RU2457177C1

RU2457177C1 - Reactor for producing polycrystalline silicon rods

Info

Publication number: RU2457177C1
Application number: RU2011107814/05A
Authority: RU
Inventors: Кирилл Борисович Сарапулов (RU); Кирилл Борисович Сарапулов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красноярский машиностроительный завод"
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-07-27

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to apparatus for growing polycrystalline silicon rods, and specifically for growing polycrystalline silicon, mainly via gas-phase deposition onto heated rod-shaped substrates. The reactor has a cooled tray 1, a cylindrical cap 2 mounted onto the tray, consisting of an inner and an outer jacket 3, 4, with formation of a cooling channel 5 in between, which accommodates apparatus in form of a coil 6 for increasing the rate of circulation of the coolant. The coil 6 is provided with an apparatus for inlet 7 and outlet 8 of working gas.

EFFECT: use of heat meant for maintaining the silicon reduction process and reducing unit costs on conducting the process.

3 cl, 4 dwg

Description

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).The invention relates to devices specifically designed for growing polycrystalline silicon rods, namely for growing polycrystalline silicon mainly by deposition from the gas phase on heated rod substrates (bases).

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).A known reactor for producing polycrystalline silicon rods of the company "Wacker" (Germany), containing a cooled tray, a cylindrical cap consisting of inner and outer jackets placed with the formation between them of the cooling circuit and the inlet and outlet of the cooling medium, the working gas supply pipe (Falkevich ES Technology of semiconductor silicon. - M .: Metallurgy, 1992, p.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.In this reactor, the cooling medium, having passed along the cooling circuit, is heated due to the high reaction temperature of the hydrogen reduction process of silicon and, after exiting the reactor, is cooled.

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.Thus, the heat received from the power supply going to support the process of hydrogen reduction of silicon is not used and up to 80% of the power is removed with the cooling medium.

Кроме того, для обеспечения отвода тепла с поверхности внутренней рубашки цилиндрического колпака необходима циркуляция большого объема охлаждающей среды.In addition, to ensure the removal of heat from the surface of the inner jacket of the cylindrical cap, circulation of a large volume of the cooling medium is necessary.

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.At the same time, in order to increase the coefficient of silicon extraction from the gaseous medium, it is necessary that the gaseous medium is as hot as possible, and the working gas is heated before being fed to the reactor in a temperature stabilization device.

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).The closest analogue is a reactor for producing polycrystalline silicon rods, containing a cooled tray, a cylindrical cap, consisting of inner and outer jackets placed with the formation of a cooling circuit between them, inlet and outlet pipes of the cooling medium, and working gas supply pipes. The outer surface of the inner jacket is equipped with a means of increasing the speed of circulation of the cooling medium - guide ribs (Patent WO 2010083899, IPC СВВ 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.The installation of guide ribs on the outer surface of the inner cooling jacket increases the rate of circulation of the cooling medium in the formed channels and significantly improves the heat transfer conditions between the cooling medium and the surface of the jacket, which somewhat reduces the volume of the cooling medium, but does not allow the use of heat transferred to the cooling medium.

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.The technical result, the achievement of which the present invention is directed, is the use of heat directed to maintaining the process of hydrogen reduction of silicon and reducing unit costs for the process.

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.The technical result is achieved due to the fact that in the reactor for producing polycrystalline silicon rods containing a cooled tray, a cylindrical cap mounted on a tray consisting of inner and outer jackets, with the formation of a cooling channel between them, in which there is a means for increasing the speed of circulation of the cooling medium , cooling water inlet and outlet pipes, and working gas supply pipes, means for increasing the cooling medium circulation rate are made in the form of a coil equipped with a means of supplying working gas and a means of its removal.

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.Due to the supply of the working gas through the coil, the heat transferred to the cooling medium obtained from the power supply source, which is used to maintain the hydrogen reduction process of silicon, is used to heat the working gas sent to the reactor, which allows the heat released by the reaction of the process to be returned back to the process, thereby reducing the unit costs of the process.

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.When the coil is made in the form of a hemispherical channel rigidly fixed on the inner jacket of the reactor hood, the heat transfer surface increases, which is directly adjacent to the inner jacket of the reactor hood. In addition, this design creates a reinforcing force, which allows to reduce the thickness of the inner jacket of the reactor cap.

Размещение змеевика между направляющими ребрами позволяет увеличить поверхность теплообмена.Placing the coil between the guide ribs allows you to increase the heat transfer surface.

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.Fig. 1 is a general view of the reactor; in Fig. 2 - view B in Fig. 1; in Fig. 3 - view B in Fig. 1 - a coil with a hemispherical channel; Fig. 4 - view B in Fig. 1 - the coil is placed between the guide ribs.

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).The reactor for producing polycrystalline silicon rods contains a cooled tray 1 (Fig. 1), a cylindrical cap 2 mounted on a tray, consisting of inner and outer jackets 3, 4, respectively, arranged to form a cooling channel 5 between them, in which a means for increasing the circulation speed cooling medium in the form of a coil 6 (Fig. 2). The coil 6 is equipped with a means 7 for supplying a working gas and means 8 for its removal. The means 8 of the exhaust gas is connected to a temperature stabilization device (not shown in the figure). The pipes 9, 10 of the input and output of the cooling medium are connected to the cooling channel 5. The nozzles 11 for supplying working gas to the reactor are installed in the base 1 and are connected to a temperature stabilization device (not shown in the figure).

Змеевик может быть выполнен в виде полусферического канала жестко, посредством сварки, закрепленного на наружной поверхности внутренней рубашки 3 колпака 2 реактора (рис.3).The coil can be made rigidly in the form of a hemispherical channel, by welding, fixed on the outer surface of the inner jacket 3 of the hood 2 of the reactor (Fig. 3).

Змеевик может быть размещен между направляющими ребрами 12 (рис.4).The coil can be placed between the guide ribs 12 (Fig. 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.The reactor for producing polycrystalline silicon rods operates as follows. A cylindrical cap 2 is mounted and fastened to it on a cooled tray 1. At the time of starting the process, cooling medium is supplied under pressure through the cooling water inlet 9 to a channel 5 formed between the outer 4 and inner 3 shirts of the cylindrical reactor cap. At the same time, through the means 7 for supplying the working gas, the working gas is supplied to the coil 6 and, passing through the coil 6, the gas is heated and through the means 8 for removing the working gas enters the temperature stabilization device (not shown in the figure). Next, the heated gas is sent to the reactor through the nozzles 11 of the input of the working gas, and the cooling medium, giving up heat, is discharged through the nozzle 10.

Claims

1. A reactor for producing polycrystalline silicon rods containing a cooled tray, a cylindrical cap mounted on a tray, consisting of inner and outer jackets, with the formation of a cooling channel between them, which contains means for increasing the speed of circulation of the cooling medium, the inlet and outlet of the cooling medium and nozzles for supplying a working gas, characterized in that the means for increasing the speed of circulation of the cooling medium is made in the form of a coil equipped with means for supplying a working gas and means of his removal.

2. The reactor according to claim 1, characterized in that the coil is made in the form of a hemispherical channel, rigidly fixed to the inner jacket of the reactor hood.

3. The reactor according to claim 1, characterized in that the coil is placed between the guide ribs.