Реактор для получения стержней поликристаллического кремния
Владельцы патента RU 2457177:
Открытое акционерное общество "Красноярский машиностроительный завод" (RU)
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для выращивания стержней поликристаллического кремния, а именно для выращивания поликристаллического кремния преимущественно путем осаждения из газовой фазы на подогреваемые стержневые подложки. Реактор содержит охлаждаемый поддон 1, цилиндрический колпак 2, закрепленный на поддоне, состоящий из внутренней и наружной рубашек 3, 4, с образованием между ними канала 5 охлаждения, в котором размещено средство увеличения скорости циркуляции охлаждающей среды в виде змеевика 6. Змеевик 6 снабжен средством 7 подвода рабочего газа и средством 8 его отвода. Обеспечивается использование тепла, направляемого на поддержание процесса восстановления кремния и снижение удельных затрат на проведение процесса. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к устройствам, специально предназначенным для выращивания стержней поликристаллического кремния, а именно для выращивания поликристаллического кремния преимущественно путем осаждения из газовой фазы на подогреваемые стержневые подложки (основы).
Известен реактор для получения стержней поликристаллического кремния фирмы «Ваккер» (Германия), содержащий охлаждаемый поддон, цилиндрический колпак, состоящий из внутренней и наружной рубашек, размещенных с образованием между ними контура охлаждения и патрубками ввода и вывода охлаждающей среды, патрубки подачи рабочего газа (Фалькевич Э.С. Технология полупроводникового кремния. - М.: Металлургия, 1992, с.218-219).
В данном реакторе охлаждающая среда, пройдя по контуру охлаждения, нагревается вследствие высокой температуры реакции процесса водородного восстановления кремния и после выхода из реактора идет на охлаждение.
Таким образом, полученное тепло от источника силового электропитания идущего на поддержание процесса водородного восстановления кремния, не используется и с охлаждающей средой отводится до 80% мощности.
Кроме того, для обеспечения отвода тепла с поверхности внутренней рубашки цилиндрического колпака необходима циркуляция большого объема охлаждающей среды.
В тоже время для увеличения коэффициента извлечения кремния из газовой среды необходимо, чтобы газовая среда была как можно горячее, и рабочий газ подогревают перед подачей в реактор в устройстве стабилизации температуры.
Наиболее близким аналогом является реактор для получения стержней поликристаллического кремния, содержащий охлаждаемый поддон, цилиндрический колпак, состоящий из внутренней и наружной рубашек, размещенных с образованием между ними контура охлаждения, патрубками ввода и вывода охлаждающей среды и патрубками подачи рабочего газа,. Наружная поверхность внутренней рубашки снабжена средством увеличения скорости циркуляции охлаждающей среды - направляющими ребрами (Патент WO 2010083899, МПК С01В 33/035, 2010-07-29).
Установка направляющих ребер на наружной поверхности внутренней рубашки охлаждения увеличивает скорость циркуляции охлаждающей среды в образованных каналах и значительно улучшает условия теплообмена между охлаждающей средой и поверхностью рубашки, что несколько уменьшает объем охлаждающей среды, но не позволяет использовать тепло, передаваемое охлаждающей среде.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является использование тепла, направляемого на поддержание процесса водородного восстановления кремния и снижение удельных затрат на проведение процесса.
Технический результат достигается за счет того, что в реакторе для получения стержней поликристаллического кремния, содержащем охлаждаемый поддон, цилиндрический колпак, закрепленный на поддоне, состоящий из внутренней и наружной рубашек, с образованием между ними канала охлаждения, в котором размещено средство увеличения скорости циркуляции охлаждающей среды, патрубки ввода и вывода охлаждающей среды, и патрубки подачи рабочего газа, средство увеличения скорости циркуляции охлаждающей среды выполнено в виде змеевика, снабженного средством подвода рабочего газа и средством его отвода.
За счет подачи рабочего газа через змеевик тепло, передаваемое охлаждающей среде, полученное от источника силового электропитания, идущего на поддержание процесса водородного восстановления кремния, идет на подогрев рабочего газа, направляемого в реактор, что позволяет возвращать тепло, выделенное реакцией процесса, обратно в процесс, тем самым сокращая удельные затраты на проведение процесса.
При выполнении змеевика в виде полусферического канала, жестко фиксированного на внутренней рубашке колпака реактора, увеличивается поверхность теплообмена, непосредственно граничащая с внутренней рубашкой колпака реактора. Кроме того, такая конструкция создает армирующие усилие, что позволяет уменьшить толщину внутренней рубашки колпака реактора.
Размещение змеевика между направляющими ребрами позволяет увеличить поверхность теплообмена.
На рис.1 - общий вид реактора; на рис.2 - вид Б на рис.1; на рис.3 - вид Б на рис.1 - змеевик с полусферическим каналом; рис.4 - вид Б на рис.1 - змеевик размещен между направляющими ребрами.
Реактор для получения стержней поликристаллического кремния содержит охлаждаемый поддон 1 (рис 1), цилиндрический колпак 2, закрепленный на поддоне, состоящий из внутренней и наружной рубашек 3, 4 соответственно, размещенных с образованием между ними канала 5 охлаждения, в котором размещено средство увеличения скорости циркуляции охлаждающей среды в виде змеевика 6 (рис.2). Змеевик 6 снабжен средством 7 подвода рабочего газа и средством 8 его отвода. Средство 8 отвода рабочего газа связано с устройством стабилизации температуры (на рис. не показано). Патрубки 9, 10 ввода и вывода охлаждающей среды соединены с каналом 5 охлаждения. Патрубки 11 подачи рабочего газа в реактор установлены в основании 1 и связаны с устройством стабилизации температуры (на рис. не показано).
Змеевик может быть выполнен в виде полусферического канала жестко, посредством сварки, закрепленного на наружной поверхности внутренней рубашки 3 колпака 2 реактора (рис.3).
Змеевик может быть размещен между направляющими ребрами 12 (рис.4).
Реактор для получения стержней поликристаллического кремния работает следующим образом. На охлаждаемый поддон 1 устанавливается и крепится к нему цилиндрический колпак 2. В момент запуска процесса через патрубки 9 ввода охлаждающей среды под давлением подается охлаждающая среда в канал 5, образованный между наружной 4 и внутренней 3 рубашками цилиндрического колпака реактора. Одновременно через средство 7 подвода рабочего газа в змеевик 6 подается рабочий газ и, пройдя по змеевику 6, газ нагревается и через средство 8 отвода рабочего газа поступает в устройство стабилизации температуры (на рис. не показано). Далее нагретый газ направляется в реактор через патрубки 11 ввода рабочего газа, а охлаждающая среда, отдав тепло, отводится через патрубок 10.
1. Реактор для получения стержней поликристаллического кремния, содержащий охлаждаемый поддон, цилиндрический колпак, закрепленный на поддоне, состоящий из внутренней и наружной рубашек, с образованием между ними канала охлаждения, в котором размещено средство увеличения скорости циркуляции охлаждающей среды, патрубки ввода и вывода охлаждающей среды и патрубки подачи рабочего газа, отличающийся тем, что средство увеличения скорости циркуляции охлаждающей среды выполнено в виде змеевика, снабженного средством подвода рабочего газа и средством его отвода.
2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что змеевик выполнен в виде полусферического канала, жестко фиксированного на внутренней рубашке колпака реактора.
3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что змеевик размещен между направляющими ребрами.
