高純矽生產器具及高純矽生產器具的製備方法
2023-05-27 16:11:31 2
專利名稱：高純矽生產器具及高純矽生產器具的製備方法
技術領域：
本發明涉及高純矽生產技術，尤其涉及一種高純矽生產器具及高純矽生產器具的製備方法。
背景技術：
高純矽是生產半導體器件和太陽能光伏電池的重要原料，其中，高純矽
的純度通常要求在99.9999% (6N)以上。而在生產高純矽的過程中，高純矽要與若干器具相接觸。例如在西門子法生產得到高純多晶矽棒之後，要用錘子將矽棒打成塊狀；在利用流化床生產得到高純顆粒矽時，高純顆粒矽要與反應器壁相接觸；在利用流化床生產得到高純顆粒矽後，需要使用容器和管道等器具對顆粒矽進行收集、篩分、傳輸以及包裝等。
現有技術中使用金屬、合金、陶瓷或石墨等材料製作生產高純矽過程中所使用的器具。當高純矽與這些材料製作的器具直接或間接接觸時，特別是在高溫條件下，這些材料會直接或間接的擴散到高純矽中，從而造成對高純矽的汙染。由此需要額外的工序對被雜質汙染的高純矽進行清洗、烘乾等操作，增加了高純矽的生產成本；而且有些雜質(例如金屬、碳、磷、碳或氧等)在矽生長過程中進入高純矽後，無法將其全部去除，使得高純矽的純度和性能降低。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高純矽生產器具及高純矽生產器具的製備方法，用以在生產高純矽的過程中，避免對高純矽的汙染，提高和保證高純矽的質量，降低高純矽的生產成本。為了實現上述目的，本發明提供了一種高純矽生產器具的製備方法，包
括
採用高純矽為原材料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法製備得到用於生產高純矽的器具；
將所述器具在保護氣氛或真空中、且在高溫下進行退火處理。
為了實現上述目的，本發明還提供了一種使用本發明提供的高純矽生產器具的製備方法製備得到的高純矽生產器具。
本發明提供的高純矽生產器具及高純矽生產器具的製備方法，釆用高純矽為原料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法對不同形態的高純矽進行相應的處理，製備得到用於生產高純矽的器具，並將該器具進行退火處理以消除該器具中殘餘的內應力，使用該器具生產高純矽，可以避免對高純矽的汙染，提高和保證高純矽的質量，降低高純矽的生產成本。
圖1為本發明高純矽生產器具的製備方法實施例一的流程圖；圖2為本發明方法實施例二製備反應器內膽的示意圖；圖3為本發明方法實施例三製備篩板的示意圖；圖4為本發明方法實施例四製備反應器內膽的示意圖；圖5為本發明方法實施例五製備管套的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例進一步說明本發明實施例的技術方案。圖1為本發明高純矽生產器具的製備方法實施例一的流程圖，如圖1所示，該方法包括
步驟101、採用高純矽為原材料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法製備得到用於生產高純矽的器具。
5其中，可以採用不同形態的高純矽為原材料，不同形態的高純矽例如棒狀、顆粒狀、塊狀或粉末狀的高純矽，或者通過高純含矽氣體(例如三氯氫矽、矽烷或四氯化矽等)進行氣相沉積形成的高純矽。根據要製備的器具的不同，選擇不同形態的高純矽為原材料，對該高純矽進行相應的機械加工、壓制或澆鑄等加工處理的方法，或者通過氣相沉積的方法使得含矽氣體在模具上沉積出成型的器具的方法，製備得到用於生產高純矽的器具。其中，作為原材^H"的高純石圭的純度在99.99%以上。
步驟102、將器具在保護氣氛或真空中、且在高溫下進行退火處理，得到高純矽生產器具。
其中，保護氣氛中的保護氣可以是以下氣體中的任意一種或者其組合Ar、 He、化和112等。退火處理的溫度為800-1200°C，在800-1200。C下的保
持時間可以為o.5-ioo小時，退火處理中升溫和降溫的速率可以為rc/小時至
50。C/小時。
將步驟101中製備得到的器具進行退火處理，以消除該器具中殘餘的內
應力，增強器具的整體強度和使用壽命。本發明實施例中製備得到的高純矽生產器具，可以應用在高純矽的生產過程中和對高純矽進行進一步拉晶、鑄錠、拉制薄帶等加工處理過程中。
本發明實施例提供的高純矽生產器具的製備方法，釆用高純矽為原料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法對不同形態的高純矽進行相應的處理，製備得到用於生產高純矽的高純矽生產器具，並將該高純矽生產器具進行退火處理以消除該高純矽生產器具中殘餘的內應力，使用該高純矽生產器具生產高純矽，可以避免對高純矽的汙染，降^f氐高純;圭的生產成本。
在生產高純矽的過程中，需要多種器具，例如對強度要求高的器具、形狀複雜的器具、大尺寸或超大尺寸的器具等。對不同種類的器具，可以採用不同的加工處理方法。下面通過各實施例對製備不同種類器具的方法進行詳糹田描述。
6本發明高純矽生產器具的製備方法實施例二可以包括採用高純矽棒為原材料，該高純矽棒可以是使用西門子法生產的大直徑高純矽棒；先將該高純矽棒進行退火處理，以減少高純珪棒的內應力，從而避免高純矽棒在後續加工過程中破損；然後將退火處理後的高純矽棒進行機械加工，製備得到用於生產高純矽的器具；最後再將該器具進行退火處理，進一步消除器具中的內應力。
本實施例提供的方法可以製備得到強度高的高純矽生產器具，例如反應器內膽、錘子、碾、輥、篩板、輪、攪拌槳、傳送鬥、螺杆、管道或轉軸等。在生產高純矽的過程中，使用本實施例的方法製備得到的高純矽生產器具，可以避免對高純矽的汙染，提高和保證高純矽的質量，降低高純矽的生產成本。
圖2為本發明方法實施例二製備反應器內膽的示意圖。如圖2所示，對高純矽棒200進行退火處理後，進行機械加工，將高純矽棒200分別製成多晶砝板材210、正四稜柱材料220、正三稜柱材料230。在四個正四稜柱材料220的一側開鑿出若千垂直於上下底面且便於多晶矽板材210牢固嵌入的凹槽1;分別在兩個正四稜柱材料220設置有凹槽的一面的側面開鑿出若干相互對應的、與上下底面成一定夾角eJW更於多晶超^反材210牢固嵌入的凹槽2;同樣在另外兩個正四稜柱材料220上鑿出相互對應的凹槽2;在四個多晶矽板材210中部加工一個便於正三稜柱材料230牢固嵌入的三角形孔眼3，在另外兩個多晶矽板材210中部加工同樣規格的兩個三角形孔眼3,其間距可為一倍正三稜柱材料的寬度；將上述經過加工的材料，參照圖2所示的方式進行組裝，可以得到一種方形的反應器內膽240。
本發明高純矽生產器具的製備方法實施例三可以包括將顆粒狀、塊狀或粉末狀的高純矽加熱熔化，將熔化後的高純珪鑄錠成大塊的高純矽坯料；
採用鑄錠成的高純矽坯料為原材料，將該高純矽坯料進行機械加工，製備得到用於生產高純矽的器具；最後再將該器具進行退火處理，進一步消除器具
7中的內應力。
圖3為本發明方法實施例三製備篩板的示意圖。如圖3所示，用坩堝(圖中未示出)對顆粒狀、塊狀或粉末狀的高純矽310加熱到其熔點以上，待高純矽完全熔融後將其注入內部橫剖面如圖所示的模具320中，其中模具320為預先製做的；等到熔融矽在模具320中冷卻成型後將其整體取出，得到預設形狀的較大尺寸的矽錠330,對矽錠330進行機械加工，例如進行線切割加工，得到理想尺寸的矽板340,對矽板34 0進行打眼加工即可製成各種規格的篩板350用於篩濾多晶矽顆粒。
米)的高純矽生產器具，例如反應器內膽、篩板、板、攪拌槳、傳送鬥或提升鬥等。在生產高純矽的過程中，使用本實施例的方法製備得到的高純矽生產器具，可以避免對高純矽的汙染，降低高純矽的生產成本。
本發明高純矽生產器具的製備方法實施例四可以包括先將高純(純度在99.9%以上)石墨製成模具；然後將顆粒狀、塊狀或粉末狀的高純矽加熱熔化；釆用熔化後的高純矽為原材料，將熔化後的高純矽澆鑄到高純石墨製成的模具中，製備得到用於生產高純矽的器具；最後再將該器具進行退火處理，進一步消除器具中的內應力。
圖4為本發明方法實施例四製備反應器內膽的示意圖。如圖4所示，用坩堝(圖中未示出)對顆粒狀、塊狀或粉末狀的高純矽410加熱到其熔點以上，將熔融態的高純矽從模具431頂部入口注入內部橫剖面如圖所示的模具431和模具432中；等到熔融矽在模具431和模具432中冷卻成型後將其整體取出，得到如圖所示的構件450,構件450上下分別設有安裝凸塊和與安裝凸塊對應的安裝孔，左右則分別設有安裝凸塊和與安裝凸塊對應的安裝槽，將多個構件450逐個拼接即可得到弧形高純石圭反應器內膽460。
本實施例提供的方法可以製備得到大尺寸或形狀複雜的高純矽生產器具，大尺寸超大尺寸(超大尺寸可以為尺寸大於30釐米)的高純矽生產器具例如超大型反應器內膽、'歸板、板、攪拌槳或傳送鬥等；形狀複雜的高純 矽生產器具例如管、泵、閥、開關、攪拌槳或桶等。在生產高純矽的過程 中，使用本實施例的方法製備得到的高純矽生產器具，可以避免對高純矽的 汙染，降低高純矽的生產成本。
本發明高純矽生產器具的製備方法實施例五可以包括採用高純矽粉為 原材料，將該高純矽粉進行注核、壓制和燒結處理，製備得到用於生產高純 矽的器具，其中，在注核處理中，使用的粘合劑選用矽基或少雜質的材料， 例如選用矽膠作為粘合劑；最後再將該器具進行退火處理，進一步消除器 具中的內應力。
圖5為本發明方法實施例五製備管套的示意圖。如圖5所示，將一定量 的高純矽粉510和矽膠溶液到入容器520中，通過攪拌使高純矽粉和矽膠溶 液充分混合，然後將混合物注入模具530和模具540中，通過加熱和吹風等 方式加快成型速度，等到混合物凝固成型後將其整體取出，即可得到預設形 狀的構件560,構件560在進行高溫退火處理後可以作為顆粒高純矽氣相傳 輸管套。
本實施例提供的方法可以製備得到形狀複雜的高純矽生產器具，例如 管、管套、泵、閥、開關、攪拌槳或桶等。在生產高純矽的過程中，使用本 實施例的方法製備得到的高純矽生產器具，可以避免對高純矽的汙染，降低 高純矽的生產成本。
本發明高純矽生產器具的製備方法實施例六可以包括 先將陶瓷或高純石墨經機械製成模具；利用化學氣相沉積法，在一反應 腔內將模具加熱到600-1200° C,引入高純含矽氣體(例如三氯氬矽、矽 烷或四氯化矽等)，使高純含矽氣體在陶瓷或石墨製成的模具的表面上生成 預設厚度的高純矽，然後去除模具，製備得到用於生產高純矽的器具；最後 再將該器具進行退火處理，進一步消除器具中的內應力。其中，當使用陶瓷 製成的模具時，可以使用機械加工掬空方法去除模具；當使用石墨製成的模具時，模具可以降溫收縮，由此去除模具。
本實施例提供的方法可以製備得到形狀複雜的高純矽生產器具，例如 反應器內膽、管、泵、閥、開關、攪拌槳或桶等。在生產高純矽的過程中， 使用本實施例的方法製備得到的高純矽生產器具，可以避免對高純矽的汙染， 保證質量，降低高純矽的生產成本。
本發明實施例中製備得到的高純矽生產器具中，反應器內膽、管、泵、 閥和開關等器具可以應用於生產高純矽的反應器中；錘子、碾、輥、輪、攪 拌槳、螺杆和轉軸等器具可以應用於高純矽的後續加工過程中；傳送鬥、提 升鬥和桶等器具可以應用於高純顆粒矽的輸送過程中。
本發明實施例還提供了使用上述各個方法實施例製備得到的用於生產高 純矽的高純矽生產器具，該高純矽生產器具的製備方法參見上述各個方法實 施例，在此不再贅述。在生產高純矽的過程中，使用本實施例的高純矽生產 器具，可以避免對高純矽的汙染，保證質量，降低高純矽的生產成本。
最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其 限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術 人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或 者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技
術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
權利要求
1、一種高純矽生產器具的製備方法，其特徵在於，包括採用高純矽為原材料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法製備得到用於生產高純矽的器具；將所述器具在保護氣氛或真空中、且在高溫下進行退火處理。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述採用高純矽為原材料，通過機械加工的方法製備得到用於生產高純矽的器具包括採用高純矽棒為原材料，將所述高純矽棒進行退火處理；將退火處理後的所述高純矽棒進行機械加工，製備得到所述用於生產高純矽的器具；或者將熔化後的高純桂鑄錠成高純矽坯料，採用鑄錠成的所述高純矽坯料為原材料，將所述高純矽坯料進行機械加工，製備得到所述用於生產高純矽的器具。
3、 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述製備得到用於生產高純矽的器具包括.製備得到反應器內膽，錘子、碾、輥、輪、螺杆、轉軸、篩板、板、攪拌槳、傳送鬥或提升鬥。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述採用高純矽為原材料，通過壓制的方法製備得到用於生產高純矽的器具包括採用高純矽粉為原材料，將所述高純矽粉進行注核、壓制和燒結處理，製備得到所述用於生產高純矽的器具。
5、 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述製備得到用於生產高純矽的器具包括管、管套、泵、閥、開關、攪拌槳或桶。
6、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述採用高純矽為原材料，通過澆鑄的方法製備得到用於生產高純矽的器具包括將石墨製成模具；採用熔化的高純矽為原材料，將熔化後的所述高純矽澆鑄到所述^t具中，製備得到所述用於生產高純^^圭的器具。
7、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述採用高純矽為原材料，通過氣相沉積成型的方法製備得到用於生產高純矽的器具包括將陶瓷或石墨製成模具；利用化學氣相沉積法，使高純含矽氣體在所述模具的表面上生成預設厚度的高純矽，去除所述模具，製備得到所述用於生產高純矽的器具。
8、 根據權利要求6或7所述的方法，其特徵在於，所迷製備得到所述用於生產高純矽的器具包括製備得到反應器內膽、管、泵、閥、開關、桶、篩板、板、攪拌槳或傳送鬥。
9、 一種使用上述權利要求l-8任一項所述的高純矽生產器具的製備方法製備得到的高純矽生產器具。
全文摘要
本發明提供一種高純矽生產器具及高純矽生產器具的製備方法，該方法包括採用高純矽為原材料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法製備得到用於生產高純矽的器具；將所述器具在保護氣氛中或真空中、且在高溫下進行退火處理。本發明提供的高純矽生產器具及高純矽生產器具的製備方法，採用高純矽為原料，通過機械加工、壓制、澆鑄或氣相沉積成型的方法對不同形態的高純矽進行相應的處理，製備得到用於生產高純矽的器具，並將該器具在保護氣氛或真空中進行退火處理以消除該器具中殘餘的內應力，使用該器具生產高純矽，可以避免對高純矽的汙染，提高和保證高純矽的質量，降低高純矽的生產成本。
文檔編號C01B33/00GK101671021SQ20091017383
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月14日 優先權日2008年9月14日
發明者晞 儲 申請人:晞 儲