多晶矽氫還原爐的製作方法

2023-08-08 00:44:36 1

專利名稱：多晶矽氫還原爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及多晶矽生產裝置，主要涉及多晶矽氫還原爐。
背景技術：
在多晶矽生產中，還原爐是其主要設備，矽棒的生長和沉積狀況 有著重大影響。現有技術中，多晶矽氫還原爐在多方面還存在缺陷， 首先，還原爐大多採用固定截面積噴口 ，而且噴口和進氣管是一體的， 並未做明顯區分。這種結構在物料氣體流量相同的情況下，無法改變 噴口噴速和進氣位置，從而無法通過以改變噴口噴速和進氣位置的方 式來實現改變還原爐內氣場和溫度場的分布。在生產工藝優化的過程 中，缺陷相當明顯。 一旦噴口噴速不合適，將嚴重影響矽棒的生長， 帶來一系列的問題，比如矽棒上下生長不均勻；矽棒表面出現"爆 米花"現象等；其次，氫還原爐中的矽芯與石墨夾頭接觸不良有可能 造成打壓和生長過程中的"倒爐"事故，目前大多是石墨夾頭和矽芯 直接接觸，由於矽芯在拉制和打磨過程中，現有技術無法達到所需要 的精度。造成矽芯和石墨夾頭接觸不良，矽芯啟動後會出現很多"亮 點"(即由於接觸不好造成局部電阻過大，相同電流流過的時候此處 發熱量更大，溫度更高，看起來比其它部位亮)。亮點溫度一旦控制 不好，矽芯就會熔斷，進而造成倒爐，另一方面，為了使石墨夾頭夾 瓣與矽芯更好的接觸，工人往往採用擰緊鎖緊螺母的方法。這樣就造 成矽芯下端被夾得過"死"，由於電器控制系統自身的缺陷，電壓調 整無法即時跟進矽芯電阻變化，矽芯在啟動的瞬間就會出現一個很大的電流變化，矽芯之間就會出現一個較大的磁感應力。矽芯上端為懸 空狀態，而下端被夾頭固定，磁感應力就被轉移到矽芯根部與石墨夾 頭相連的地方。如果矽芯夾的太"死"，磁感應力就會將矽芯齊根折 斷，進而造成倒爐事故。第三，氫還原爐中的電極是多晶矽氫還原爐 的極重要組成元件，電極頂部與石墨夾頭的連接方式嚴重影響矽芯棒 安裝的垂直度和導電性能。現有技術中，多晶矽氫還原爐電極頂部多 為光滑平整並帶有一定錐度，在與石墨夾頭連接時，純粹靠石墨夾頭 和矽芯棒的重力將兩者連接在一起， 一旦石墨夾頭加工精度不夠，錐 度不吻合，則可能導致無法保證矽芯垂直安裝，易出現"倒爐"事故。 同時也可能出現電極頭和石墨夾頭之間並非錐面接觸，而只是線接 觸，甚至有些地方點接觸。在大電流通過時，由於接觸電阻過大，極 易燒壞電極。而更換電極工作量非常大，需要耗費大量的人力物力， 而且會耽誤大量生產時間。 發明內容
本實用新型的目的在於克服上述技術缺陷，提供一種多晶矽氫還 原爐。本實用新型可有效調整工藝的自由度，將還原爐的效率調整到
最佳狀態，大大降低了倒爐率，延長了還原爐設備的使用壽命，降低 了成本。
為實現上述發明目的，本實用新型採用的技術方案是-多晶矽氫還原爐，包括帶有冷卻裝置的爐殼，爐殼安裝在爐盤上; 爐盤上布有進、出氣管，進氣管的進氣端上設有噴口，爐盤上設有加 熱電極，電極上一一對應安裝有矽芯棒，其特徵在於所述還原爐爐 盤下部的進氣管與爐盤上部的噴口為可拆卸式連接，所述噴口為石墨噴口；所述電極與矽芯棒之間通過石墨夾頭固定連接，石墨夾頭的夾 瓣和矽芯棒之間設有柔性石墨墊，所述柔性石墨墊設置在石墨夾頭的
夾瓣頂部與矽芯棒之間；電極的電極頭外側與石墨夾頭底部的外側設
有螺紋，電極的電極頭與石墨夾頭底部之間通過螺母連接。 所述電極的電極頭為正螺紋結構，所述石墨夾頭底部為與電極頭
正螺紋結構對應的反螺紋結構，電極頭與石墨夾頭底部之間通過帶有
正反內螺紋的螺母連接。
所述電極的電極頭為反螺紋結構，所述石墨夾頭底部為與電極頭
反螺紋結構對應的正螺紋結構，電極頭與石墨夾頭底部之間通過帶有
正反內螺紋的螺母連接。
所述還原爐爐盤下部的進氣管與爐盤上部的噴口之間採用螺紋
連接或扣接或插入式連接。
所述柔性石墨墊厚度為0.5~lmm，寬度為15~20mm，所述柔性 石墨墊為至少一圈。
本實用新型的優點在於
1、本實用新型將還原爐底盤上的進氣管與噴口一分為二，兩者 之間採用螺紋連接或其他連接方式實現可拆卸式連接，可以非常方便 的拆裝噴口，噴口用石墨製成。噴口的口徑(即截面積)和形狀可根 據工藝需要加工製成各種不同的口徑和不同的形狀，在每次裝爐前自 由安裝調整，不需要再將進氣管整體從爐盤上卸下，只需要選用預先 製作好的不同口徑和形狀的噴口進行組合。不但可以實現相同流量情 況下噴口噴速的改變，還可以使物料氣體在爐底盤上的任意位置噴 出，不再受進氣管在底盤上分布狀況的限制。這樣，增加了工藝調整的自由度，從而可將還原爐的效率調整到最佳狀態。
2、 本實用新型在石墨夾瓣和矽芯之間加了一層柔性石墨，可以 有效增加石墨夾瓣和矽芯的接觸效果以及矽芯下端與夾瓣之間的彈 性空間，有效解決了矽芯啟動後出現亮點、熔融等現象。同時避免了 矽芯在啟動時被磁感應力折斷。
3、 本實用新型將氫還原爐電極頭改為螺紋結構，電極頭與石墨 夾頭底部分別為正反螺紋，採用配套的帶有正反螺紋的螺母將兩者緊 密連接。不但解決了電極頂部與石墨夾頭接觸的問題，延長了電極的 使用壽命，降低了成本，更為矽芯棒垂直安裝創造了條件。
4、 同時由於電極頭和石墨夾頭底部分別採用正反螺紋，當矽棒 長粗長牢後，也只需擰動螺母，便可將矽棒輕鬆卸下。不存在無法拆 卸矽棒的問題。


圖1為多晶矽氫還原爐結構示意圖。
圖2為本實用新型電極與石墨夾頭連接結構示意圖。
圖3為本實用新型矽芯棒與石墨夾頭結構示意圖。
圖4為本實用新型進氣管與噴口結構示意圖。
圖5為本實用新型進氣管與噴口結構另一實施方式示意圖。
圖中標記l為外殼體，2為內殼體，3為矽芯棒，4為視鏡，5
為冷卻水進水環管，6為爐盤，7為電極，8為支架，9為導軌，10
為噴口， ll為進、出氣管，12為石墨夾頭，13為螺母，14為正螺紋，
15為反螺紋，16為柔性石墨墊。
具體實施方式
多晶矽氫還原爐，包括帶有冷卻裝置的爐殼1、 2，爐殼l、 2安 裝在爐盤6上；爐盤上布有進、出氣管ll，進氣管ll的進氣端上設 有噴口IO，爐盤6上設有加熱電極7，電極7上一一對應安裝有矽芯 棒3，所述還原爐爐盤6下部的進氣管11與爐盤6上部的噴口 10採 用螺紋連接，也可以採用扣接或插入式連接，所述噴口10為石墨噴 口，所述電極7與矽芯棒3之間通過石墨夾頭12固定連接，石墨夾 頭12的夾瓣和矽芯棒3之間設有柔性石墨墊16，柔性石墨墊16設 置在石墨夾頭12的夾瓣頂部與矽芯棒3之間，柔性石墨墊16厚度為 0.5~lmm，寬度為15 20mm，柔性石墨墊16為一圈，也可以根據生 產需要設置多圈；電極7的電極頭外側與石墨夾頭12底部的外側設 有螺紋，電極7的電極頭與石墨夾頭12底部之間通過螺母13連接， 電極7的電極頭為正螺紋結構，石墨夾頭12底部為與電極頭正螺紋 結構對應的反螺紋結構，電極頭與石墨夾頭12底部之間通過帶有正 反內螺紋的螺母13連接，同樣道理，還可以將電極7的電極頭為反 螺紋結構，石墨夾頭12底部為與電極頭反螺紋結構對應的正螺紋結 構，電極頭與石墨夾頭底部之間通過帶有正反內螺紋的螺母13連接。
權利要求1、多晶矽氫還原爐，包括帶有冷卻裝置的爐殼(1、2)，爐殼安裝在爐盤(6)上；爐盤(6)上布有進、出氣管(11)，進氣管(11)的進氣端上設有噴口(10)，爐盤(6)上設有加熱電極(7)，電極(7)上一一對應安裝有矽芯棒(3)，其特徵在於所述還原爐爐盤(6)下部的進氣管(11)與爐盤(6)上部的噴口(10)為可拆卸式連接，所述噴口(10)為石墨噴口；所述電極(7)與矽芯棒(3)之間通過石墨夾頭(12)固定連接，石墨夾頭(12)的夾瓣和矽芯棒(3)之間設有柔性石墨墊(16)，所述柔性石墨墊(16)設置在石墨夾頭(12)的夾瓣頂部與矽芯棒(3)之間；電極(7)的電極頭外側與石墨夾頭(12)底部的外側設有螺紋，電極(7)的電極頭與石墨夾頭(12)底部之間通過螺母(13)連接。
2、 根據權利要求l所述的多晶矽氫還原爐，其特徵在於所述 電極(7)的電極頭為正螺紋結構，所述石墨夾頭(12)底部為與電 極頭正螺紋結構對應的反螺紋結構，電極頭與石墨夾頭底部之間通過 帶有正反內螺紋的螺母(13)連接。
3、 根據權利要求1所述的多晶矽氫還原爐，其特徵在於所述 電極(7)的電極頭為反螺紋結構，所述石墨夾頭(12)底部為與電 極頭反螺紋結構對應的正螺紋結構，電極頭與石墨夾頭底部之間通過 帶有正反內螺紋的螺母(13)連接。
4、 根據權利要求1、 2或3所述的多晶矽氫還原爐，其特徵在於: 所述還原爐爐盤(6)下部的進氣管(11)與爐盤(6)上部的噴口 (10) 之間採用螺紋連接或扣接或插入式連接。
5、根據權利要求1、 2或3所述的多晶矽氫還原爐，其特徵在於所述柔性石墨墊(16)厚度為0.5~lmm，寬度為15~20mm，所述柔 性石墨墊(16)為至少一圈。
專利摘要本實用新型提供了一種多晶矽氫還原爐，包括帶有冷卻裝置的爐殼，爐殼安裝在爐盤上；爐盤上布有進、出氣管，進氣管的進氣端上設有噴口，爐盤上設有加熱電極，電極上一一對應安裝有矽芯棒，還原爐爐盤下部的進氣管與爐盤上部的噴口為可拆卸式連接，噴口為石墨噴口；電極與矽芯棒之間通過石墨夾頭固定連接，石墨夾頭的夾瓣和矽芯棒之間設有柔性石墨墊，柔性石墨墊設置在石墨夾頭的夾瓣頂部與矽芯棒之間；電極的電極頭外側與石墨夾頭底部的外側設有螺紋，電極的電極頭與石墨夾頭底部之間通過螺母連接。本實用新型可有效調整工藝的自由度，將還原爐的效率調整到最佳狀態，大大降低了倒爐率，延長了還原爐設備的使用壽命，降低了成本。
文檔編號C30B29/06GK201305653SQ20082022284
公開日2009年9月9日 申請日期2008年11月24日 優先權日2008年11月24日
發明者強 張, 戴自忠 申請人:四川永祥多晶矽有限公司