[实用新型]一种高纯多晶硅制备装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及多晶硅制造领域，特别是涉及一种高纯多晶硅制备装置。

背景技术

目前，用于生产太阳能级多晶硅的工艺方法主要有西门子法、硅烷法和流化床法。这三种方法实际上都须分成两步，第一步是将工业硅（纯度为98-99%）进行气化，经多级提纯获得三氯氢硅（SiHCl₃）、二氯二氢硅（SiH₂Cl₂）、硅烷（SiH₄）等气体；第二步再将上述高纯气体还原成高纯硅（多晶硅）。

西门子法采用氯气和氢气合成氯化氢，氯化氢和工业硅粉在高温下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行化学精制提纯，再经多级精馏，使其纯度达到9个9以上。该工艺的主要问题就是投资大、能耗高，每生产一公斤多晶硅需要耗电几十度到两百度，并且现行大多制气和还原工艺产生大量四氯化硅，而四氯化硅必须经过氢化反应生成三氯氢硅之后才能被有效利用。目前，多晶硅生产厂商特别是我国厂商面临大量四氯化硅库存有待氢化的问题，因而高效率低成本的四氯化硅氢化技术也是目前存在的主要技术壁垒之一。

硅烷法是利用硅烷（SiH₄）的热分解反应制取高纯硅（多晶硅）。目前，该技术又分为两种工艺：一种是直接将硅烷气体加热分解，该硅烷分解时较易在气相成核，所以在反应室内生成硅的粉尘，损失达10%~20%；另一种是采用硅芯丝作为电阻发热元件，通过电阻加热硅烷气体进行分解沉积，该方法内部温度必须保持在1000℃以上，由于硅芯反应表面积小，反应时间相对较长，存在能耗高、转换效率低等缺陷。

流化床法是硅烷法的改进，此法将硅烷气体通入加有小颗粒硅粉（晶种）的流化床加热炉内进行连续热分解沉积反应，生成颗粒状多晶硅产品。由于流化床反应炉加热效率高，参与反应的硅表面积大，因而该方法生产效率高、能耗低、成本较低。该方法缺点是由于该流化床通常为外电阻加热式，炉内还原温度较高（大于780℃），炉壁易发生硅沉积，一次转换效率较低（10%~15%）。

传统的西门子法、硅烷法及流化床法均具有加热不均匀，存在温度梯度的缺点，多晶硅会选择沉积在温度高的炉壁上而形成“无效沉积”，而如果将电阻加热元件设置于反应炉内，又将产生发热元件的挥发性污染，导致影响多晶硅的纯度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种高纯多晶硅制备装置，主要用于解决传统方法制备多晶硅过程中存在的能耗高、成本高、生产效率低及污染大的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高纯多晶硅制备装置，用于通过硅烷气体分解并在多晶硅颗粒料的表面沉积高纯多晶硅，包括：反应单元，所述反应单元包括反应容器，用于盛装所述多晶硅颗粒料；进料单元，所述进料单元设于所述反应容器的顶部和底部，用于供应所述硅烷气体及所述多晶硅颗粒料给所述反应容器；加热单元，所述加热单元设于所述反应容器的侧壁，所述加热单元包括微波发生器； 出料单元，所述出料单元设于所述反应容器的底部和顶部，用于反应完的所述多晶硅颗粒料及所述硅烷气体排出于所述反应容器；测控单元，所述测控单元设于所述反应容器的侧壁和顶部，用于测量和控制所述多晶硅颗粒料料层的温度和高度；其中，所述微波发生器产生微波进入所述反应容器内，对所述多晶硅颗粒料进行选择性加热，所述硅烷气体通过并充分接触多晶硅颗粒料并将分解生成的高纯硅沉积于所述多晶硅颗粒料的表面。

根据本实用新型一优选实施例，所述反应容器外套有冷却夹套，所述冷却夹套的侧壁设有循环冷却介质的进出管。

根据本实用新型一优选实施例，所述进料单元包括：固体进料单元，所述固体进料单元包括：进料管，所述进料管设于所述反应容器的顶部；进料阀，所述进料阀与所述进料管相连；进料仓，所述进料仓与所述进料阀通过法兰相连；气体进料单元，所述气体进料单元包括进气管，所述进气管设于所述反应容器的底部，并深入至所述多晶硅颗粒料中；其中，所述多晶硅颗粒料通过所述固体进料单元进入所述反应容器内，所述进气管将所述硅烷气体吹入，使得被加热的所述多晶硅颗粒料呈沸腾状。

根据本实用新型一优选实施例，所述微波发生器包括：电子管，所述电子管为磁控管；矩形波导，所述矩形波导与所述电子管相连，并设于所述反应容器的侧壁和顶部，用于连接所述电子管与所述反应容器。