活性炭脱硫剂中国科技期刊数据库 工业C
2015年08期 243
蔡春立 王丽娟
六九硅业有限公司，河北 保定 071000
摘要：目前太阳能级多晶硅的主流反应器为西门子反应器，其技术比较成熟，但其能耗高于流化床反应器，转化率低于流化床反应器。为进一步降低生产成本，流化床反应器技术越来越受到重视。本文重点论述了流化床反应器的应用现状及关键技术等内容。 关键词：多晶硅；化学气相沉积；流化床 中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)08-0243-02 1 化学气相沉积技术概述
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目前多晶硅生产中的主流技术为化学气相沉积技术（chemical vapor deposition CVD ）[1]，即含硅化学气体在反应器内还原或分解生成单质硅，单质硅在预制的硅表面沉积。常见的化学气相沉积反应器有西门子反应器和流化床反应器，其中西门子反应器在当前市场中占有主流地位。 1.1 西门子反应器技术 在西门子反应器内，当硅芯被加热到一定温度后通入反应气体。反应气体被预热的硅芯加热到分解温度，然后在硅芯表面形成硅沉积，硅棒直径逐渐增大，同时多余的气体被释放出来。为了避免在外壁空间形成硅沉积，反应器内除硅
棒外其它部位都需冷却处理[2]
。图1为西门子反应器结构图。
图1 西门子反应器结构图
1.2 流化床反应器技术
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目前流化床反应器技术的应用还不是很广泛，但国内外很多企业和机构都在进行流化床技术的研究院与应用。图2为流化床反应器结构图。
相对于西门子反应器，流化床反应器技术具有以下优势： （1）生产效率高、成本低；电容器串联
（2）分解温度低、热效应高、耗电量低，电耗为西门子反应器的1/3～1/4；
（3）硅籽晶比表面积大，沉积速率高，产量高； （4）硅籽晶能够提供有效成晶场所，抑制同相成核效应； 储热式电暖器
（5）粒状与块状多晶硅结合使用，有利于铸锭环节的坩埚填装。
在流化床反应器内，首先向其内部添加硅籽晶，再从反应器底部通入气体，使籽晶在反应器内浮动起来，此时每个籽晶的浮力与其重力理论上是相同的，在这种情况下，浮动
的籽晶形成一个动态床层，床层被加热到含硅气体的分解温度以上，然后将反应气体通入到籽晶床层中。含硅气体不断
分解，硅单质不断的在籽晶表面沉积并使其生长。经过一段时间的反应，硅颗粒最终长到一定的尺寸后被释放出来。
图2 流化床反应器结构图
一般流化床的设计思路都是反应气体通过底部的分布盘进入反应器内部。反应气体或者是与流态化气体（氢、氦等）进行预混，或者是通过不同的独立的喷嘴注入。流化床的加热位置和加热方法有很多种，但是最简单的方法就是利用加热物质直接对床体外壁进行直接加热。
床层以上的空间，即气体鼓泡时籽晶无法到达的位置，被称为自由空间，自由空间温度控制的较低，但仍在含硅气体的分解温度以上，经过床层而未分解的反应气体到达自由空间可能会形成细小的硅晶，进而在自由空间的内壁沉积形成不定型硅，最终形成堵塞。
流化床反应器内部最严重的问题就是堵塞，主要原因就是床层内硅颗粒搅动效果不理想，同相成核效应导致产生了不定型硅的沉积。这些细小的硅粉沉积在气体分布盘等元件上形成堵塞。同相成核的分解发生在气相中，而异相成核分解发生在硅籽晶的沉积表面。大花石上莲
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