一种由硅烷直接铸造多晶硅锭的设备及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106365169A(43)申请公布日2017.02.01(21)申请号201610715415.6(22)申请日2016.08.24(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人李学刚肖文德(74)专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225代理人蒋亮珠(51)Int.Cl.C01B33/027(2006.01)C30B28/06(2006.01)C30B29/06(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种由硅烷直接铸造多晶硅锭的设备及方法(57)摘要本发明涉及一种由硅烷直接铸造多晶硅锭的设备及方法，包括多晶硅铸锭炉(100)，和连接在其顶部的硅烷分解反应器(200)以及换热器(9)。所述硅烷分解反应器(200)包括空管反应器(21)和所述空管反应器(21)外壁的加热组件(22)。所述多晶硅铸锭炉(100)包括炉体(1)、真空与保护气系统(2)、保温组件(3)、加热组件(4)、热交换台(5)、坩埚(6)、升温管(7)、水冷却系统(8)；硅烷原料通过换热器(9)送入空管反应器(21)热解生成固体硅粉，经升温管(7)进入坩埚(6)形成液体硅，所述液体硅以定向凝固方式、自下而上长晶，形成的铸块经过退火、冷却后得到高质量的多晶硅锭；反应生成的氢气经换热器(9)预热硅烷原料后送出装置。与现有技术相比，本发明具有生产率高、产品质量好、综合能耗和成本低等优点。CN106365169ACN106365169A权利要求书1/2页1.一种由硅烷直接铸造多晶硅锭的设备，其特征在于，包括多晶硅铸锭炉(100)，和连接在其顶部的硅烷分解反应器(200)。2.根据权利要求1所述的一种由硅烷直接铸造多晶硅锭的设备，其特征在于，所述硅烷分解反应器(200)包括空管反应器(21)和所述空管反应器(21)外壁的加热组件(22)。3.根据权利要求1或2所述的一种由硅烷直接铸造多晶硅锭的设备，其特征在于，所述多晶硅铸锭炉(100)包括炉体(1)、真空与保护气系统(2)、保温组件(3)、加热组件(4)、热交换台(5)、坩埚(6)、升温管(7)、水冷却系统(8)、所述的炉体(1)连接真空与保护气系统(2)和水冷却系统(8)，所述的保温组件(3)设置在炉体(1)内，所述的加热组件(4)、热交换台(5)和坩埚(6)设置在保温组件(3)内，其中坩埚(6)置于热交换台(5)上，加热组件(4)置于坩埚(6)四周。4.根据权利要求3所述的一种由硅烷直接铸造多晶硅锭的设备，其特征在于，还包括换热器(9)，硅烷原料通过换热器(9)送入空管反应器(21)热解生成固体硅粉，经升温管(7)进入坩埚(6)形成液体硅，所述液体硅以定向凝固方式、自下而上长晶，形成的铸块经过退火、冷却后得到高质量的多晶硅锭；反应生成的氢气经换热器(9)预热硅烷原料后送出装置。5.根据权利要求3所述的一种由硅烷直接铸造多晶硅锭的设备，其特征在于，所述的炉体(1)包括上炉体(10)和下炉体(11)，二者通过法兰连接，且在闭合时，满足极限真空负压强度及正压抵抗强度要求，所述下炉体(11)由若干套滚珠丝杆副驱动竖直升降，所述上炉体(10)和下炉体(11)均采用双层带夹套的不锈钢筒体结构，夹套内通循环冷却水。6.根据权利要求3所述的一种由硅烷直接铸造多晶硅锭的设备，其特征在于，所述的真空与保护气系统(2)包括真空机组、电磁比例调节阀、挡板阀、质量流量计、保护气气源，真空管道及其他管路附件，炉体(1)内的真空度和保护气用量由电磁比例调节阀控制，真空系统满足将炉内压力降至1.0Pa以下的要求，保护气为包括但不限于氩气、氦气中的一种。7.根据权利要求3所述的一种由硅烷直接铸造多晶硅锭的设备，其特征在于，所述的保温组件(3)包括底部保温板(14)和隔热笼(15)，底部保温板(14)由若干高强度石墨柱(13)支撑，安装在下炉体(11)中，所述石墨柱(13)带有变径台阶，底部保温板(14)承放于变径台阶上，隔热笼(15)安装在上炉体(10)中且可竖直升降，隔热笼(15)与底部保温板(14)闭合时形成密闭保温腔体；所述的加热组件(4)布置在隔热笼(15)内，包括顶部加热器(12)和四周加热器(17)，通过石墨电极柱(18)和中空通水铜电缆(19)与外部电源(20)相连，所述加热组件(4)的最高加热温度为1450～1700℃；所述的热交换台(5)安装在下炉体(11)中，是坩埚(6)的承放平台，热交换台(5)与底部保温板(14)共用一套石墨柱(13)，热交换台(5)承放在石墨柱(13)顶端，在炉体(1)闭合时，热交换台(5)固定悬空在隔热笼(15)内，热交换台(5)下部设置热开关和水冷却，在硅粉