用于生產(chǎn)多晶硅的反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)技術領域，具體涉及一種用于改良西門子工藝生產(chǎn)多晶硅的還原爐。
【背景技術】
[0002]目前，改良西門子工藝是使用最廣泛的多晶硅生產(chǎn)方法，所說的西門子工藝原理是，采用高溫還原沉積工藝，在關鍵核心設備之一——鐘罩型反應器(又稱還原爐)內(nèi)，以與電極相連的8_左右粗細的硅芯作為沉積基底，以高純的SiHCl3為物料，在高純H2氣氛中高溫還原沉積而生成多晶硅。
[0003]所說的鐘罩型反應器為密封結構，底盤電極上連接有直徑5?10mm、長度1500?3000mm的硅芯，通過卡座在電極上的硅芯座(又稱“石墨卡瓣”組件)固定，每對電極上的兩根硅棒上端通過一根較短的硅棒相互連接，形成倒U形結構。開始沉積硅前，在電極上施加6?12kV左右的高壓，硅芯被擊穿導電并被加熱至1000?1150°C，表面經(jīng)氫還原后，硅開始在硅芯表面沉積形成硅棒，隨反應時間的延長，硅棒的直徑逐漸增大，最終達到120?200mm左右。通常情況下，生產(chǎn)直徑為120?200mm的高純硅棒所需的反應時間大約為150?300小時。
[0004]在傳統(tǒng)的還原爐中，一般將硅芯(或電極)按同心圓形進行排列，底盤上設有原料氣進出口。專利號為ZL200820006917.2的中國專利就公開了這樣的還原爐，其中，在該還原爐的底盤上分兩個圓周均勻布置13對電極(對應13對電極)，外周布置8對電極，內(nèi)周布置5對電極，而進氣噴口均勻分布在底盤上。這種布局提高了還原爐內(nèi)空間的利用率，并使內(nèi)外圈耗電功率接近，與傳統(tǒng)的12對電極相比，每爐的多晶硅生產(chǎn)量得到提高，相應地，生產(chǎn)成本及耗能被降低。
[0005]專利號為ZL200820006916.8的中國專利也公開了這樣的還原爐，其中，在該還原爐的底盤上分三個圓周均勻布置18對電極(對應18對硅芯)，最外一周布置9對電極，最內(nèi)一周布置3對電極,中間一周布置6對電極,進氣噴口則均勻地分布在底盤上。這種布局能夠進一步提高還原爐的產(chǎn)量，進而降低多晶硅的生產(chǎn)成本和能耗。
[0006]專利號為ZL200820105591.9的中國專利對上述底盤上電極對的布局作了進一步的改進。該專利所公開的還原爐底盤仍分為三個圓周布置電極對，但是每個圓周上的電極對數(shù)量都增加了，使電極對的總量達到了 24對。這樣的電極對布局使得每爐的多晶硅產(chǎn)量得到大幅度的提升，隨之而來的是生產(chǎn)成本和能耗的大幅度降低。
[0007]盡管上述的電極對圓形布局有助于多晶硅產(chǎn)量的提高以及生產(chǎn)成本和能耗的降低，但是這種同心圓形布局方式仍存在缺陷。一種缺陷就是硅芯按圓形排列時，相鄰硅芯之間的距離不同，在空間構成的幾何形態(tài)也有差別，不利于還原爐內(nèi)氣體流場以及溫度場的均勻分布，氣體流場以及溫度場不均勻會導致生成的多晶硅棒表面出現(xiàn)明顯的顆粒，造成質量的下降。另一種缺陷是圓形排列的硅芯對還原爐空間的利用率不高，而反應空間利用率將會直接影響多晶硅沉積速率、原料的一次轉化率以及反應器內(nèi)熱效率，即直接影響多晶硅生產(chǎn)成本。
[0008]因此，專利200920282780采用正多邊形幾何排布硅芯，并將原料進出氣口設置在每個正多邊形的幾何中心，以實現(xiàn)單位底盤面積硅芯密度最大，從而更加有效利用還原爐內(nèi)空間，提高產(chǎn)量，降低單位電耗。
[0009]專利20101014882公布了一種硅芯中心和進出氣口形成正三角形點陣排布的還原爐，實現(xiàn)了更密集的硅芯排布，提高了還原爐內(nèi)熱能利用率，降低單位能耗，實現(xiàn)更均勻的流場分布，改善了原料在硅芯表面分配，優(yōu)化產(chǎn)品表面形貌。
[0010]盡管上述還原爐采用了正多邊形排布硅芯，使單位底盤面積硅芯密度最大，在正多邊形幾何中心布置進出氣口，使物料在硅芯上的分配更加均勻，然而，針對大型還原爐(60對棒及以上)，仍有以下幾個問題有待解決:(1)采用正多邊形點陣排布的還原爐，不容易實現(xiàn)分圈，也沒有考慮硅芯(硅棒)分圈控制問題，無法實現(xiàn)流經(jīng)各圈硅芯電流的單獨控制，即無法實現(xiàn)流經(jīng)各圈硅芯的電流相同；(2)隨著正多邊形點陣排布的硅棒數(shù)量的增加，越來越難從還原爐視孔或測溫孔觀察到和測量到內(nèi)圈硅棒的生長情況和溫度分布情況，由于還原爐內(nèi)圈硅棒所受到的熱輻射相對外圈硅棒的大，因此內(nèi)圈硅棒溫度較高，而還原爐越大，內(nèi)圈硅棒溫度越高，因此容易發(fā)生因無法有效監(jiān)控而造成內(nèi)圈溫度過高導致的停爐等重大問題；(3)采用正多邊形硅芯排布的還原爐，最外圈的硅芯離爐內(nèi)壁間距不一，在低溫壁面的影響下，靠近壁面的硅棒生長速度慢，導致同一圈的硅棒表面溫度不一，生長形貌不一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種適用于生產(chǎn)多晶硅的還原爐，以解決硅芯無法分圈控制、硅棒生長不均一、反應器熱能利用率較低等問題。
[0012]本發(fā)明的技術方案如下:
一種用于生產(chǎn)多晶硅的反應器，其包括含有冷卻設施的爐筒、底盤、以及位于所述底盤上的電極、原料進氣口和排氣口，其特征在于除了最外部靠近爐筒的電極外，每個電極在R±0.1R處具有四個或五個其他的相鄰電極和一個或兩個相鄰進氣口和/或排氣口，所述兩兩相鄰的電極、進氣口和/或排氣口中心點組成的點陣按正三角形和/或近似正三角形點陣排列，其中R選自150mnT300mm。
[0013]在一個優(yōu)選的實施方案中，除了最外部靠近爐筒的電極外，每個電極在R±0.1R處具有四個或五個其他的相鄰電極和一個或兩個相鄰進氣口和/或排氣口，所述兩兩相鄰的電極、進氣口和/或排氣口中心點組成的點陣按正三角形和/或近似正三角形點陣排列，且所述底盤上設有66對電極，其中R選自150mnT300mm。
[0014]在又一個優(yōu)選的實施方案中，除了最外部靠近爐筒的電極外，每個電極在R~l.1R處具有四個或五個其他的相鄰電極和一個或兩個相鄰進氣口和/或排氣口，所述兩兩相鄰的電極、進氣口和/或排氣口中心點組成的點陣按正三角形和/或近似正三角形點陣排列，且以所述每個電極為中心，到其他的所述相鄰電極和相鄰的進氣口和/或排氣口方向形成的兩兩夾角為50~70°，其中R選自210mnT250mm。
[0015]在一個更為優(yōu)選的實施方案中，所述的底盤最外部靠近爐筒的電極沿所述底盤的圓周向布置在同一個圓周上。
[0016]所述的底盤最外部靠近爐筒的電極與所述爐筒內(nèi)壁間的距離為150mnT300mm。
[0017]所述的底盤最外部靠近爐筒的電極與所述爐筒內(nèi)壁間的距離為180mnT230mm。
[0018]所述的進氣口和排氣口均勻地布置在所述底盤上，且每個所述進氣口或排氣口在R~l.1R處具有至少6個相鄰的電極。
[0019]所述底盤上均勻設有25個進氣口和/或排氣口。
[0020]所述底盤上均勻設有均勻布置的6個排氣口和19個進氣口。
[0021]所述底盤上均勻設有均勻布置的3個排氣口和22個進氣口。
[0022]所述的爐筒包括封頭和筒身，所述筒身高度為1.8nT3m。
[0023]本發(fā)明反應器底盤的設計思路為:整體采用正六邊形點陣排布設計，在正六邊形中心放置進出氣口，使得電極、進氣口、出氣口中心構成正三角形點陣，這樣在相同底盤直徑、相同硅棒間距條件下，單位底盤面積排布的硅芯密度最高，可充分利用還原爐內(nèi)空間；因采用正六邊形矩