[发明专利]一种多晶硅生产还原炉控制方法

说明书

本发明公开了一种多晶硅生产还原炉控制方法，包括以下步骤：在还原炉进行前，将氢气‑氯硅烷基准曲线、电压基准曲线、基准尾气温度斜率曲线和基准功率曲线输入至还原炉的PID控制系统内；实时测量还原炉内的U、I和T；通过PID控制系统中电压基准曲线控制还原炉电压，通过PID控制系统中氢气‑氯硅烷基准曲线控制加入还原炉内的氢气和氯硅烷；若K值超出基准尾气温度斜率曲线上的Ksubgt;set/subgt;时，则对氢气‑氯硅烷进行调整；若P超出基准功率曲线上的Psupgt;θ/supgt;时，则对电流进行调整。本发明根据上述控制策略，对平均运行电压、尾气温度及功率进行实时控制，以获得良好的炉内工艺状态。

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，特别是涉及一种多晶硅生产还原炉控制方法。

背景技术

对于特定炉型的多晶硅还原炉，多晶硅生产厂商常结合市场需求，调整运行工艺参数。通常，含硅气体与还原气体在一定配比、压力及温度条件下，单质硅的沉积效率是一定的，在充足气体输运条件下，硅棒直径能够保持匀速增长。焦耳热功率等于流通电流的平方与硅棒导体平均电阻（实际各点的电阻率与温度相关）的乘积，随着硅棒直径的匀速增长，硅棒的平均电阻值与直径的平方成反比，即平均电阻值随时间的延长而降低。同时，随着硅棒直径的增加，硅棒表面积随直径线性增加，为保证充足的反应气体供应，气体流量也会增加，辐射（与硅棒表面积和炉壁视角几何因子及反射率有关)和与气体对流的热损失(与气体流量和硅棒表面积有关）随之增加。

因此，在保证硅芯内部温度不超过单质硅熔点，及炉内不发生雾化的前提下，需随时间调整电流。但是，还原炉生产运行过程中的热损耗不是随着运行时间持续恒定增加的，尤其到了中后期，当硅棒的直径生长到设定直径时，还原炉内的辐射热损耗及对流热损耗增幅趋于平缓，现有的控制方法很难保证对还原炉整个生产过程中的温度进行准确控制。

公告号为CN111591997A，公告日为2021.5.24的中国专利公开了一种多晶硅还原炉自动化控制方法，其特征在于，所述多晶硅还原炉自动化控制方法包括以下步骤：在还原炉运行之前，将电流曲线以及所述还原炉的运行周期内的理想温度曲线输入至所述还原炉的控制系统中；将所述还原炉的运行周期至少划分为连续的第一阶段和第二阶段，所述第一阶段和所述第二阶段分别包括多个时间点，在各个时间点对硅棒的温度进行实时测量；在所述第一阶段，所述控制系统根据所测量的硅棒在某一时间点的实际温度与该时间点在所述理想温度曲线上对应的理想温度之间的差值以及该时间点在所述电流曲线上对应的电流值计算第一补偿电流，以使硅棒表面的温度维持在设定温度范围；在所述第二阶段，所述硅棒的直径生长到设定直径，所述控制系统根据辐射功率变化计算第二补偿电流，以使所述还原炉内的整体温场均匀分布；在所述还原炉运行的第一阶段，所述第一补偿电流为ΔIt1，其中，t1为对所述硅棒的温度进行实时测量的时间点，即所述还原炉的运行时间，为t1时间点的理想温度值，T(t1)为所述硅棒在t1时间点的实际温度值，为t1时间点的电流值，η1为调整系数；在所述还原炉运行的第二阶段，所述第二补偿电流为其中，t2为对所述硅棒的温度进行实时测量的时间点，即所述还原炉的运行时间，为t2时间点的理想温度值，T(t2)为所述硅棒在t2时间点的实际温度值，η2为调整系数。

但是该控制方法仍存在以下问题：（1）、该控制方法仅仅将电流和温度作控制依据，控制精度相对有限，尤其是运行至中期后视镜开始沉积硅粉，遮挡热辐射，实测温度大幅下降，导致炉内真实温度比控制值高，此时炉内极易雾化；（2）、当炉内出现雾化时，会造成电流与生长速率不匹配的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种多晶硅生产还原炉控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多晶硅生产还原炉控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在还原炉进行前，将氢气-氯硅烷基准曲线、电压基准曲线、基准尾气温度斜率曲线和基准功率曲线输入至还原炉的PID控制系统内；

实时测量还原炉内的U、I和T；