多晶硅还原炉的硅芯结构、多晶硅还原炉的制作方法

1.本技术涉及多晶硅生产设备技术领域，具体而言，涉及一种多晶硅还原炉的硅芯结构、多晶硅还原炉。


背景技术：

2.多晶硅是光伏行业和微电子行业的基础材料，而改良西门子法是当下制备多晶硅的主流方法。改良西门子法的特点是：在钟罩式化学气相沉积 (cvd)反应器中，以通电自加热至温度为950-1150℃的细硅芯为沉积载体，通入多晶硅还原炉的三氯氢硅与氢气在热硅芯表面发生氢还原反应，被还原的硅沉积在硅芯表面，随着氢还原反应的进行，硅芯的直径逐渐变大，直至达到规定的尺寸，最终以多晶硅棒的形式采出。这种生产工艺因物料组分从设置在底盘上的进料喷嘴进入还原炉内，氢气和三氯氢硅混合气不断受到硅芯加热，硅芯上部与氢气和三氯氢硅混合气换热减弱导致硅芯上端温度偏高，硅芯上端的沉积速率较下端快，得到上端直径较大且致密度低于下端的硅棒。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种多晶硅还原炉的硅芯结构、多晶硅还原炉，其能够改善硅芯上下端温度的不均匀性，有利于形成上下直径及致密度一致的硅棒。
4.本技术实施例是这样实现的：
5.第一方面，本技术实施例提供一种多晶硅还原炉的硅芯结构，包括平行且间隔设置的第一硅芯和第二硅芯，第一硅芯和第二硅芯均包括轴向方向的第一端和第二端，第一硅芯和第二硅芯的第一端用于与多晶硅还原炉的底盘上的电极连接，第二端连接有至少两根横梁，横梁的两端分别与第一硅芯和第二硅芯连接，至少两根横梁沿第一硅芯的轴向方向依次分布，且相邻两根横梁在第一硅芯的轴向方向具有间隙。
6.进一步地，至少两根横梁中的相邻两根横梁，其中更靠近第一端的横梁的直径大于更靠近第二端的横梁的直径。
7.进一步地，至少两根横梁均平行设置。
8.进一步地，相邻两根横梁在第一硅芯的轴向方向之间的距离为 180～800mm。
9.进一步地，横梁设置有两根，其中一根横梁的两端分别连接于第一硅芯和第二硅芯的在第二端的端部，另一根横梁的两端分别连接于第一硅芯和第二硅芯的上部。
10.进一步地，第一硅芯和第二硅芯设置有连接孔，横梁的两端固定于连接孔。
11.第二方面，本技术实施例提供一种多晶硅还原炉，包括：底盘、罩体、第一电极、第二电极、第一方面实施例的多晶硅还原炉的硅芯结构、进气管、以及尾气管；
12.罩体罩设在底盘上形成反应腔；第一电极和第二电极固定于底盘；第一硅芯和第二硅芯设于反应腔内，且分别连接于第一电极和第二电极；进气管连接于底盘并设于反应腔内；尾气管与反应腔连通。
13.进一步地，第一电极和第二电极均安装有石墨卡座，石墨卡座具有石墨卡瓣，第一
硅芯和第二硅芯分别通过石墨卡瓣固定于石墨卡座。
14.进一步地，罩体包括第一壳体和第二壳体，第一壳体和第二壳体间隔设置以形成容纳空腔，第二壳体更靠近反应腔设置，第一壳体的侧壁开设有冷却液进口，第一壳体的顶壁开设有冷却液出口。
15.进一步地，底盘开设尾气口，尾气口与尾气管连通。
16.本技术实施例的有益效果包括：
17.本技术实施例的多晶硅还原炉在使用时，通过向第一电极和第二电极通电将第一硅芯和第二硅芯加热，混合氢气/三氯氢硅气体自进气管进入反应腔内，在高温的第一硅芯和第二硅芯硅芯表面进行气相沉积，尾气则从尾气管排出。由于硅芯结构设置了至少两根横梁，至少两根横梁沿第一硅芯的轴向方向依次分布，且相邻两根横梁在第一硅芯的轴向方向具有间隙，相较于设置一根横梁的方案，有效的降低了单根横梁的电流，从而有效降低了第一硅芯和第二硅芯的第二端的温度，有效改善了第一硅芯和第二硅芯温度的不均匀性，从而使第一硅芯和第二硅芯上下端的沉积速度趋于一致，有利于形成上下直径及致密度一致的硅棒。
18.另外，由于硅芯结构设置了至少两根横梁，从而能够提高第一硅芯和第二硅芯的连接稳定性，能够减弱第一硅芯和第二硅芯的晃动，降低了生产过程中的倒炉、靠壁问题的几率，进而提升还原炉单炉产量。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1为本技术实施例的多晶硅还原炉的结构示意图；
21.图2为本技术实施例的硅芯结构的结构示意图。
22.图标：100-多晶硅还原炉；110-硅芯结构；111-第一硅芯；112-第二硅芯；113-横梁；114-第一端；115-第二端；120-底盘；130-罩体；131-第一壳体；132-第二壳体；133-反应腔；134-冷却液进口；135-冷却液出口；136
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容纳空腔；140-第一电极；150-第二电极；161-石墨卡座；162-石墨卡瓣； 163-尾气管。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.实施例
28.本实施例提供一种多晶硅还原炉100(参照图1)的硅芯结构110(参照图1和图2)及多晶硅还原炉100。其中，本实施例的多晶硅还原炉100 的硅芯结构110作为本实施例的多晶硅还原炉100的一部分，多晶硅还原炉100包括底盘120、罩体130、第一电极140、第二电极150、本实施例的硅芯结构110、进气管以及尾气管163。
29.其中，罩体130罩设在底盘120上形成反应腔133，第一电极140和第二电极150固定于底盘120，进气管连接于底盘120并设于反应腔133内，尾气管163与反应腔133连通。
30.硅芯结构110包括平行且间隔设置的第一硅芯111和第二硅芯112，第一硅芯111和第二硅芯112均包括轴向方向的第一端114和第二端115。其中，如图1所示，第一端114即为第一硅芯111和第二硅芯112的下端，第二端115即为第一硅芯111和第二硅芯112的上端。
31.第一硅芯111和第二硅芯112的第一端114分别与底盘120上的第一电极140、第二电极150连接，第二端115连接有至少两根横梁113，横梁113 的两端分别与第一硅芯111和第二硅芯112连接，至少两根横梁113沿第一硅芯111的轴向方向依次分布，且相邻两根横梁113在第一硅芯111的轴向方向具有间隙。
32.本实施例的多晶硅还原炉100在使用时，通过向第一电极140和第二电极150通电将第一硅芯111和第二硅芯112加热，混合氢气/三氯氢硅气体自进气管进入反应腔133内，在高温的第一硅芯111和第二硅芯112硅芯表面进行气相沉积，尾气则从尾气管163排出。示例性地，底盘120开设尾气口，尾气口与尾气管163连通。在其他实施中，尾气口也可以设置在罩体130。
33.由于硅芯结构110设置了至少两根横梁113，至少两根横梁113沿第一硅芯111的轴向方向依次分布，且相邻两根横梁113在第一硅芯111的轴向方向具有间隙，相较于设置一根横梁113的方案，有效的降低了单根横梁 113的电流，从而有效降低了第一硅芯111和第二硅芯112的第二端115的温度，有效改善了第一硅芯111和第二硅芯112温度的不均匀性，从而使第一硅芯111和第二硅芯112上下端的沉积速度趋于一致，有利于形成上下直径及致密度一致的硅棒。
34.另外，由于硅芯结构110设置了至少两根横梁113，从而能够提高第一硅芯111和第二硅芯112的连接稳定性，能够减弱第一硅芯111和第二硅芯 112的晃动，降低了生产过程中的倒炉、靠壁问题的几率，进而提升还原炉单炉产量。
35.在一些实施方案中，第一电极140和第二电极150均安装有石墨卡座 161，石墨卡座161具有石墨卡瓣162，第一硅芯111和第二硅芯112分别通过石墨卡瓣162固定于石墨卡
座161。
36.石墨卡座161不仅具有导电的作用，能够将第一电极140与第一硅芯 111、第二电极150与第二硅芯112导通，还能通过石墨卡瓣162将第一硅芯111稳固地固定于第一电极140，将第二硅芯112稳固地固定于第二电极 150。
37.在一些实施方案中，至少两根横梁113之间均平行设置。示例性地，相邻两根横梁113在第一硅芯111的轴向方向之间的距离为180～800mm，例如为180mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、 500mm、550mm、600mm、650mm、700mm、750mm或800mm。
38.示例性地，相邻两根横梁113在第一硅芯111的轴向方向之间的距离大于常规成品硅棒的直径。
39.第一硅芯111和第二硅芯112的第二端115连接有至少两根横梁113，也即是说，可以连接两根横梁113，也可以连接三根、四根或更多根横梁 113。可选地，第一硅芯111和第二硅芯112设置有连接孔，横梁113的两端固定于连接孔以实现横梁113与第一硅芯111、第二硅芯112的连接。
40.下面以横梁113设置两根为例进行介绍，其中一根横梁113的两端分别连接于第一硅芯111和第二硅芯112的在第二端115的端部，另一根横梁 113的两端分别连接于第一硅芯111和第二硅芯112的上部。
41.如图2所示，连接于第一硅芯111和第二硅芯112的在第二端115的端部的横梁113定义为第二横梁，连接于第一硅芯111和第二硅芯112的上部的横梁113定义为第一横梁，其中，第二横梁的电阻为r
21
，第一横梁的电阻为r2，第一硅芯111的位于第一横梁和第二横梁之间的部分的电阻为r1，第一硅芯111的位于第一横梁和第二横梁之间的部分的电阻为r
11
，经过第二横梁的电流为i2，经过第一横梁的电流为i1。
42.其中，
[0043][0044][0045]
从公式(1)和公式(2)可以得知，由于第一横梁和第二横梁的设置，使得整个电路为并联电路，第一横梁的电流i1以及第二横梁的电流i2是小于总电流i的，且相较于设置一根横梁113的方案，第一横梁和第二横梁的电流降低，从而有效降低了第一硅芯111和第二硅芯112上部的温度，有效改善了第一硅芯111和第二硅芯112温度的不均匀性，从而使第一硅芯111 和第二硅芯112上下端的沉积速度趋于一致，有利于形成上下直径及致密度一致的硅棒。
[0046]
在一些实施方案中，至少两根横梁113中的相邻两根横梁113，其中更靠近第一端
114的横梁113的直径大于更靠近第二端115的横梁113的直径。即是说，当横梁113设置两根时，第二横梁的直径大于第一横梁的直径，通过第二横梁的直径可以使得经过第一横梁的电流i1与经过第二横梁的电流i2大小相等。
[0047]
进一步地，在一些实施方案中，罩体130包括第一壳体131和第二壳体132，第一壳体131和第二壳体132间隔设置以形成容纳空腔136，第二壳体132更靠近反应腔133设置，第一壳体131的侧壁开设有冷却液进口 134，第一壳体131的顶壁开设有冷却液出口135。
[0048]
通过冷却液进口134可以向容纳空腔136内部通入冷却液，然后冷却液能够从冷却液出口135流出，其中，冷却液出口135可以通过管道与泵送机构连通，从而实现冷却液在容纳空腔136内流动，冷却液在容纳空腔 136内流动时能够进行降温处理。
[0049]
综上，本技术实施例中，由于硅芯结构110设置了至少两根横梁113，至少两根横梁113沿第一硅芯111的轴向方向依次分布，且相邻两根横梁 113在第一硅芯111的轴向方向具有间隙，相较于设置一根横梁113的方案，有效的降低了单根横梁113的电流，从而有效降低了第一硅芯111和第二硅芯112的第二端115的温度，有效改善了第一硅芯111和第二硅芯112温度的不均匀性，从而使第一硅芯111和第二硅芯112上下端的沉积速度趋于一致，有利于形成上下直径及致密度一致的硅棒。
[0050]
以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。