專利名稱：流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流化床反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
高純度多晶硅作為可在半導(dǎo)體元件或太陽能電池中使用的材料，被廣泛使用。為制造這種多晶硅，使用的是硅析出方法，通過對(duì)含硅的反應(yīng)氣體進(jìn)行熱分解及氫還原反應(yīng)，使娃析出。為進(jìn)行多晶硅的大量生產(chǎn)，需要比實(shí)驗(yàn)室中使用的流化 床反應(yīng)器尺寸和高度更大的流化床反應(yīng)器。因此，可批量生產(chǎn)多晶硅的流化床反應(yīng)器重量非常重，體積也很大，導(dǎo)致流化床反應(yīng)器組裝、安裝及維護(hù)困難。因此，針對(duì)易于組裝、安裝及維護(hù)、可大量生產(chǎn)多晶硅的流化床反應(yīng)器的研究如火如荼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可均勻地供應(yīng)硅析出所需的充足的熱和流動(dòng)氣體的流化床反應(yīng)器。而且，本發(fā)明的目的還在于提供一種可實(shí)現(xiàn)多晶硅的大量生產(chǎn)，組裝、安裝及維護(hù)容易的流化床反應(yīng)器。提供一種能連續(xù)、穩(wěn)定地制造多晶硅的流化床反應(yīng)器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案在于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)流化床反應(yīng)器包含反應(yīng)管；流動(dòng)氣體供應(yīng)部，獨(dú)立地進(jìn)行控制，向上述反應(yīng)管內(nèi)部供應(yīng)流動(dòng)氣體；以及反應(yīng)氣體供應(yīng)部，向上述反應(yīng)管內(nèi)部供應(yīng)反應(yīng)氣體。上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部的數(shù)量可以是多個(gè)。通過上述各個(gè)流動(dòng)氣體供應(yīng)部向上述反應(yīng)管內(nèi)部供應(yīng)的流動(dòng)氣體的量可以相同或不同。 上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部包含供流動(dòng)氣體從外部流入流動(dòng)氣體流入部、與上述流動(dòng)氣體流入部的一側(cè)相連接的流動(dòng)氣體通道及與上述流動(dòng)氣體通道相連接的多個(gè)流動(dòng)氣體噴嘴，上述多個(gè)流動(dòng)氣體噴嘴的出口面積可以相同。上述流動(dòng)氣體通道的整體體積可以比上述流動(dòng)氣體流入部的整體體積大或相同。上述流動(dòng)氣體通道還可包含配置于內(nèi)部的底層分布板。上述多個(gè)流動(dòng)氣體噴嘴可均勻地配置于上述底層分布板的全部區(qū)域。上述底層分布板區(qū)域可分成多個(gè)，各區(qū)域配置的上述流動(dòng)氣體噴嘴的個(gè)數(shù)可以相同。還可包含與上述底層分布板各個(gè)區(qū)域相對(duì)應(yīng)，配置于上述底層分布板內(nèi)部的上述流動(dòng)氣體通道，上述流動(dòng)氣體通道可分別與上述多個(gè)流動(dòng)氣體噴嘴連接。上述流動(dòng)氣體通道可具有相同的體積。
上述流動(dòng)氣體流入部和上述流動(dòng)氣體通道為多個(gè)，相互分別對(duì)應(yīng)并連接，與上述各個(gè)流動(dòng)氣體通道連接的流動(dòng)氣體噴嘴個(gè)數(shù)可以相同。上述各個(gè)流動(dòng)氣體通道的體積可以相同。上述流動(dòng)氣體流入部的入口面積可以比上述流動(dòng)氣體噴嘴的出口面積大或相同。上述流動(dòng)氣體流入部的個(gè)數(shù)可以是多個(gè)。上述流動(dòng)氣體流入部的個(gè)數(shù)可以是單個(gè)或多個(gè)，與上述各流動(dòng)氣體流入部連通連接的上述流動(dòng)氣體噴嘴的數(shù)量至少是一個(gè)以上。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，流化床反應(yīng)器的組裝、安裝及維護(hù)等容易，在組裝過程中伴隨的 向反應(yīng)管內(nèi)部填充石英珠粒，可以在目測(cè)確認(rèn)填充狀態(tài)的同時(shí)輕松地進(jìn)行填充。另外，本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，以多層分布板構(gòu)成流化床反應(yīng)器的底面部，可輕松防止多晶硅的污染，組裝、安裝及維護(hù)容易。而且，本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是，在以多層石英分布板構(gòu)成的各個(gè)分布板內(nèi)，構(gòu)成各分布板的板塊的界限部相互交叉排列，可以防止制造出的多晶硅的污染，輕松進(jìn)行組裝、安裝及維護(hù)。而且，本發(fā)明可防止流動(dòng)氣體供應(yīng)噴嘴在流化床反應(yīng)器的高壓反應(yīng)過程中承受不住壓力而發(fā)生脫落的事故，實(shí)現(xiàn)流化床反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是，可將為加熱流化床反應(yīng)器的反應(yīng)管內(nèi)部而安裝的加熱器插入組裝于流化床反應(yīng)器底面部上預(yù)先安裝的固定部，因而組裝、安裝及維護(hù)非常簡(jiǎn)便。


圖I顯示了本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器。圖2是顯示本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅制造裝置的分布板一個(gè)示例的附圖。圖3是顯示本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅制造裝置的分布板另一示例的附圖。圖4a及圖4b顯示了本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器的流動(dòng)氣體供應(yīng)部的平面圖。圖5顯示了本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器的流動(dòng)氣體供應(yīng)部的組裝結(jié)構(gòu)。圖6顯示了本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器的流動(dòng)氣體供應(yīng)噴嘴的多種變形示例。圖7a及圖7b顯示了本發(fā)明實(shí)施例的第I反應(yīng)管和第2反應(yīng)管的連接結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。圖I顯示了本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器。如圖所示，本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器500包含頂罩100、第I主體部200、第2主體部300及底面部400。頂罩100與第I主體部200連接，具有比第I主體部200的第I反應(yīng)管250直徑更大的直徑。流化床反應(yīng)器500內(nèi)的氣體及微細(xì)粒子從第I反應(yīng)管250經(jīng)過頂罩100時(shí)，由于直徑增加，氣體及微細(xì)粒子的流速降低。因此，排出的氣體或微細(xì)粒子的后期處理負(fù)擔(dān)則會(huì)減小。頂罩100的內(nèi)壁可由在高溫下不易變形的無機(jī)材料構(gòu)成。例如，頂罩100的內(nèi)壁可由石英、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化錯(cuò)、碳化娃、石墨、娃、玻碳中的至少一種構(gòu)成。并且，當(dāng)可對(duì)頂罩100的外壁進(jìn)行冷卻時(shí)，可利用有機(jī)高分子在頂罩100內(nèi)壁進(jìn)行涂層或襯里中的至少一種。當(dāng)頂罩100的內(nèi)壁由碳化硅、石墨、玻碳等含碳材料構(gòu)成時(shí)，多晶硅可能受到碳雜質(zhì)的污染，因此，多晶硅可接觸的頂罩100的內(nèi)壁可利用硅、二氧化硅、石英、氮化硅等材料進(jìn)行涂層或襯里。例如，頂罩100可包含多個(gè)部分頂罩100a、100b，襯里膜150可位于第I部分頂罩IOOa的內(nèi)面。第I主體部200位于頂罩100的下面，與頂罩100連接，提供發(fā)生多晶硅析出反應(yīng) 所需的空間。第2主體部300位于第I主體部200的下面,與第I主體部200連接，與第I主體部200 —起,提供發(fā)生多晶娃析出反應(yīng)或加熱反應(yīng)中的至少一個(gè)反應(yīng)所需的空間。這種第I主體部200和第2主體部300獨(dú)立形成，相互連接，提供反應(yīng)空間，但第I主體部200和第2主體部300也可制作成形成一個(gè)主體的一體型。底面部400位于第2主體部300的下面，與第2主體部300連接，組裝有用于析出多晶硅的各種噴嘴600/650、加熱器700、電極800等。此時(shí)，頂罩100、第I主體部200及第2主體部300可由碳鋼、不銹鋼、其它合金鋼等機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異、易于加工的金屬材料構(gòu)成。由這些材質(zhì)構(gòu)成的第I主體部200及第2主體部300的保護(hù)膜可由金屬、有機(jī)高分子、陶瓷或石英等構(gòu)成。組裝頂罩100、第I主體部200及第2主體部300時(shí)，為了將反應(yīng)器的內(nèi)部與外部空間隔絕，可使用墊片(gasket)或密封材料(sealing material)。第I主體部200和第2主體部300可以是圓筒形管(pipe)、法蘭、口徑管(tube)及配件(fitting)、盤(plate)、圓錐、橢圓或冷卻媒體在雙壁之間流動(dòng)的夾套(jacket)等多種形態(tài)。另外，當(dāng)頂罩100、第I主體部200及第2主體部300由金屬材質(zhì)構(gòu)成時(shí)，可在其內(nèi)部表面涂布保護(hù)膜或是追加安裝保護(hù)管或保護(hù)壁。保護(hù)膜、保護(hù)管或保護(hù)壁可由金屬材質(zhì)構(gòu)成，但為了防止反應(yīng)器內(nèi)部的污染，可利用有機(jī)高分子、陶瓷、石英等非金屬材料進(jìn)行涂層或襯里。第I主體部200和第2主體部300為了達(dá)到防止熱膨脹、保護(hù)作業(yè)者、防止其它事故等目的，可通過水、油、氣體、空氣等冷卻流體保持在既定溫度范圍以下?？芍谱鞒墒估鋮s流體在需要冷卻的第I主體部200和第2主體部300構(gòu)成要素的內(nèi)部或外壁進(jìn)行循環(huán)。另一方面，在第I主體部200和第2主體部300的外部表面，為了保護(hù)作業(yè)者及防止過度熱損失，可安裝隔熱材料。如前所述，為實(shí)現(xiàn)多晶硅的大量生產(chǎn)，當(dāng)流化床反應(yīng)器的尺寸及高度增加時(shí)，流化床反應(yīng)器的組裝安裝及維護(hù)會(huì)變得困難。即，當(dāng)流化床反應(yīng)器包含一個(gè)尺寸大、高度高、重量重的主體部和反應(yīng)管時(shí)，在進(jìn)行流化床反應(yīng)器的組裝、安裝及維護(hù)時(shí)，主體部的操作十分困難，主體部可能與噴嘴或反應(yīng)管發(fā)生碰撞而破損。相反，本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器由于包含多個(gè)主體部200、300和反應(yīng)管250、350，可以容易地完成流化床反應(yīng)器的組裝、安裝及維護(hù)。下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器的組裝過程進(jìn)行詳細(xì)說明。
第I反應(yīng)管250插入第I主體部200。第2反應(yīng)管350插入第2主體部300內(nèi)，在用于密閉第2主體部3 00下端的底面部400，組裝各種噴嘴600/650、電極800及加熱器700。在第2反應(yīng)管350插入的第2主體部300連接底面部400。之后，相互連接第I主體部200和第2主體部300，頂罩100連接于第I主體部200。底面部400上組裝的各種氣體供應(yīng)部可包含流動(dòng)氣體供應(yīng)部600及反應(yīng)氣體供應(yīng)部 650。第I及第2反應(yīng)管250、350可采用口徑管(tube)形態(tài)或?yàn)榘趶焦?tube)、圓錐及橢圓部分的形態(tài)。第I及第2反應(yīng)管250、350的末端部分可加工成法蘭形。第I及第2反應(yīng)管250、350可由多個(gè)部分構(gòu)成，這些部分的一部分還可在第I主體部200及第2主體部300的內(nèi)壁面以襯里(liner)等形態(tài)安裝。第I及第2反應(yīng)管250、350的材質(zhì)可由在高溫下不易變形的無機(jī)材料構(gòu)成，可由石英、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化鋯、氧化釔、碳化硅、石墨、硅、玻碳或這些材料混合的復(fù)合體等無機(jī)材料構(gòu)成。當(dāng)?shù)贗及第2反應(yīng)管250、350由碳化硅、石墨、玻碳等含碳材質(zhì)構(gòu)成時(shí)，由于含碳材質(zhì)可能污染多晶硅，在多晶硅可接觸的反應(yīng)管的內(nèi)壁面，可使用硅、二氧化硅、石英、氮化硅等進(jìn)行涂層或襯里。流動(dòng)氣體供應(yīng)部600供應(yīng)使反應(yīng)管內(nèi)的娃顆粒流動(dòng)的流動(dòng)氣體。位于反應(yīng)管內(nèi)的硅顆粒的一部分或全部在流動(dòng)氣體作用下流動(dòng)。此時(shí)，流動(dòng)氣體可包含氫氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣、氯化?HCl)、四氯化硅(SiC14)中的至少一種。流動(dòng)氣體供應(yīng)部600可以是由可用作反應(yīng)管的無機(jī)材質(zhì)成份構(gòu)成的口徑管(tube)、襯里或成型品。這種流動(dòng)氣體供應(yīng)部600可包含流動(dòng)氣體流入部640、流動(dòng)氣體噴嘴620及流動(dòng)氣體通道630。流動(dòng)氣體通道的一側(cè)與流動(dòng)氣體流入口的另一側(cè)連接，流動(dòng)氣體通道的另一側(cè)與流動(dòng)氣體噴嘴的一側(cè)連接。因此，流動(dòng)氣體供應(yīng)部的流動(dòng)氣體流入部640使流動(dòng)氣體從外部流入，供應(yīng)給流動(dòng)氣體通道630，流動(dòng)氣體噴嘴620將流動(dòng)氣體通道630中充滿的流動(dòng)氣體供應(yīng)到反應(yīng)管100內(nèi)部。此時(shí)，流動(dòng)氣體通道630的整體體積比流動(dòng)氣體流入部的整體體積大或相同，流動(dòng)氣體通道作為被從外部流入的流動(dòng)氣體充滿的空間，可形成于后述的底層分布板410的內(nèi)部。而且，雖然在附圖中未標(biāo)出，但流動(dòng)氣體供應(yīng)部600可包含流動(dòng)氣體口徑管(tube)，替代流動(dòng)氣體通道630。即，也可以是流動(dòng)氣體流入部640將從外部流入的流動(dòng)氣體供應(yīng)給流動(dòng)氣體口徑管(tube)，流動(dòng)氣體噴嘴620將流動(dòng)氣體口徑管(tube)中充滿的流動(dòng)氣體供應(yīng)到反應(yīng)管250內(nèi)部。此時(shí)，流動(dòng)氣體口徑管(tube)也作為被從外部流入的流動(dòng)氣體充滿的空間，可形成于底層分布板的內(nèi)部。另一方面，流動(dòng)氣體通道630或流動(dòng)氣體口徑管(tube)位于流動(dòng)氣體流入部640和流動(dòng)氣體噴嘴620之間，是為了使與流動(dòng)氣體通道連接的流動(dòng)氣體噴嘴620供應(yīng)的流動(dòng)氣體的流量保持均勻。S卩，為實(shí)現(xiàn)多晶硅產(chǎn)品的大量生產(chǎn)，流化床反應(yīng)器的尺寸必須大。所以，反應(yīng)管100內(nèi)部的面積也增大。反應(yīng)管100內(nèi)部的面積如果增加，則流動(dòng)氣體的供應(yīng)也必須增加，所以流動(dòng)氣體噴嘴620的個(gè)數(shù)也增加。
這樣一來，當(dāng)流化床反應(yīng)器的尺寸變大時(shí)，流動(dòng)氣體噴嘴620必須在反應(yīng)管100內(nèi)部均勻地供應(yīng)流動(dòng)氣體。當(dāng)流動(dòng)氣體的供應(yīng)不均勻時(shí)，硅流化床的流動(dòng)不穩(wěn)定，利用流動(dòng)氣體實(shí)現(xiàn)的熱傳遞不夠均勻，所以硅析出反應(yīng)變得不穩(wěn)定。因此，流動(dòng)氣體的均勻供應(yīng)不僅可將硅析出所需的熱均勻地傳遞到反應(yīng)管100內(nèi)部，還可使硅流化床的流動(dòng)變得穩(wěn)定。流動(dòng)氣體噴嘴620為了向反應(yīng)管100內(nèi)部均勻地供應(yīng)流動(dòng)氣體，在與流動(dòng)氣體噴嘴在空間上連接的流動(dòng)氣體通道630或流動(dòng)氣體口徑管(tube)中充滿流動(dòng)氣體。當(dāng)通過流動(dòng)氣體流入部640流入的流動(dòng)氣體的流量比通過流動(dòng)氣體噴嘴620釋放的流動(dòng)氣體的流量大或相同時(shí)，流動(dòng)氣體在流動(dòng)氣體通道630或流動(dòng)氣體口徑管(tube)中均勻分布，因此，通過流動(dòng)氣體噴嘴620釋放的流量保持均勻。此時(shí)，流動(dòng)氣體噴嘴的出口面積最好相同。在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了使通過流動(dòng)氣體流入部640流入的流動(dòng)氣體的流量比通過流動(dòng)氣體噴嘴620釋放的流動(dòng)氣體的流量大或相同，流動(dòng)氣體流入部及與流動(dòng)氣體通道連接的區(qū)域中的流動(dòng)氣體流入部的出口面積Dl可以大于流動(dòng)氣體噴嘴的出口面積D2之和。另一方面，在本發(fā)明的實(shí)施例中，流動(dòng)氣體流入部雖然通過流動(dòng)氣體通道與流動(dòng)氣體噴嘴相連接，但流動(dòng)氣體流入部可以不通過流動(dòng)氣體通道，而是與流動(dòng)氣體噴嘴直接連接，接 受外部流動(dòng)氣體的供應(yīng)，向反應(yīng)管內(nèi)部提供流動(dòng)氣體。反應(yīng)氣體供應(yīng)部650向硅顆粒床層供應(yīng)含有硅元素的反應(yīng)氣體。反應(yīng)氣體作為用于多晶娃析出的原料氣體，包含娃兀素成份。反應(yīng)氣體可包含甲娃燒(SiH4)、乙娃燒(disilane:Si2H6)、高級(jí)硅烷(SinH2n+2，n 為 3 以上自然數(shù))、二氯硅烷(DCS:SiH2C12)、三氯硅烷(TCS:SiHC13)、四氯化硅(STC:SiC14)、二溴硅烷(SiH2Br2)、三溴硅烷(SiHBr3)、四溴化硅(SiBr4)、二碘硅烷(SiH2I2)、三碘硅烷(SiHI3)、四碘化硅(Si 14)中的至少一種。此時(shí),反應(yīng)氣體還可包含氫氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣或氯化氫中的至少一種。隨著反應(yīng)氣體的供應(yīng)，在0. I至2mm左右的多晶硅籽晶的表面析出多晶娃，多晶硅籽晶的尺寸增力卩。多晶硅籽晶的尺寸增加至既定程度后，釋放到流化床反應(yīng)器外部。加熱器700在流化床反應(yīng)器500的內(nèi)部，供應(yīng)在多晶硅顆粒表面發(fā)生硅析出反應(yīng)所需的熱量。在實(shí)施例中，為進(jìn)行硅析出反應(yīng)，也可以從反應(yīng)管250的內(nèi)部供應(yīng)熱，或利用從反應(yīng)管250的外部向反應(yīng)管250內(nèi)部供應(yīng)的熱引起硅析出反應(yīng)。加熱器700包含電阻體，可通過供電來供熱。加熱器700可包含石墨(graphite)、碳化娃等陶瓷、或金屬材質(zhì)中的至少一種。各氣體供應(yīng)部600/650，即，各種噴嘴、電極800及加熱器700等與構(gòu)成底面部400的分布板410至440組裝在一起。如圖所示，本發(fā)明實(shí)施例的底面部400包含底層分布板410和第I至第3分布板420、430、440。底層分布板410與第2主體部300連接，組裝有流動(dòng)氣體供應(yīng)部及反應(yīng)氣體供應(yīng)噴嘴。底層分布板410可由碳鋼、不銹鋼、其它合金鋼等機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異、易于加工的金屬材料構(gòu)成。第I分布板420位于底層分布板410上，使底層分布板410絕緣。從而，第I分布板420可由石英(quartz)等可耐高溫、具有絕緣性而同時(shí)又不會(huì)污染析出的多晶硅的物質(zhì)構(gòu)成。除石英外，第I分布板420還可由氮化硅、氧化鋁、氧化釔等在高溫下具有耐熱性的陶瓷物質(zhì)構(gòu)成。根據(jù)情況，可利用這種陶瓷物質(zhì)對(duì)第I分布板420的表面進(jìn)行涂布或襯里。
第2分布板430位于第I分布板420上，與加熱器700接觸，向加熱器700供電。從而，第2分布板430可由石墨、涂布碳化硅的石墨、碳化硅、涂布氮化硅的石墨等導(dǎo)電性物質(zhì)構(gòu)成。具有絕緣特性的第I分布板420位于底層分布板410和第2分布板430之間，所以底層分布板410與第2分布板430相互絕緣。第2分布板430與加熱器700接觸，因此第2分布板430可發(fā)熱，但電流在第2分布板430流過的橫截面積比加熱器700大很多，所以第2分布板430發(fā)生的熱量比加熱器700發(fā)生的熱量少很多。另外，為了減少第2分布板430因接觸電阻而發(fā)生的熱量，可將伸展性優(yōu)異的石墨片(sheet)插入第2分布板430和加熱器700之間。當(dāng)?shù)讓臃植及?10和第2分布板430具有導(dǎo)電性時(shí)，由于底層分布板410與第2分布板430接觸，可能發(fā)生流向底層分布板410的泄漏電流。因此，如圖所示，底層分布板410和第2分布板430的末端保持既定距離的間隔。S卩，可在第I分布板420上形成可供第2分布板430安放的槽。例如，在第I分布 板420上形成與第2分布板430長(zhǎng)度相同或稍大的槽，第2分布板430可安放于第I分布板420的槽中。因此,第I分布板420的一部分可位于底層分布板410和第2分布板430的末端之間，從而可保持底層分布板410與第2分布板430之間的絕緣。如圖所示，在第I分布板420的作用下，底層分布板410和第2分布板430可絕緣，通過安裝包裹第2分布板430四周的絕緣環(huán)900，底層分布板410和第2分布板430也可絕緣。此時(shí)，絕緣環(huán)900可由石英、陶瓷構(gòu)成。第3分布板440位于第2分布板430上，防止在第I反應(yīng)管250及第2反應(yīng)管350內(nèi)部析出的多晶硅被第2分布板430污染。因此，第3分布板440可由在高溫不易變形的無機(jī)材料構(gòu)成，可由石英、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化鋯、碳化硅、石墨、硅、玻碳或這些材料混合的復(fù)合體等無機(jī)材料構(gòu)成。當(dāng)?shù)?分布板440由碳化娃、石墨、玻碳等含碳材質(zhì)構(gòu)成時(shí)，由于含碳材質(zhì)可能污染多晶硅，所以第3分布板440的表面可利用硅、二氧化硅、石英、氮化硅等涂布或襯里。另外，底面部400的第2分布板430和第3分布板440并非一個(gè)整體，而是包含多個(gè)板塊，所以流化床反應(yīng)器容易組裝、安裝及維護(hù)。即，實(shí)現(xiàn)多晶硅的大量生產(chǎn)所需的流化床反應(yīng)器的尺寸增加，所以當(dāng)?shù)?分布板430和第3分布板440由一個(gè)整體構(gòu)成時(shí)，流化床反應(yīng)器會(huì)難于組裝、安裝及維護(hù)。例如，如圖2所示，第3分布板440可由沿同心圓方向和直徑方向截?cái)嗟陌鍓K構(gòu)成。同時(shí)，如圖3所示，第3分布板440可由尺寸不同的環(huán)形的板塊構(gòu)成。本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器的分布板與加熱器的組裝結(jié)構(gòu)為，底層分布板410、第I分布板420、第2分布板430及第3分布板440可以被貫通底層分布板410、第I分布板420、第2分布板430及第3分布板440的固定手段固定。底面部400上包含的多個(gè)分布板410至440被固定手段貫通多個(gè)分布板410至440所固定。為了防止第I反應(yīng)管250及第2反應(yīng)管350內(nèi)部形成的多晶娃被污染,這種固定手段可由在高溫下不易變形的無機(jī)材料構(gòu)成，可由石英、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化鋯、硅或這些材料混合的復(fù)合體等無機(jī)材料構(gòu)成。當(dāng)固定手段由碳化硅、石墨、玻碳等含碳材質(zhì)構(gòu)成時(shí)，為了防止多晶硅被含碳材質(zhì)污染，固定手段的表面采用硅、二氧化硅、石英、氮化硅等進(jìn)行涂布或襯里，或者可用由硅、二氧化硅、石英、氮化硅構(gòu)成的蓋罩在固定手段上。固定手段利用螺絲與多個(gè)分布板410至440組裝。另一方面，在將組裝加熱器700的底面部400，可安裝插入加熱器700的固定部。銷子或卡子等固定部組裝于在底面部400分布板中的與加熱器700連接的第2分布板430上形成的貫穿孔部。在加熱器700上形成供固定部插入的槽，制造者或使用者可將加熱器700壓入固定部，將加熱器700固定在底面部400上。因此，在加熱器700的組裝中，無需利用螺絲螺栓等連結(jié)，加熱器700的組裝可十分簡(jiǎn)便。本實(shí)施例中，加熱器700呈U字形，所以每個(gè)加熱器700需要2個(gè)固定部，但固定部的個(gè)數(shù)可根據(jù)加熱器700的形狀而變化。固定部可由石墨或金屬材質(zhì)等導(dǎo)電性和伸展性優(yōu)秀的材料構(gòu)成。第2分布板430包含多個(gè)分布板塊，加熱器700的下部與相互鄰近的分布板塊430a、430b接觸，從而通過第2分布板430的分布板塊430a、430b接受供電。此時(shí)，加熱器700在與底面部400連接的部分，即在加熱器700的下部形成有突出部，突出部卡于第3分布板440，從而加熱器700的固定可更加穩(wěn)定。鄰近的分布板塊430a、430b相互絕緣。例如，在與加熱器700的下部接觸的第2分布板430的分布板塊之間，可安裝絕緣體。絕緣體使與加熱器700的下部接觸的分布板塊之間絕緣，防止發(fā)生漏電。下面將對(duì)分布板塊進(jìn)行 更詳細(xì)的說明。在本發(fā)明的實(shí)施例中，為使加熱器700每單位體積具有更大表面積，從而提高加熱效率，可在加熱器700的表面形成褶皺。為了增大表面積，提高加熱效率，除褶皺外，還可在加熱器700的表面形成多種形狀的突起或圖案。因此，可在加熱器700的表面，至少形成褶皺、突起或圖案中的一種。固定部插入加熱器700后，為了保護(hù)加熱器700及防止多晶硅被加熱器700污染，用加熱器罩包裹加熱器700的外部，使加熱器700不露出來。為了發(fā)揮這種加熱器罩的作用，加熱器罩可由在高溫下不易變形的無機(jī)材料構(gòu)成，可由石英、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化鋯、氧化釔、硅或這種材料混合的復(fù)合體等無機(jī)材料構(gòu)成。當(dāng)加熱器罩由碳化娃、石墨、玻碳等含碳材質(zhì)構(gòu)成時(shí)，為了防止多晶娃被含碳材質(zhì)污染，加熱器罩的表面可用硅、二氧化硅、石英、氮化硅等涂布或襯里。在加熱器罩的下部形成有卡棱,加熱器罩的卡棱卡于第3分布板440的多個(gè)分布板塊之間。本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器包含與2個(gè)電極800連接的加熱器組，加熱器組的耗電量可以相同。電極800可由石墨、碳化娃、金屬材質(zhì)或它們的復(fù)合物構(gòu)成。電極800的形態(tài)可采用電纜、棒、條、成型物、插座、適配器、桿(bar)、編織電線或它們的組合。此時(shí)，一個(gè)電極800上可連接兩個(gè)加熱器組。所以，當(dāng)是n個(gè)(n為2以上自然數(shù))加熱器組時(shí)，流化床反應(yīng)器可包含n個(gè)電極800。例如，加熱器組的電阻可以相同。即，各加熱器組包含的加熱器700的個(gè)數(shù)是一定的，加熱器組包含的加熱器700的電阻可以相同。當(dāng)各加熱器組包含的加熱器700的個(gè)數(shù)相同時(shí)，流化床反應(yīng)器500則會(huì)容易組裝、安裝及維護(hù)。即使構(gòu)成加熱器組的加熱器700的電阻互不相同，如果加熱器700排列成使多個(gè)加熱器組各自的電阻相同，則會(huì)使得多個(gè)加熱器組的耗電量相同，從而可在流化床反應(yīng)器500內(nèi)部均勻供熱。如上所述，為了大量生產(chǎn)多晶硅產(chǎn)品，流化床反應(yīng)器越大，流化床反應(yīng)器500的內(nèi)部區(qū)域也越大。因此，多個(gè)加熱器組必須向流化床反應(yīng)器500的內(nèi)部區(qū)域均勻供熱。本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器的加熱器組可對(duì)流化床反應(yīng)器整個(gè)內(nèi)部區(qū)域均勻加熱，因而可大量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多晶硅產(chǎn)品。多個(gè)加熱器組可分別接受異相電源供電。例如，當(dāng)本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器包含3個(gè)加熱器組時(shí)，各加熱器組可接受3相電源供電。此時(shí)，各相的相位差可以是120°。另外，向加熱器組供電的電源可獨(dú)立控制，以使各加熱器組消耗相同的電量。例如，當(dāng)各加熱器組的電阻不同或難以供應(yīng)相同的電力時(shí)，可使用不同大小的單相電源向各加熱器組供電，以使加熱器組消耗相同的電量。當(dāng)使用多相電源供電時(shí)，鄰近的加熱器組可共用電極800，但當(dāng)使用單相電源供電時(shí)，一個(gè)加熱器組可與2個(gè)電極800連接，不同其它加熱器組共用。如上所述，加熱器700與通過絕緣體相互絕緣的分布板塊接觸。例如，加熱器700的一端連接于一個(gè)分布板塊，加熱器700的另一端連接于另一個(gè)分布板塊。因此，加熱器組 的加熱器700可串聯(lián)連接。第2分布板430的分布板塊可由與加熱器700相同的物質(zhì)構(gòu)成。例如，關(guān)于加熱器700和分布板塊的材質(zhì)，前面已作說明，所以此處省略對(duì)其說明。圖4a及圖4b顯示了本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器的流動(dòng)氣體供應(yīng)部的平面圖。如圖4a及圖4b所示，一個(gè)以上的流動(dòng)氣體通道135可形成于底層分布板410內(nèi)部。另外，如圖4a所示，當(dāng)多個(gè)流動(dòng)氣體通道135形成于支承臺(tái)160內(nèi)部時(shí),全部流動(dòng)氣體噴嘴133中的一部分可在空間上與一個(gè)流動(dòng)氣體通道133連接。如圖4a所示，一個(gè)流動(dòng)氣體通道630上連接的多個(gè)流動(dòng)氣體噴嘴均勻配置于底層分布板的全部區(qū)域。因此，流動(dòng)氣體向反應(yīng)管內(nèi)部全部區(qū)域均勻地供應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)多晶硅析出反應(yīng)的收率提高。如圖4b所示，多個(gè)流動(dòng)氣體通道620可保持物理分離，配置于底層分布板內(nèi)部。此時(shí)，全部流動(dòng)氣體噴嘴630中的一部分要在空間上與一個(gè)流動(dòng)氣體通道620連接。S卩，當(dāng)多個(gè)流動(dòng)氣體通道620配置于底層分布板410內(nèi)部，流動(dòng)氣體噴嘴630在底層分布板410區(qū)域內(nèi)均勻分布時(shí)，可更順暢地實(shí)現(xiàn)向反應(yīng)管250內(nèi)部均勻供應(yīng)流動(dòng)氣體。另一方面，當(dāng)通過連接于一個(gè)流動(dòng)氣體通道620的流動(dòng)氣體噴嘴630供應(yīng)流動(dòng)氣體時(shí)，由于流動(dòng)氣體通道620的體積大，流動(dòng)氣體的壓力可能因流動(dòng)氣體噴嘴630的位置而
巳升。相反，當(dāng)流動(dòng)氣體通道620構(gòu)成多個(gè)時(shí)，由于每個(gè)通道的體積減小，連接于多個(gè)流動(dòng)氣體通道的流動(dòng)氣體噴嘴630供應(yīng)的流動(dòng)氣體的流量則會(huì)均勻。為實(shí)現(xiàn)流動(dòng)氣體的均勻供應(yīng)，多個(gè)流動(dòng)氣體通道各自的體積可以相同。在本發(fā)明的實(shí)施例中，多個(gè)流動(dòng)氣體通道620各自的體積可以相同，但并不限定于此，也可以是多個(gè)流動(dòng)氣體通道620各自的體積相互不同的流化床反應(yīng)器。圖4b只顯示了兩個(gè)流動(dòng)氣體通道620，流動(dòng)氣體通道620以同心圓的底層分布板區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)劃分為兩個(gè)區(qū)域，但也可分成更多區(qū)域，配置流動(dòng)氣體通道620。例如，每個(gè)四分之一圓區(qū)域可配置一個(gè)流動(dòng)氣體通道。此時(shí)，連接于各流動(dòng)氣體通道620的流動(dòng)氣體噴嘴630的個(gè)數(shù)可以相同。從而，可向反應(yīng)管250部均勻地供應(yīng)流動(dòng)氣體。在本發(fā)明的實(shí)施例中，分別連接于多個(gè)流動(dòng)氣體通道620的流動(dòng)氣體噴嘴630的個(gè)數(shù)可以相同，但并不限定于此，連接于各流動(dòng)氣體通道的流動(dòng)氣體噴嘴630的個(gè)數(shù)可以相同不同。而且，流動(dòng)氣體通道620與流動(dòng)氣體流入部640可以一對(duì)一地對(duì)應(yīng)連接，在單個(gè)的流動(dòng)氣體通道620上可連接多個(gè)流動(dòng)氣體的流入部640。因此，流動(dòng)氣體流入部與流動(dòng)氣體噴嘴通過流動(dòng)氣體通道聯(lián)通，并相互連接。如上所述，當(dāng)流動(dòng)氣體通道620構(gòu)成多個(gè)時(shí)，通過流動(dòng)氣體通道620連接的流動(dòng)氣體流入部流入的流動(dòng)氣體的流量可相互獨(dú)立地控制。S卩，在本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)從反應(yīng)管250的特定區(qū)域供應(yīng)的流動(dòng)氣體的流量不同于其它區(qū)域供應(yīng)的流動(dòng)氣體的流量時(shí)，通過增加或減少與特定區(qū)域相應(yīng)的流動(dòng)氣體通道630連接的流動(dòng)氣體流入部供應(yīng)的流動(dòng)氣體的流量，可在整體上向反應(yīng)管250內(nèi)部更加均勻地供應(yīng)流動(dòng)氣體。與流動(dòng)氣體通道連接的流動(dòng)氣體流入部的數(shù)量可根據(jù)流動(dòng)氣體流量控制方法的 難易進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，一個(gè)流動(dòng)氣體通道可以與一個(gè)流動(dòng)氣體流入部連接，一個(gè)流動(dòng)氣體通道也可以與多個(gè)流動(dòng)氣體流入部連接。圖5顯示了本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器的流動(dòng)氣體供應(yīng)部的組裝結(jié)構(gòu)。如圖5所示，在流動(dòng)氣體供應(yīng)部600上形成用于固定流動(dòng)氣體供應(yīng)部600的卡棱610。在流化床反應(yīng)器的底面部400上形成可固定流動(dòng)氣體供應(yīng)部600的孔405。第I填充物620和第2填充物630填入流動(dòng)氣體供應(yīng)部600，使第I填充物620和第2填充物630位于流動(dòng)氣體供應(yīng)部600的卡棱610的上方和下方。第I填充物620及第2填充物630使流動(dòng)氣體供應(yīng)部600的組裝更加堅(jiān)固，可提供堅(jiān)固密封。在底面部400上形成的孔405表面的一部分或整體上形成螺紋，流動(dòng)氣體供應(yīng)部600與填充物620、630 —同安放于孔405內(nèi)后，外面帶有螺紋的套管640利用孔405表面的螺紋以螺紋方式結(jié)合。利用以螺紋方式結(jié)合的套管640，可防止流動(dòng)氣體供應(yīng)部600在流化床反應(yīng)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中因高壓流動(dòng)氣體引起流動(dòng)氣體供應(yīng)部600的脫落或移動(dòng)。圖6顯示了本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器的流動(dòng)氣體供應(yīng)噴嘴的多種變形示例。圖6的(a)及(b)所示流動(dòng)氣體供應(yīng)噴嘴600帶有厚度一定的法蘭部610。圖6的(c)所示流動(dòng)氣體供應(yīng)噴嘴帶有的法蘭部厚度越向與底面部400接觸的流動(dòng)氣體供應(yīng)噴嘴下部越大。圖6的(d)所示流動(dòng)氣體供應(yīng)噴嘴帶有的法蘭部厚度越向流動(dòng)氣體供應(yīng)噴嘴下部越小。圖6的(e)所示流動(dòng)氣體供應(yīng)噴嘴帶有厚度一定的多個(gè)法蘭部。在由第2反應(yīng)管350和底面部400形成的空間中，在除各種噴嘴和加熱器700占據(jù)空間之外的剩余空間中填充珠粒。珠粒之間的空間起到供流動(dòng)氣體經(jīng)過的通道作用，于是，珠粒使流動(dòng)氣體均勻分散于流化床反應(yīng)器的內(nèi)部。珠粒的形態(tài)可以是球形、橢圓形、顆粒狀、塊狀、管狀、條狀、環(huán)狀或上述形態(tài)的復(fù)合形態(tài)。珠粒的材質(zhì)可以是高純度硅或與反應(yīng)管250、350的材質(zhì)相同。珠粒的尺寸可以大于多晶娃向流化床反應(yīng)器外部排出的出料口直徑，此時(shí)，珠粒的平均直徑可以在5mm至50mm之間。從而，珠粒就不會(huì)通過出料口排出到外部。本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器包含第I主體部200和第2主體部300，流化床反應(yīng)器的組裝、安裝及維護(hù)容易。當(dāng)在第I主體部200和第2主體部300組裝的狀態(tài)下填充珠粒時(shí)，由于第I主體部200和第2主體部300的整體高度大，所以珠粒填充困難，掉落的珠?？赡茉斐晌挥诹骰卜磻?yīng)器內(nèi)部的加熱器700或噴嘴或者第I反應(yīng)管250及第2反應(yīng)管350發(fā)生破損。因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，在第I主體部200和第2主體部300組裝前，向由第2反應(yīng)管350和底面部400 形成的空間填充珠粒，從而可實(shí)現(xiàn)珠粒的穩(wěn)定填充。珠粒填充后，組裝第2主體部300和第I主體部200。隨著第2主體部300和第I主體部200的組裝，第I主體部200和第2主體部300中插入的第I反應(yīng)管250和第2反應(yīng)管300相互連接。圖7a及圖7b顯示了本發(fā)明實(shí)施例的第I反應(yīng)管和第2反應(yīng)管的連接結(jié)構(gòu)。如圖7a所示，第I反應(yīng)管250及第2反應(yīng)管350包含分別從上述第I反應(yīng)管及第2反應(yīng)管末端向第I主體部200和第2主體部300方向突出的突出部250a、350a。第I反應(yīng)管250的突出部250a與第2反應(yīng)管350的突出部350a相對(duì)而立。因此，第I反應(yīng)管250及第2反應(yīng)管350之間的接觸面積變大，從而減少第I反應(yīng)管250及第2反應(yīng)管350連接時(shí)發(fā)生破損的危險(xiǎn)。如圖7b所示，考慮到第I反應(yīng)管250和第2反應(yīng)管350的耐久脆弱性，在第I反應(yīng)管250和第2反應(yīng)管350之間放置支承環(huán)(supporting ring) 270。支承環(huán)270材質(zhì)可由在高溫下不易變形的無機(jī)材料構(gòu)成，可由石英、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化鋯、碳化硅、石墨、硅、玻碳或這些材料混合的復(fù)合體等無機(jī)材料構(gòu)成。當(dāng)支承環(huán)270由碳化硅、石墨、玻碳等含碳材質(zhì)構(gòu)成時(shí)，含碳材質(zhì)可能污染多晶硅，因此，可在多晶硅可接觸的支承環(huán)270表面利用硅、二氧化硅、石英、氮化硅等進(jìn)行涂層或襯里。支承環(huán)270采用密封材料275進(jìn)行后期處理。如圖7a所示，第I反應(yīng)管250及第2反應(yīng)管350之間的部分，或如圖7b所示，在支承環(huán)270和第I反應(yīng)管250之間及支承環(huán)270和第2反應(yīng)管350之間，可放置薄板(sheet)、針織物(knit)或毛氈(felt)形態(tài)的密封材料275。密封材料275可由含硅的纖維狀材質(zhì)構(gòu)成，以便可耐高溫，可防止污染。本發(fā)明的實(shí)施例為了實(shí)現(xiàn)組裝、安裝及維護(hù)的便利性，包含第I反應(yīng)管250和第2反應(yīng)管350。因此，在第I反應(yīng)管250和第2反應(yīng)管350之間可能存在空隙。本發(fā)明實(shí)施例中的密封材料275可堵塞第I反應(yīng)管250和第2反應(yīng)管350之間的空隙，防止硅顆粒向外部泄漏。另外，密封材料275可減小第I反應(yīng)管250及第2反應(yīng)管350連接時(shí)發(fā)生破損的危險(xiǎn)?？稍诘贗主體部200和第I反應(yīng)管250之間的空間及第2主體部300和第2反應(yīng)管350之間的空間中，充滿氫氣、氮?dú)狻鍤?、氦氣等不與多晶硅發(fā)生反應(yīng)的惰性氣體。為防止向流化床反應(yīng)器內(nèi)部施加的熱量向外部散失，可在第I主體部200和第I反應(yīng)管250之間的空間、第2主體部300和第2反應(yīng)管350之間的空間以及其它需要之處，安裝無機(jī)材質(zhì)隔熱材料。隔熱材料的形態(tài)可以為圓筒狀、塊狀、布(Fabric)、毛毪、毛租(Felt)、發(fā)泡體、填充層等。本發(fā)明的權(quán)利并非限定于上述說明的實(shí)施例，而由權(quán)利要求書記載的內(nèi)容定義。不言而喻，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可在權(quán)利要求書記載的權(quán)利范圍內(nèi)進(jìn)行多種變形與變更。
權(quán)利要求
1.一種流化床反應(yīng)器，其特征在于，包括 反應(yīng)管； 流動(dòng)氣體供應(yīng)部，獨(dú)立地進(jìn)行控制，向上述反應(yīng)管內(nèi)部供應(yīng)流動(dòng)氣體；以及 反應(yīng)氣體供應(yīng)部，向上述反應(yīng)管內(nèi)部供應(yīng)反應(yīng)氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于 上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部的數(shù)量是多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于 通過上述各個(gè)流動(dòng)氣體供應(yīng)部向上述反應(yīng)管內(nèi)部供應(yīng)的流動(dòng)氣體的量相同或不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于 上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部包括供流動(dòng)氣體從外部流入的流動(dòng)氣體流入部、與上述流動(dòng)氣體流入部的一側(cè)相連接的流動(dòng)氣體通道以及與上述流動(dòng)氣體通道相連接的多個(gè)流動(dòng)氣體噴嘴， 上述多個(gè)流動(dòng)氣體噴嘴的出口面積相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于 上述流動(dòng)氣體通道的整體體積比上述流動(dòng)氣體流入部的整體體積大或相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于 上述流動(dòng)氣體通道還包含配置于內(nèi)部的底層分布板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于 上述多個(gè)流動(dòng)氣體噴嘴均勻地配置于上述底層分布板的全部區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于 上述底層分布板區(qū)域被劃分為多個(gè)，在各區(qū)域配置的上述流動(dòng)氣體噴嘴的個(gè)數(shù)相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于 還包含與上述底層分布板各個(gè)區(qū)域相對(duì)應(yīng)地配置于上述底層分布板內(nèi)部的上述多個(gè)流動(dòng)氣體通道， 上述多個(gè)流動(dòng)氣體通道分別與上述多個(gè)流動(dòng)氣體噴嘴連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于 多個(gè)上述流動(dòng)氣體通道具有相同的體積。
全文摘要
本發(fā)明提供一種流化床反應(yīng)器，包括反應(yīng)管；流動(dòng)氣體供應(yīng)部，獨(dú)立地進(jìn)行控制，向上述反應(yīng)管內(nèi)部供應(yīng)流動(dòng)氣體；以及反應(yīng)氣體供應(yīng)部，向上述反應(yīng)管內(nèi)部供應(yīng)反應(yīng)氣體。
文檔編號(hào)C30B28/14GK102744021SQ20111029466
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者丁允燮, 尹汝均, 金根鎬, 金鎮(zhèn)成 申請(qǐng)人:硅科創(chuàng)富有限公司