在粉碎步骤和任选进行的清洁或除尘操作之后，多晶硅在被运输到客户之前必须进行包装。

相应地，在包装过程中，必须确保以最低的污染实施包装。

典型地，用于电子工业的块状多晶硅以5kg、质量允差为+/-最大50g的袋包装。对于太阳能工业，块状多晶硅装在容纳10kg质量、质量允差为+/-最大100g的袋中是标准的。

原则上适于包装块状硅的管袋机是可商购的。相应的包装机械描述于例如DE36520A1中。

然而，块状多晶硅是边缘锐利的、不自由流动的块体材料，单个硅块的重量可高达2500g。因此，在包装过程中，必须确保材料不穿透，或者在最坏情况下至少不完全破坏填充过程中的标准塑料袋。

为了防止此点，商业包装机必须为了包装多晶硅的目的而以合适的方式进行改进。

US7013620B2公开了一种可用于高纯多晶硅碎片的成本效益高、全自动输送、称重、分配、填充和包装的装置，其包括多晶硅碎片的输送槽；连接到料斗的用于多晶硅碎片的称重装置；由硅制成的折向板；由高纯塑料薄膜形成塑料袋的第一填充装置，所述第一填充装置包括去离子器，其可防止静电荷，并因此防止塑料薄膜被颗粒污染；用于充满多晶硅碎片的塑料袋的焊接装置；放置在输送槽、称重装置、填充装置和焊封装置之上的流料箱(flowbox)，所述流料箱可防止多晶硅碎片被颗粒污染；输送带，其具有用于充满多晶硅块体的经焊接的塑料袋的磁性感应检测器，所有与多晶硅碎片接触的部件都用硅套护，或用高耐磨塑料包裹。

已经发现，在这类设备中，经常在填充装置中发生硅块堵塞。这是不利的，因为结果是增加机器的停机时间。

还会发生塑料袋穿透的情况，类似地这也会导致装置停机，并导致硅污染。

还发现，在特定尺寸等级的块体，例如20-60mm的块体尺寸的包装过程中，还会出现不希望的较小硅颗粒或块体。对于所述块体尺寸，这类不希望的颗粒的比例是17000-23000ppmw。

在下文中，尺寸为可以通过具有8mm×8mm尺寸的方网孔的筛网去除的所有块体或颗粒被称为细料(fines)。细料部分(fraction)是对于客户是不理想的，因为它会不利地影响客户的操作。如果细料部分由客户，例如通过筛分去除，这意味着增加的成本和不方便。

除了多晶硅的自动包装之外，如根据US7013620B2，将多晶硅手工包装入塑料袋也是选项。手工包装可以明显减少细料部分，对于上述20-60mm的块体尺寸，细料部分可以从17000ppmw降至1400ppmw。