多晶硅還原爐的電器設(shè)備_圖文

1、 2 0 1 0. 09 . 25 第24 卷Vo l. 24 總第95 期 外層， 使之逐步增粗 由最初的硅芯， 逐漸增粗為 成品硅棒。 10.1 硅芯擊穿問題的提出 硅芯是半導(dǎo)體材料，截面為直徑 的圓 （或 × 方截面 ） ， 高度通常為 。細(xì)長 的硅芯于常溫下， 電阻率和電阻都非常大。 常溫下， 控制硅芯電流大小的中壓調(diào)功器無法 將硅芯擊穿， 即硅芯無法導(dǎo)通而產(chǎn)生電流。 10.2 硅芯的電壓-溫度特性 經(jīng)實驗室多次試驗， 獲得非線性的多晶硅硅芯 擊穿電壓 溫度曲線。 倘若以溫度值作為橫坐標(biāo)、硅芯擊穿電壓 （ ） 為縱坐標(biāo)， 在這條曲線中， 存在著一個轉(zhuǎn)折點 溫度 。 設(shè)： 還原

2、爐爐溫為 ， 則 時，硅芯擊穿所需要的電壓非常 高， 且隨溫度上升而非線性地下降； 時， 硅芯擊穿所需要的電壓， 工程上 能夠提供； 時， 擊穿電壓隨溫度上升而較為平 滑地下降。 所以， 啟爐時將還原爐爐溫升高， 成為降低硅芯 擊穿電壓的最簡單辦法。 11 還原爐預(yù)加熱裝置 還原爐啟爐時， 常規(guī)的做法是用石墨棒給還原 爐預(yù)加熱， 即在還原爐內(nèi)裝設(shè) 根石墨棒 。在還原 爐啟動前， 對石墨棒通以低壓大電流， 使還原爐爐溫 迅速升高。 硅芯屬于半導(dǎo)體材料， 爐內(nèi)溫度升高后， 硅芯的 電阻率和電阻迅速下降。這樣， 調(diào)功器對硅芯施加 某一中壓， 硅芯就能被擊穿而導(dǎo)通。此后， 中壓調(diào)功 器自動控制 對硅芯

3、的電流，還原爐開始進(jìn)料生 產(chǎn)。 采用石墨棒預(yù)加熱啟動， 優(yōu)點是設(shè)備比較簡單。 事物總是相輔相成的 。 石墨棒在預(yù)加熱過程 （ ） 中被通電 、 在生產(chǎn)過程 （ ） 內(nèi)被加溫 。 在這兩個過程中， 棒中易逸出的雜質(zhì)原子彌漫在還 該法會 原爐中， 使生產(chǎn)出的多晶硅含有雜質(zhì)。因此， 影響到多晶硅的純度。 12 硅芯高壓擊穿法 四川東方電氣自動控制工程有限公司與峨嵋半 導(dǎo)體材料廠共同研發(fā)的高壓啟動系統(tǒng)，已成功運行 在三個多晶硅項目的 臺還原爐上。 12.1 還原爐高壓啟動過程 還原爐高壓啟動系統(tǒng)是利用磁性調(diào)壓器的數(shù)千 例 如 內(nèi) 環(huán) 的 對 硅 伏高壓，先將部分硅芯 芯 擊穿而導(dǎo)通； 而后， 使這 對

4、 （ 根 ） 硅芯通過 這樣， 還原爐內(nèi)的溫度 的電流都逐漸增大至數(shù)十安。 快速升高。 隨著硅芯溫度的升高，其電阻率和電阻迅速下 降。 此時， 迅速將由磁性調(diào)壓器供電的內(nèi)環(huán)硅芯， 切 換為整流變壓器供電。 待硅芯電流穩(wěn)定后，逐漸升高硅芯電流至某一 較大值， 還原爐溫度繼續(xù)升高。 這樣，中壓調(diào)功器通過整流變壓器對外環(huán)硅芯 施加某一中壓，即可將外環(huán)的 對硅芯分兩批擊穿 而導(dǎo)通。 此后， 中壓調(diào)功器自動控制 對硅芯 （硅棒 ） 的 電流， 還原爐開始進(jìn)料生產(chǎn)。 高壓啟動過程對硅芯無污染，便于生產(chǎn)出高純 多晶硅。 12.2 還原爐高壓啟動系統(tǒng)的組成 還原爐高壓啟動系統(tǒng)由磁性調(diào)壓器 （可控變壓 器 ）

5、和高壓啟動裝置兩部分組成。 12.3 磁性調(diào)壓器 （可控變壓器 ） 磁性調(diào)壓器在高壓啟動過程中，向硅芯提供可 以連續(xù)變化和適時受控的電壓。 磁性調(diào)壓器（可控變壓器）由磁飽和電抗器 和 單相變壓器 兩部分有機(jī)組合而成。 單相變壓器 之副邊繞組即為磁性調(diào)壓器的 輸出端， 設(shè)有幾組電壓抽頭。 磁飽和電抗器 和單相變壓器 既有電的聯(lián) 12.3.1 磁性調(diào)壓器及其直流勵磁電流 67 2 0 1 0. 09 . 25 第24 卷Vo l. 24 總第95 期 系、 又有磁的聯(lián)系。它是通過控制直流繞組勵磁電 流來改變磁飽和電抗器 的鐵心磁導(dǎo)率， 從而調(diào)節(jié) 或改變單相變壓器 的輸出電壓。 高壓啟動系統(tǒng)、 中壓

6、調(diào)功器等 ） 提供操作回路電源。 14 一體化調(diào)功器 由四川東方電氣自動控制工程有限公司和峨嵋 半導(dǎo)體材料廠研發(fā)的一體化調(diào)功器，將高壓啟動系 統(tǒng)和中壓調(diào)功器合二為一。 高壓啟動系統(tǒng)，先以磁性調(diào)壓器將內(nèi)環(huán) 對硅 芯擊穿后， 交由整流變壓器供電； 而后， 再用磁性調(diào) 壓器將外環(huán) 對硅芯幾乎同時擊穿，亦交整流變壓 器供電。 整個啟動過程，只需在各項開爐條件被滿足的 情況下， 在主控室或就地控制屏上， 設(shè)置好內(nèi) 、 外環(huán) 的中壓啟動電流； 再按一下按鈕即可完成。屬 “一鍵 式” 傻瓜啟動方式， 無需人工干預(yù)。 還原爐啟動完成后， 由主控室 控制還原爐 進(jìn)料生產(chǎn)。 一體化調(diào)功器的主要特點，一是硅棒無級調(diào)

7、壓 “拼波” 的方式 硅芯作為一個阻性負(fù)載， 其 采用 兩端所加載拼波電壓的直流等效電壓，與其消耗的 二是晶閘管采用水冷卻。 三是控制采用 功率相對應(yīng)。 可編程控制器 ， 既可在遠(yuǎn)方 （控制室） 用集散控 制系統(tǒng) 控制硅芯 （硅棒 ） 電流、 亦可在就地控制 柜上方便地操作。 15 結(jié)語 本文介紹的多晶硅還原爐各種電器，全部為國 產(chǎn)設(shè)備。 這些電器設(shè)備，經(jīng)過 個多晶硅項目的生產(chǎn)運 行， 說明還原爐電器系統(tǒng)方案的擬定 、 參數(shù)的選擇 、 設(shè)備的安裝、 現(xiàn)場的調(diào)試都是成功的， 能夠很好地滿 足多晶硅生產(chǎn)的需求。 12.3.2 磁性調(diào)壓器參數(shù)的確定 磁性調(diào)壓器 （可控變壓器） 參數(shù)的確定， 需要考

8、慮以下因素。 單相變壓器副邊最高抽頭電壓， 能夠?qū)?nèi) 環(huán)硅芯擊穿。 但是， 電壓又不能太高。 原因是直徑 左右 的還原爐爐底， 布置了 對電極及其冷卻水管 、 電 原料進(jìn)氣管、 尾氣出氣管。 極間的連接銅排、 必須考慮電極與這些管道、 銅排的絕緣安全。 磁性調(diào)壓器輸出端各繞組的電壓和功率， 必須滿足硅芯擊穿后電流增大的要求。 還原爐在充氫情況下啟動， 所需電功率要 大于充氮啟動。 12.3.3 需要注意的問題 根據(jù)還原廠房防火要求， 磁性調(diào)壓器亦宜 采用干式。 還原爐第一、 第二對硅芯擊穿有一定困難， 需要采用一些技巧解決。 在單相變壓器副邊繞組各抽頭的切換過程 中， 副邊繞組會產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓， 容易將高壓繞 組絕緣損壞而導(dǎo)致匝間短路， 必須采取有效的措施 來預(yù)防。 12.4 高壓啟動裝置 其功用是在啟動過程中， 通過真空接觸器和真 空斷路器， 對硅芯適時施加或適時切斷不同等級、 不 同來源的電壓； 并通過自動反饋系統(tǒng)將硅芯電流限 制在規(guī)定的范圍內(nèi)。 高壓啟動裝置采用可編程控制器 控制。 13 低壓開關(guān)柜 低壓配電所低壓開關(guān)柜中， 涉及為還原爐電器 設(shè)備供電的主要有兩部分