多晶硅还原炉的电器设备_图文

1、 2 0 1 0. 09 . 25 第24 卷Vo l. 24 总第95 期 外层， 使之逐步增粗 由最初的硅芯， 逐渐增粗为 成品硅棒。 10.1 硅芯击穿问题的提出 硅芯是半导体材料，截面为直径 的圆 （或 × 方截面 ） ， 高度通常为 。细长 的硅芯于常温下， 电阻率和电阻都非常大。 常温下， 控制硅芯电流大小的中压调功器无法 将硅芯击穿， 即硅芯无法导通而产生电流。 10.2 硅芯的电压-温度特性 经实验室多次试验， 获得非线性的多晶硅硅芯 击穿电压 温度曲线。 倘若以温度值作为横坐标、硅芯击穿电压 （ ） 为纵坐标， 在这条曲线中， 存在着一个转折点 温度 。 设： 还原

2、炉炉温为 ， 则 时，硅芯击穿所需要的电压非常 高， 且随温度上升而非线性地下降； 时， 硅芯击穿所需要的电压， 工程上 能够提供； 时， 击穿电压随温度上升而较为平 滑地下降。 所以， 启炉时将还原炉炉温升高， 成为降低硅芯 击穿电压的最简单办法。 11 还原炉预加热装置 还原炉启炉时， 常规的做法是用石墨棒给还原 炉预加热， 即在还原炉内装设 根石墨棒 。在还原 炉启动前， 对石墨棒通以低压大电流， 使还原炉炉温 迅速升高。 硅芯属于半导体材料， 炉内温度升高后， 硅芯的 电阻率和电阻迅速下降。这样， 调功器对硅芯施加 某一中压， 硅芯就能被击穿而导通。此后， 中压调功 器自动控制 对硅芯

3、的电流，还原炉开始进料生 产。 采用石墨棒预加热启动， 优点是设备比较简单。 事物总是相辅相成的 。 石墨棒在预加热过程 （ ） 中被通电 、 在生产过程 （ ） 内被加温 。 在这两个过程中， 棒中易逸出的杂质原子弥漫在还 该法会 原炉中， 使生产出的多晶硅含有杂质。因此， 影响到多晶硅的纯度。 12 硅芯高压击穿法 四川东方电气自动控制工程有限公司与峨嵋半 导体材料厂共同研发的高压启动系统，已成功运行 在三个多晶硅项目的 台还原炉上。 12.1 还原炉高压启动过程 还原炉高压启动系统是利用磁性调压器的数千 例 如 内 环 的 对 硅 伏高压，先将部分硅芯 芯 击穿而导通； 而后， 使这 对

4、 （ 根 ） 硅芯通过 这样， 还原炉内的温度 的电流都逐渐增大至数十安。 快速升高。 随着硅芯温度的升高，其电阻率和电阻迅速下 降。 此时， 迅速将由磁性调压器供电的内环硅芯， 切 换为整流变压器供电。 待硅芯电流稳定后，逐渐升高硅芯电流至某一 较大值， 还原炉温度继续升高。 这样，中压调功器通过整流变压器对外环硅芯 施加某一中压，即可将外环的 对硅芯分两批击穿 而导通。 此后， 中压调功器自动控制 对硅芯 （硅棒 ） 的 电流， 还原炉开始进料生产。 高压启动过程对硅芯无污染，便于生产出高纯 多晶硅。 12.2 还原炉高压启动系统的组成 还原炉高压启动系统由磁性调压器 （可控变压 器 ）

5、和高压启动装置两部分组成。 12.3 磁性调压器 （可控变压器 ） 磁性调压器在高压启动过程中，向硅芯提供可 以连续变化和适时受控的电压。 磁性调压器（可控变压器）由磁饱和电抗器 和 单相变压器 两部分有机组合而成。 单相变压器 之副边绕组即为磁性调压器的 输出端， 设有几组电压抽头。 磁饱和电抗器 和单相变压器 既有电的联 12.3.1 磁性调压器及其直流励磁电流 67 2 0 1 0. 09 . 25 第24 卷Vo l. 24 总第95 期 系、 又有磁的联系。它是通过控制直流绕组励磁电 流来改变磁饱和电抗器 的铁心磁导率， 从而调节 或改变单相变压器 的输出电压。 高压启动系统、 中压

6、调功器等 ） 提供操作回路电源。 14 一体化调功器 由四川东方电气自动控制工程有限公司和峨嵋 半导体材料厂研发的一体化调功器，将高压启动系 统和中压调功器合二为一。 高压启动系统，先以磁性调压器将内环 对硅 芯击穿后， 交由整流变压器供电； 而后， 再用磁性调 压器将外环 对硅芯几乎同时击穿，亦交整流变压 器供电。 整个启动过程，只需在各项开炉条件被满足的 情况下， 在主控室或就地控制屏上， 设置好内 、 外环 的中压启动电流； 再按一下按钮即可完成。属 “一键 式” 傻瓜启动方式， 无需人工干预。 还原炉启动完成后， 由主控室 控制还原炉 进料生产。 一体化调功器的主要特点，一是硅棒无级调

7、压 “拼波” 的方式 硅芯作为一个阻性负载， 其 采用 两端所加载拼波电压的直流等效电压，与其消耗的 二是晶闸管采用水冷却。 三是控制采用 功率相对应。 可编程控制器 ， 既可在远方 （控制室） 用集散控 制系统 控制硅芯 （硅棒 ） 电流、 亦可在就地控制 柜上方便地操作。 15 结语 本文介绍的多晶硅还原炉各种电器，全部为国 产设备。 这些电器设备，经过 个多晶硅项目的生产运 行， 说明还原炉电器系统方案的拟定 、 参数的选择 、 设备的安装、 现场的调试都是成功的， 能够很好地满 足多晶硅生产的需求。 12.3.2 磁性调压器参数的确定 磁性调压器 （可控变压器） 参数的确定， 需要考

8、虑以下因素。 单相变压器副边最高抽头电压， 能够将内 环硅芯击穿。 但是， 电压又不能太高。 原因是直径 左右 的还原炉炉底， 布置了 对电极及其冷却水管 、 电 原料进气管、 尾气出气管。 极间的连接铜排、 必须考虑电极与这些管道、 铜排的绝缘安全。 磁性调压器输出端各绕组的电压和功率， 必须满足硅芯击穿后电流增大的要求。 还原炉在充氢情况下启动， 所需电功率要 大于充氮启动。 12.3.3 需要注意的问题 根据还原厂房防火要求， 磁性调压器亦宜 采用干式。 还原炉第一、 第二对硅芯击穿有一定困难， 需要采用一些技巧解决。 在单相变压器副边绕组各抽头的切换过程 中， 副边绕组会产生很高的感应电压， 容易将高压绕 组绝缘损坏而导致匝间短路， 必须采取有效的措施 来预防。 12.4 高压启动装置 其功用是在启动过程中， 通过真空接触器和真 空断路器， 对硅芯适时施加或适时切断不同等级、 不 同来源的电压； 并通过自动反馈系统将硅芯电流限 制在规定的范围内。 高压启动装置采用可编程控制器 控制。 13 低压开关柜 低压配电所低压开关柜中， 涉及为还原炉电器 设备供电的主要有两部分