Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб одержання полікристалічного кремнію термохімічним розкладанням газоподібних кремнієвмісних сполук, який відрізняється тим, що вказане розкладання проводять при дії інерційних, переважно відцентрових сил, забезпечуючи в силовому полі утворення і стиснення потоку вихідних компонентів і протитечійного потоку одержаних продуктів, переважно водню, з перенесенням теплової енергії в потоках, ущільнення утворених частинок та їх осадження.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розкладання газоподібних кремнієвмісних сполук проводять на частинках кремнію в псевдозрідженому шарі та/або на поверхні кремнію в зустрічних потоках компонентів при зміні їх напрямку та/або величини дії на компоненти потоків, переважно на кремній, інерційних сил в неперервному або періодичному процесі.

3. Спосіб за будь-яким із пп. 1, 2, який відрізняється тим, що як кремнієвмісні сполуки використовують силани, переважно моносилан.

4. Спосіб за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що стиснення потоків вихідних компонентів та одержаних продуктів проводять зміною швидкості подачі та відведення компонентів та/або збільшенням числа обертів ротора, та/або зміною температури і тиску в реакційній камері.

5. Спосіб за будь-яким із пп. 1-4, який відрізняється тим, що процеси перенесення теплової енергії, переважно з виходу на вхід потоків, проводять при рекуперації тепла, включаючи одержане при спалюванні водню та/або вуглеводневого палива.

6. Спосіб за будь-яким із пп. 1-5, який відрізняється тим, що додатково до газоподібних кремнієвмісних сполук додають газ, що не містить кремній, переважно водень, та/або азот, та/або інертний газ.

7. Спосіб за будь-яким із пп. 1-6, який відрізняється тим, що в процесі одержання кремнію в потоки вихідних компонентів додатково додають сполуки для одержання кремнію з присадками.

8. Установка для одержання полікристалічного кремнію, яка включає корпус, вузли введення вихідних компонентів та виведення одержаних продуктів, реакційну камеру, нагнітальний агрегат, циркуляційний контур, нагрівники, теплообмінники, блок контролю і керування процесом, яка відрізняється тим, що реакційна камера додатково містить щонайменше один змішувач, переважно інжекторного типу, щонайменше один коагулятор для утворення ущільнених агрегатів частинок кремнію під дією інерційних, переважно відцентрових, сил, з можливістю утворення і стиснення потоку вихідних компонентів і протитечійного потоку одержаних продуктів, переважно водню, з перенесенням теплової енергії в потоках, щонайменше одну камеру осадження кремнію та пристрій для регулювання використання та підведення теплової енергії.

9. Установка за п. 8, яка відрізняється тим, що коагулятор додатково має щонайменше один ротор з приводом і лопатями, установленими з можливістю утворення в реакційній камері протитечійних потоків вихідних компонентів, частинок кремнію і водню в полі відцентрових сил, а вхідний канал коагулятора сполучений з його вихідним каналом, який сполучений щонайменше з одним циклоном і/або фільтром.

10. Установка за будь-яким із пп. 8, 9, яка відрізняється тим, що камера осадження частинок кремнію додатково має шлюзові затвори, переважно клапанні, дозатори, зв'язані з системою керування їх роботою.

11. Установка за будь-яким із пп. 8-10, яка відрізняється тим, що пристрій для регулювання використання та підведення теплової енергії додатково включає повітряно-водневий пальник та систему рекуперації теплової енергії.

12. Установка за будь-яким із пп. 8-11, яка відрізняється тим, що додатково містить декілька роторів, що обертаються в одному напрямі, переважно на одному валу.

13. Установка за будь-яким із пп. 8-12, яка відрізняється тим, що ротори, установлені на різних валах, мають однаковий або різний напрям обертання.

14. Установка за будь-яким із пп. 8-13, яка відрізняється тим, що окремі вузли установки встановлені в додатковому корпусі в інертній атмосфері і додатково обладнані засобами аварійного захисту.

15. Установка за будь-яким із пп. 8-14, яка відрізняється тим, що як нагрівники використовують електричні печі та/або випромінювачі високочастотних коливань, та/або джерела світла, та/або джерела плазми.

16. Установка за будь-яким із пп. 8-15, яка відрізняється тим, що окремі вузли або деталі установки, переважно працюючі при високих температурах, виготовляють із керамічних матеріалів або кварцового скла, або кремнію.

Текст

1. Спосіб одержання полікристалічного кремнію термохімічним розкладанням газоподібних кремнієвмісних сполук, який відрізняється тим, що вказане розкладання проводять при дії інерційних, переважно відцентрових сил, забезпечуючи в силовому полі утворення і стиснення потоку вихідних компонентів і протитечійного потоку одержаних продуктів, переважно водню, з перенесенням теплової енергії в потоках, ущільнення утворених частинок 2. Спосіб за п. та їх осадження. 1, який відрізняється тим, що розкладання газоподібних кремнієвмісних сполук проводять на частинках кремнію в псевдозрідженому шарі та/або на поверхні кремнію в зустрічних потоках компонентів при зміні їх напрямку та/або величини дії на компоненти потоків, переважно на кремній, інерційних сил в неперервному або періодичному процесі. 3. Спосіб за будь-яким із пп. 1, 2, який відрізняється тим, що як кремнієвмісні сполуки використовують силани, переважно моносилан. 4. Спосіб за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що стиснення потоків вихідних компонентів та одержаних продуктів проводять зміною 2 (19) 1 3 86336 4 мнію додатково має шлюзові затвори, переважно 14. Установка за будь-яким із пп. 8-13, яка відрізклапанні, дозатори, зв'язані з системою керування няється тим, що окремі вузли установки встановїх роботою. лені в додатковому корпусі в інертній атмосфері і 11. Установка за будь-яким із пп. 8-10, яка відріздодатково обладнані засобами аварійного захисту. няється тим, що пристрій для регулювання вико15. Установка за будь-яким із пп. 8-14, яка відрізристання та підведення теплової енергії додатково няється тим, що як нагрівники використовують включає повітряно-водневий пальник та систему електричні печі та/або випромінювачі високочасторекуперації теплової енергії. тних коливань, та/або джерела світла, та/або дже12. Установка за будь-яким із пп. 8-11, яка відрізрела плазми. няється тим, що додатково містить декілька рото16. Установка за будь-яким із пп. 8-15, яка відрізрів, що обертаються в одному напрямі, переважно няється тим, що окремі вузли або деталі установна одному валу. ки, переважно працюючі при високих температу13. Установка за будь-яким із пп. 8-12, яка відрізрах, виготовляють із керамічних матеріалів або няється тим, що ротори, установлені на різних кварцового скла, або кремнію. валах, мають однаковий або різний напрям обертання. Взаємозв'язана група винаходів відноситься до хімічної технології, а саме, до способу та установки одержання полікристалічного кремнію шляхом термохімічного розкладання кремнійвмісних сполук, який може бути використаний для одержання матеріалів в напівпровідниковій техніці, сонячній енергетиці, для синтезу нанорозмірних частинок. Відомий спосіб термохімічного розкладання кремнійвмісних сполук нагріванням їх в факелі плазмотрона в потоці водню [1]. Проте, застосування металічних електродів в зоні високих температур не дозволяє усунути забруднення кінцевих продуктів, а введення теплової енергії ізольованими випромінювачами ускладнює технологічний процес і збільшує енергетичні витрати. Відомий спосіб термохімічного розкладання очищених кремнійвмісних сполук на поверхні підкладки, нагрітої до 400-1200°С, де як підкладкуоснову для осадження кремнію використовують кремнієві стрижні [2]. Проте, в цьому способі швидкість осадження кремнію обмежується невеликою зовнішньою поверхнею стрижнів. Із збільшенням діаметра стрижнів ускладнюється підведення електроенергії для їх нагрівання, а підвищення концентрації вихідних компонентів, з метою підвищення продуктивності процесу, спричиняє збільшення кількості утворюваних пилоподібних частинок кремнію, зростання втрат тепла та витрат на необхідне підвищення концентрації чистого водню. Відомий спосіб термохімічного розкладання кремнійвмісних сполук на поверхні дисперсних частинок кремнію, що знаходяться в псевдозрідженому шарі [3]. В результаті розкладу сполук вихідні частинки кремнію збільшуються і відділяються від газової фази. Проте, застосування в ньому прямотечійних газоподібних потоків, для утворення псевдозрідженого шару, знижує градієнт концентрацій та температур між вихідною сполукою та утворюваним при її розкладі воднем, що знижує продуктивність процесу, приводить до утворення, при високих пересиченнях, високодисперсних милоподібних частинок кремнію і винесенню їх із реакційної зони. Відомий спосіб одержання полікристалічного кремнію по замкнутому циклу [4], в якому розкладання силану до кремнію в псевдозрідженому шарі частинок кремнію з використанням пилогазового потоку компонентів, циркулюючого в трубопровідному контурі при дії механічних сил. Проте, проведення процесу осадження кремнію в прямотечійному потоці знижує швидкість розкладання вихідних компонентів, а інтенсивна циркуляція приводить до забруднення частинок кремнію. Також відомий, вибраний як прототип, спосіб одержання високочистого кремнію розкладанням газоподібних кремнійвмісних сполук [5]. Розкладання силану проводять в псевдозрідженому шарі частинок кремнію, розмір яких знаходиться в діапазоні від 50 до 5000мкм, при температурі від 500 до 1400°С та тиску 100-900мбар. Проте, цей спосіб має ряд недоліків, а саме, зниження концентрації (тиску) вихідних компонентів в реакційній зоні приводить до зменшення об'ємної продуктивності в процесі розкладання. Збільшення концентрації вихідних компонентів може сприяти, при високому пересиченні, появі зародків високодисперсних пилоподібних частинок, що утворюються в процесі розкладання, і привести до збільшення їх винесення прямотечійним потоком із реакційного простору. В прямотечійному процесі в реакційній зоні не досягаються максимальні градієнти значень температур і концентрацій взаємодіючих компонентів, що зменшує швидкість осадження кремнію. При цьому, в прямотечійних потоках знижуються кількість зіткнень та сила взаємодії частинок, що утруднює передачу енергії між ними. Крім того, відомий спосіб направлений, переважно, для одержання гранульованого кремнію, в ньому обмежені можливості для осадження кремнію, наприклад, у вигляді ущільнених та збільшених блоків. Також недоліком способу являється використання в ньому в зоні високих температур моносилану та водню при знижених тисках, що може привести, при порушенні герметичності, до попадання в реактор повітря і створення аварійної ситуації. 5 86336 6 Найбільш близькою до запропонованої устаперенесення теплової енергії, переважно з вихоновки в групі винаходів за сукупністю ознак являду на вхід потоків, можуть проводитися при рекується установка для розкладання силану, вибраперації тепла, включаючи одержане при спалюна як прототип, яка приведена в описі способу ванні водню та/або вуглеводневого палива. До одержання полікристалічного кремнію по замкнугазоподібних кремнійвмісних сполук додають газ, тому циклу [4], що включає корпус, вузли введенщо не містить кремній, переважно водень, та/або ня вихідних компонентів та виведення продуктів азот, та/або інертний газ. В процесі одержання реакції, реакційну камеру, нагнітальний агрегат, кремнію в потоки вихідних компонентів додають циркуляційний контур, нагрівники, теплообміннисполуки для одержання кремнію з присадками. ки, блок контролю і керування процесом. В основу другого із групи винаходів поставДо причин, що перешкоджають одержанню лено завдання створення апаратурного забезпетехнічного результату заявленої установки, відчення заявленого способу, підвищення продуктиноситься те, що в ній здійснюється прямотечійна вності та безпеки проведення процесу, зниження циркуляція вихідних компонентів та продуктів енерговитрат в процесі одержання високочистого термохімічного розкладання, що зменшує ефеккремнію. тивність передачі тепла всередині потоку між Поставлене завдання вирішується тим, що його компонентами, як в трубопровідному контуустановка для одержання полікристалічного крері, так і в псевдозрідженому шарі реактора, та мнію включає корпус, вузли введення вихідних приводить до зниження швидкості осадження компонентів та виведення продуктів реакції, реакремнію на поверхні дисперсних частинок. Збікційну камеру, нагнітальний агрегат, циркуляційльшення температури, для підвищення продуктиний контур, нагрівники, теплообмінники, блок вності процесу, викликає агрегацію частинок, що контролю і керування процесом. Згідно з винахопорушує стійкий стан псевдозрідженого шару. дом, реакційна камера додатково містить, щоПідвищення концентрації вихідних компонентів найменше, один змішувач, переважно інжекторприводить до утворення високодисперсних пилоного типу, щонайменше, один коагулятор для подібних частинок кремнію, що збільшує їх винеутворення ущільнених агрегатів частинок кремнію сення із реакційної зони потоком водню. При під дією інерційних, переважно відцентрових сил, цьому, інтенсивна циркуляція абразивних частиз можливістю утворення і стиснення потоку вихінок уздовж стінки реактора збільшує їх забруддних компонентів і протитечійного потоку одернення та втрати теплової енергії. В конструкції жаних продуктів, переважно водню, з перенесенустановки ускладнено рівномірне розподілення ням теплової енергії в потоках, щонайменше, компонентів по перерізу реактора, для цього потодну камеру осадження кремнію та пристрій для рібне застосування численних розподільних прирегулювання використання та підведення теплостроїв (решіток, сопел, перегородок), які, в ревої енергії. Коагулятор може мати, щонайменше, зультаті відкладання кремнію, легко можуть бути один ротор з приводом і лопатями, установленививедені із робочого стану. ми з можливістю утворення в реакційній камері В основу першого із групи винаходів поставпротитечійних потоків вихідних компонентів, часлено завдання підвищення продуктивності технотинок кремнію і водню в полі відцентрових сил, а логічного процесу одержання полікристалічного вхідний канал коагулятора може бути сполучений кремнію термохімічним розкладанням кремнійвз його вихідним каналом, який сполучений, щомісних сполук, зниження енерговитрат та підвинайменше, з одним циклоном і/або фільтром. щення безпеки проведення процесу. Камера осадження частинок кремнію може мати Поставлене завдання вирішується тим, що в шлюзові затвори, переважно клапанні, дозатори, способі одержання полікристалічного кремнію зв'язані з системою керування їх роботою. Притермохімічним розкладанням газоподібних кремстрій для регулювання використання та підвенійвмісних сполук, згідно з винаходом, вказане дення теплової енергії може включати повітрянорозкладання проводять при дії інерційних, переводневий пальник та систему рекуперації тепловажно відцентрових сил, забезпечуючи в силової енергії. Установка може містити декілька ровому полі утворення і стиснення потоку вихідних торів, що обертаються в одному напрямі, перекомпонентів і протитечійного потоку одержаних важно на одному валу. Ротори, установлені на продуктів, переважно водню, з перенесенням різних валах, можуть мати однаковий або різний теплової енергії в потоках, ущільнення утворених напрям обертання. Окремі вузли установки мочастинок та їх осадження. Розкладання газоподіжуть бути установлені в додатковому корпусі в бних кремнійвмісних сполук може бути цроведеінертній атмосфері і обладнані засобами аварійне на частинках кремнію в псевдозрідженому ного захисту. Як нагрівники можуть бути викорисшарі та/або на поверхні кремнію в зустрічних потані електричні печі та/або випромінювачі висотоках компонентів при зміні їх напрямку та/або кочастотних коливань, та/або джерела світла, величини дії на компоненти потоків, переважно та/або джерела плазми. Окремі вузли або деталі на кремній, інерційних сил в неперервному або установки, переважно працюючі при високих теперіодичному процесі. Як кремнійвмісні сполуки мпературах, можуть бути виготовлені із керамічвикористовують силани, переважно моносилан. них матеріалів або кварцового скла, або кремнію. Стиснення потоків вихідних компонентів та проВ запропонованому способі вирішення посдуктів розкладу може проводитися зміною швидтавлених завдань досягається декількома шлякості подачі та відведення компонентів та/або хами інтенсифікації процесу термохімічного розкзбільшенням числа обертів ротора, та/або зміною ладання кремнійвмісних сполук з утворенням температури і тиску в реакційній камері. Процеси високочистого кремнію. Спосіб забезпечує проти 7 86336 8 течійний рух потоків вихідних компонентів та утворення зародків частинок кремнію, подальше продуктів реакції, їх взаємодію, ущільнення утвоїх збільшення та осадження відбувається, перерюваних частинок кремнію та їх осадження в сиважно в одній реакційній камері, переважно при ловому полі відцентрових сил. У випадку моноїх русі в зоні, розташованій між зовнішньою кромсилану його відносна густина більш ніж на кою лопаті ротора і нагрітою поверхнею. В цьому порядок перевищує густину нагрітого водню, гусвипадку знижується потреба додаткового вветина якого на декілька порядків нижче густини дення чистих (інертних) газів для утворення і підкремнію, що дозволяє провести їх розділення з тримання псевдозрідженого шару, зменшуються осадженням кремнію в силовому полі і провести втрати тепла, забруднення кінцевого продукту та процес термохімічного розкладання, в якому винесення милоподібних частинок кремнію. На утворюються зустрічні потоки силану, частинок відміну від прототипу, новий спосіб дозволяє кремнію і водню. Найбільш крупні частинки кремпровести розкладання кремнійвмісних сполук як нію, в результаті дії силового поля, при достатній при підвищеному, так і при зниженому тиску вихітемпературі можуть осаджуватися і залишитися дних сполук і продуктів реакції в широкому інтерна гарячій поверхні, одночасно дрібні частинки валі температур, що приводить до інтенсифікації можуть бути витіснені в об'єм реактора, насампетермохімічних процесів розкладання кремнійвміред, гарячим воднем. При цьому, з підвищенням сних сполук та осадження кремнію. температури над поверхнею буде збільшуватися Новий спосіб розширює можливості в процесі тиск газової фази, дією якого гарячий пилогазоформування кінцевого продукту при одержанні вий потік буде направлений знову до ротора, де кремнію в порошкоподібному, гранульованому розташовані суміжні канали відведення водню і стані або в формі ущільненого монолітного блока введення силану. Утворення зустрічних потоків спаяних між собою частинок. В останньому випаприведе до збільшення градієнтів концентрацій дку, можуть бути поліпшені енергетичні та еконота температур між компонентами потоків, до їх мічні показники процесу. взаємного зіткнення, що прискорить ріст, насамПсевдозріджений шар, створений в силовому перед, найбільш активних високодисперсних часполі відцентрових та гравітаційних сил без допотинок кремнію при одночасній взаємодії з потомоги додатково введених газових потоків, більш ком силану, який рухається від ротора. Лопаті стійкий і може знову виникати при контакті, наротора знову будуть піддавати вже більш великі приклад, потоку силану з нагрітою поверхнею частинки кремнію дії відцентрових сил, в резулькремнію. Процеси термохімічного розкладання таті чого вони будуть відкинуті в реактор у насилану, які відбуваються у зустрічних потоках прямку до його нагрітої поверхні з більшою сипоблизу нагрітої поверхні, супроводжуються змелою. Цілеспрямоване співударяння в потоці ншенням концентрації силану і збільшенням кільзустрічно рухомих частинок з нагрітою стінкою кості водню, що утворюється. Це знижує пересизалежить від її температури, швидкості обертанчення і приводить до формування більш великих ня ротора, концентрацій вихідних компонентів та і щільних частинок кремнію та їх спіканню в блок. гарячих продуктів реакції. Установлений режим При цьому, шар нагрітого ущільненого кремнію, осадження може привести до утворення ущільосаджений навколо ротора на стінках реакційної нених, спаяних в блок, полікристалічних агломекамери, екранує реакційний простір, що скорочує ратів кремнію або, при менших температурах, до втрати в ньому тепла. одержання порошкоподібного кремнію. Крім цього, економія теплової енергії може В запропонованому способі більш рівномірне бути підвищена шляхом її рекуперації в процесах осадження кремнію може бути досягнуте збільспалювання утворюваного водню або додатково шенням кількості суміжно розташованих в реакводню та вуглеводневого палива, або викорисційній камері вхідних і вихідних із неї газових потанням інших видів енергії, наприклад, електричтоків та створенням умов для їх зустрічного руху ної, світлової або енергії електромагнітного вив полі відцентрових і гравітаційних сил. При цьопромінювання. му, у зустрічних потоках досягається максимальЗаявлений спосіб дозволяє здійснити осаний градієнт значень температур і концентрацій дження кремнію із застосуванням електронагрівта підвищується швидкість нагрівання вихідних них кремнієвих стрижнів або на стінках реакційної компонентів зустрічним гарячим потоком пилогакамери. В цьому випадку, забруднений шар крезової суміші, що прискорює термохімічне розкламнію, що стичний з нею, в ущільненому блоці дання вихідних сполук з утворенням первинних може бути видалений при обробці. зародків частинок кремнію. В умовах протитечійЯк матеріали для високотемпературної стінки ного руху збільшується відносна швидкість часможна використовувати корозійностійкі метали, тинок та інтенсивність співударів, що викликає їх кераміку, скло, кремній або його сполуки . коагуляцію. Швидкість пилогазового потоку, в Суть способу пояснюється прикладами його результаті дії відцентрових сил на збільшені часвиконання, але запропонований спосіб не обметинки, підвищується при його русі у напрямку до жується наведеними прикладами. гарячої поверхні, де при контакті з нею частинки Приклад 1 (розрахунковий). утворюють ущільнений шар кремнію. На основі розрахункової моделі, у випадку В новому способі, на відміну від прототипу, в розкладання силану у відсутності водню, були псевдозрідженому шарі,розташованому над нарозраховані деякі технологічні параметри для грітою поверхнею, у завислому стані залишаютьоцінки ся тільки найбільш активні частинки кремнію з розвиненою зовнішньою поверхнею. При цьому, 9 86336 10 ефективності проведення процесу осадження В таблиці наведене порівняння здійснення кремнію в протитечійних потоках, що утворюютьспособу термохімічного розкладання силану в ся в полі відцентрових та гравітаційних сил. умовах заявленого способу та прототипу. Таблиця Характеристики Діаметр реактора, м Висота реактора, м Швидкість розкладання силану, кг/год.×м2 Температура стінки реактора, °С Енергія, що споживається, кВт Як видно з таблиці, розкладання силану з використанням заявленого способу дозволяє підвищити продуктивність процесу, скоротити витрати теплової енергії та зменшити габарити реактора установки, що еквівалентно підвищенню її об'ємної продуктивності. Крім того, із зменшенням габаритів реакційної камери поліпшуються умови для підвищення в ній чистоти одержуваного кремнію та умови її безпечної роботи. Приклад 2. а) розкладання силану в полі відцентрових сил при нормальному (1 бар) тиску. Процес проводили в лабораторній установці при обертанні ротора, реакційної камери за допомогою електропривода зі швидкістю 2700об/хв. Після продувки камери інертним газом (аргоном) її нагрівали до температури 800°С нагрівником і подавали на її вхід силан при тиску 1 бар. В процесі розкладання силану було досягнуто повне осадження кремнію без додаткового введення водню та частинок кремнію. Майже 100% утвореного кремнію залишилося в реакційній камері. б) розкладання силану в умовах прямотечійного потоку при нормальному (1 бар) тиску. Процес проводили аналогічно прикладу 2-а, але в нерухомій реакційній камері. Частина кремнію (~77%) була осаджена у вигляді щільного шару, а пилоподібний кремній потоком був видалений із реакційної камери. Наведені результати свідчать, що здійснення заявленого способу в полі дії інерційних, переважно відцентрових сил, дозволяє підвищити продуктивність, вихід кінцевих продуктів з одиниці об'єму реактора, скоротити енерговитрати та підвищити безпеку проведення процесу термохімічного розкладання кремнійвмісних сполук, зокрема силану, для одержання високочистого кремнію. Кремній, осаджений за прикладами 2-а та 2-6, аналізували методом рентгенофлуоресцентної спектрометрії. В результаті аналізу визначено, що в заявленому способі ступінь чистоти кремнію визначається ступенем очистки силану та чистотою застосовуваних матеріалів. Запропонований спосіб також дозволяє провести термохімічні реакції з численними сполуками, що містять кремній або інші елементи, а також реакції цих сполук в присутності газоподібних відновників. На Фіг. схематично показана установка для одержання полікристалічного кремнію на прикладі розкладання силану при протитечійному русі пото Заявлений спосіб варіант 1 1,5 4,0 1,2 650 85 Заявлений спосіб варіант 2 1,5 2,0 >1,2 800 85 Прототип 1,5 4,0 1,0 657 98 ків в полі відцентрових сил, яка включає корпус 1, в якому установлений ротор 2, зв'язаний валом з електроприводом 3, який здійснений у герметичному виконанні. В середній частині ротора 2 лопаті 4 сполучені з вихідним каналом змішувача 5, вхідний канал якого, за допомогою системи дозування 6, сполучений з каналом підведення силану 7. Всередині реакційної камери 8 навкруги ротора установлені електронагрівники 9 та електронагрівники 10 для вирівнювання температури в реакційній камері. Ротор 11, установлений на спільному валу з ротором 2, має лопаті, до яких, по вісі їх обертання, підведений вихідний канал продуктів реакції 12, сполучений з вхідним каналом повітряно-водневого пальника 13, який має систему керування 14 для забезпечення підведення повітря, палива, відбору продуктів згоряння для рекуперації їх тепла. Система 15 призначена для додаткового нагрівання та рециркуляції водню, який утворюється в реакційній камері. З'єднувальні вузли установки оточені захисним корпусом 16, який продувається інертним газом. Стінки корпусу 1 можуть мати оболонку для рідинного охолодження, електронагрівники, оглядові вікна та теплові екрани. Установка для одержання високочистого кремнію працює наступним чином. Після повного видалення повітря із реакційної камери та, сполучених з нею, каналів вони заповнюються інертним газом. За допомогою системи дозування 6, в змішувач 5 по вхідному каналу 7 подають очищений газоподібний силан. У змішувачі 5 він може змішуватися з воднем, який рециркулюють із реакційної камери за допомогою системи 15 при температурі, що виключає осадження кремнію на лопатях ротора, і подається до лопатей 4 ротора 2, де відкидається ними у напрямку нагрівників 9, 10, розташованих по периметру навкруг ротора. Нагрівники 10 можуть бути зміщені відносно нагрівників 9 для вирівнювання температури в реакційній камері. Нагріваючись, силан піддається термохімічному розкладанню з утворенням частинок кремнію і водню. Крупні частинки, під дією відцентрових сил, можуть осаджуватися на гарячій стінці, а дрібні захоплюватися утворюваним воднем в об'єм реакційної камери. Водень під підвищеним тиском поступає в напрямку до вихідного каналу 12. При цьому, переміщуючись назустріч потоку силану, потік водню передає йому отримане тепло, а захоплені потоком водню високодисперсні частинки кремнію адсорбують силан, зіштовхуються між собою, збільшуються в розмі 11 86336 12 рах, коагулюються і відкидаються лопатями знову процесу розкладання кремнійвмісних сполук, що у напрямку нагрітої поверхні, де їм назустріч посмістять водень, наприклад, силанів, при проветупають нові високодисперсні частинки, утворені денні процесу при нормальному і підвищеному при наступному розкладанні силану. Виділений в тиску газового середовища. В цьому випадку, виреакційній камері водень, густина якого приблизно ключається проникнення повітря в установку. Крім в 26 тисяч раз менша за густину кремнію, під надцього, її окремі вузли, особливо в місцях з'єднанлишковим тиском переборює дію відцентрових сил ня, оточені захисним додатковим корпусом, який лопатей ротора 11 і може поступати у повітрянопродувається інертним газом, а система подачі, водневий пальник 13. Система керування 14 завідведення компонентів, контролю та підтримання безпечує роботу пальника, введення в нього додатехнологічного режиму оснащена засобами захисткового палива, очищення газового потоку і подачу ту, наприклад, вогнеперепинювачами, зворотними його на рекуперацію тепла за допомогою системи клапанами, герметичними електроприводами за15, яка дозволяє, частково відбираючи потік водпобіжними діафрагмами, пристроями періодичного ню, утворюваного при розкладанні силану, нагріочищення, пуску та експлуатації установки. Уставати його безпосередньо в потоці або через стінку новка виконана з можливістю її роботи, переважно теплообмінника додатковими джерелами тепла: в ізольованому автоматичному процесі. електричними, світловими, плазмовими та іншими В запропонованій установці для підвищення джерелами і знову вводити його в процес. безпеки робіт реакційна камера може бути роздіНа відміну від відомого прямотечійного спосолена на декілька окремих камер. Наприклад, можбу утворення псевдозрідженого шару, створення на установити реакційну камеру, на відміну від шару завислих частинок в силовому полі відцентпрототипу, не вертикально на висоту 4м, а виконарових гравітаційних сил, які переміщуються у зути її горизонтальною у вигляді декількох, сумарних стрічних потоках, дозволяє збільшити ефективза продуктивністю, але менших за розміром, камер ність теплообміну, утворення первинних частинок, для осадження кремнію, наприклад, у вигляді ущіїх зустрічне зіткнення, ріст, коагуляцію та виведенльнених блоків. ня із потоку для осадження як у вигляді ущільненоЗапропонована установка забезпечує апараго «монолітного» шару кремнію, так і утворення турне здійснення заявленого способу, скорочує порошкоподібного кремнію. Одночасно, в резульенерговитрати, підвищує продуктивність та безпетаті термохімічного розкладання силанів на гаряку процесу одержання полікристалічного високочих внутрішніх стінках установки може утворювачистого кремнію. тися шар кремнію, що дозволяє екранувати їх, Таким чином, наведені дані підтверджують допідвищити чистоту кінцевого продукту. З цією месягнення технічного результату при здійсненні тою деякі вузли або деталі установки, особливо заявленої групи винаходів. працюючі при високих температурах, можуть бути Джерела інформації виготовлені або обладнані захисним шаром із ке1. Патент СССР №1333229, МПК 4 С01В рамічних матеріалів, кварцового скла або чистого 33/02,1983. кремнію, застосування яких в запропонованій 2. Девятых Г.Г., Зорин А.Д. Летучие неорганиустановці дозволяє підвищити температуру в зоні ческие гидриды особой чистоты. - М: Наука, 1974. розкладання силану, що приводить до підвищення - 56с. продуктивності установки. При цьому, особливо 3. Фалькевич Э.С., Пульнер Э.О. и др. Технопри можливому у запропонованому способі осалогия полупроводникового кремния. - М.: Металдженні кремнію у вигляді компактних блоків, долургия, 1992. - 242с. зволяє скоротити в ній втрати тепла, розширити 4. Патент України №49463 А, МПК 6 С01В можливості застосування в ній різних джерел теп33/08, 33/107, 2002. ла, що може привести до зменшення собівартості 5. Патент України №72279, МПК 7 С01В осаджуваного в ній високочистого кремнію. 33/027, 2005. В запропонованій установці, в порівнянні з прототипом, підвищується безпека проведення 13 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 86336 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Process for ppeparation of polycrystal silicon and installation for implementation thereof

Автори англійською

Tarasevych Yurii Stefanovych, Ohenko Volodymyr Mykhailovych, Bakai Eduard Apolinariiovych, Bohomaz Valerii Ihorevych, Lipashov Vijtor Oleksiiovych, Tarasevych Oleksii Yuriiovych

Назва патенту російською

Способ получения поликристаллического кремния и установка для его осуществления

Автори російською

Тарасевич Юрий Стефанович, Огенко Владимир Михайлович, Бакай Эдуард Аполинариевич, Богомаз Валерий Игоревич, Липашев Виктор Алексеевич, Тарасевич Алексей Юрьевич

МПК / Мітки

МПК: C01B 33/00, F01B 9/02, C01B 33/027

Мітки: спосіб, кремнію, здійснення, установка, одержання, полікристалічного

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/7-86336-sposib-oderzhannya-polikristalichnogo-kremniyu-ta-ustanovka-dlya-jjogo-zdijjsnennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб одержання полікристалічного кремнію та установка для його здійснення</a>

Подібні патенти