Устройство для конверсии тетрахлорида кремния и напыления поликристалилического кремния


B01J19 - Химические, физические или физико-химические способы общего назначения (физическая обработка волокон, нитей, пряжи, тканей, пера или волокнистых изделий, изготовленных из этих материалов, отнесена к соответствующим рубрикам для такого вида обработки, например D06M 10/00); устройства для их проведения (насадки, прокладки или решетки, специально предназначенные для биологической обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод C02F 3/10; разбрызгивающие планки или решетки, специально предназначенные для оросительных холодильников F28F 25/08)

 

Полезная модель относится к производству поликристаллического кремния. Устройство для конверсии тетрахлорида кремния и напыления поликристаллического кремния включает плазменный реактор, снабженный патрубком подачи инертного газа, системой подачи компактного алюминия, например, алюминиевой проволоки, системой выпуска газовой смеси в реакционное пространство, подложку для осаждения поликристаллического кремния с устройством термостатирования подложки, блок пространственного распределения напыляемого поликристаллического кремния. К корпусу плазменного реактора закреплены системы ввода в реакционное пространство парообразного хлорида алюминия и парообразного тетрахлорида кремния с размещением патрубка системы ввода парообразного тетрахлорида кремния, ниже патрубка системы ввода парообразного хлорида алюминия. Устройство также снабжено системой отвода газовой смеси (инертного газа и хлорида алюминия) из реакционного пространства, выполненной с возможностью возврата инертного газа в плазменный реактор. Часть устройства, включающая реакционное пространство с системой выпуска газовой смеси из плазменного реактора, подложку для осаждения поликристаллического кремния с устройством термостатирования подложки, заключена в герметичный корпус. Устройство позволяет получать пленку поликристаллического кремния требуемой чистоты, пригодной для фотогальваники. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к производству поликристаллического кремния и касается устройства для конверсии тетрахлорида кремния в поликристаллический кремний и его напыления с целью получения фотогальванических преобразователей энергии.

Известно устройство для гидрирования тетрахлорида кремния, позволяющее производить процесс с высокой степенью конверсии тетрахлорида кремния в трихлорсилан (Патент RU 2278076, С01В 33/107, 2006.06.20), и устройства для получения поликристаллического кремния из трихлорсилана его водородным восстановлением при высоком давлении и с низким выходом (Сименс-процесс) (Патенты US 4102764, В01J 10/00; С01В 33/02; С01В 33/027, 1978.07.25; 4102985, С01В 33/02; С01В 33/027; С01В 33/00, 1978.07.25). Эти устройства чрезвычайно сложны по конструкции и режимам работы, и не позволяют достигнуть высокой степени конверсии тетрахлорида кремния за один проход. Кроме того, они требуют для своей работы дополнительно большого количества вспомогательного оборудования, в частности, для конверсии попутно генерируемых хлоридов и гидрохлоридов (хлорсиланов) кремния.

Известно устройство, близкое по конструкции к заявляемому, предназначенное для восстановления паров тетрахлорида кремния с использованием пара металла, например, магния, натрия, подаваемых в устройство извне. (Патент US 4139438 В01К 1/00; С01В 33/02, 1979.02.13).

Известное устройство не позволяет получать пленку поликристаллического кремния. Получаемый в устройстве кремний загрязнен хлоридами натрия или магния, образующимися при восстановлении кремния, так как их температура кипения превышает оптимальное значение температур, необходимых для формирования требуемых полупроводниковых характеристик пленки поликристаллического кремния.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для получения поликристаллического кремния методом цинкотермии (ЕР1550636, С01В 33/035, 2005.07.06), имеющее закрытую от окружающей атмосферы реакционную зону и систему подвода паров реагентов. Устройство дает выход кремния, близкий к 100%, но при этом не обеспечивает возможность получения пленки поликристаллического кремния, пригодной для фотогальваники. Пары восстановителя, в данном случае цинка, имеющего температуру кипения 907°С, также имеют температуру выше оптимальной, требуемой для получения пленки поликристаллического кремния, пригодной для фотогальваники, поступают в устройство извне, контактируя со стенками корпуса и другими элементами конструкции, загрязняя конечный продукт примесями из конструкционных материалов. Для осуществления процесса очистки требуется дополнительный переплав кремния при пониженном давлении, и, следовательно, дополнительное оборудование, что ведет к удорожанию устройства и повышению себестоимости конечного продукта - поликристаллического кремния. Кроме того, возврат металла-восстановителя в процесс требует его электролитического восстановления из хлорида - ZnCl2 в высокотемпературных солевых электролизерах, что сопряжено с его загрязнением электролитом и материалом электродов. Повышает стоимость устройства и необходимость применения специальных материалов для его изготовления, способных выдерживать высокотемпературный режим процесса.

Задачей, которую решает заявляемая полезная модель, является снижение себестоимости поликристаллического кремния за счет повышения до 100% выхода поликристаллического кремния без необходимости его дополнительной очистки и снижения стоимости устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для конверсии тетрахлорида кремния и напыления поликристаллического кремния, включающем плазменный реактор с патрубками подвода и вывода реагентов, подложку для осаждения поликристаллического кремния с устройством термостатирования подложки, блок пространственного распределения напыляемого поликристаллического кремния, согласно полезной модели, плазменный реактор снабжен патрубком подачи инертного газа, системой подачи компактного алюминия, например, алюминиевой проволоки, системой выпуска газовой смеси в реакционное пространство, размещенное между подложкой для осаждения поликристаллического кремния и плазменным реактором, к корпусу плазменного реактора закреплены системы ввода в реакционное пространство парообразного хлорида алюминия и парообразного тетрахлорида кремния с размещением патрубка системы ввода парообразного тетрахлорида кремния, ниже патрубка системы ввода парообразного хлорида алюминия, устройство также снабжено системой отвода газовой смеси (инертного газа и хлорида алюминия) из реакционного пространства, выполненной с возможностью возврата инертного газа в плазменный реактор, часть устройства, включающая реакционное пространство с системой выпуска газовой смеси из плазменного реактора, подложку для осаждения поликристаллического кремния с устройством термостатирования подложки, заключена в герметичный корпус.

Плазменный реактор может быть выполнен в виде диспергатора.

Плазменный реактор может быть выполнен в виде испарителя.

Устройство может быть выполнено полностью заключенным в герметичный корпус.

Сущность устройства поясняется чертежом.

На чертеже схематически представлено устройство для конверсии тетрахлорида кремния и напыления поликристаллического кремния.

Устройство состоит из плазменного реактора 1, с патрубком подачи инертного газа 2, системой подачи компактного алюминия 3, системой выпуска газовой смеси 4, системы ввода парообразного хлорида алюминия 5; системы ввода парообразного тетрахлорида кремния 6, реакционного пространства 7, подложки для осаждения поликристаллического кремния 8, устройства термостатирования подложки 9; системы отвода газовой смеси (инертного газа и хлорида алюминия) из реакционного пространства 10; блока пространственного распределения напыляемого поликристаллического кремния 11.

Плазменный реактор 1 может быть выполнен в виде диспергатора, представляющего собой плазмотрон или в виде испарителя и предназначен для формирования высокотемпературного гетерогенного потока инертного газа, запыленного ультрадисперсными каплями алюминия, система ввода парообразного хлорида алюминия 5 предназначена для ввода в реакционное пространство в гетерогенный газовый поток инертного газа с алюминием хлорида алюминия в виде пара. Устройство ввода тетрахлорида кремния 6 предназначено для формирования реакционной гомогенной газовой смеси Ar+АlСlx+SiCl4 . Патрубок системы ввода тетрахлорида кремния расположен ниже патрубка ввода хлорида алюминия, с целью предотвращения нежелательных реакций между тетрахлоридом кремния и алюминием, которые ведут к инкапсулированию алюминия в кремниевую оболочку.

Устройство термостатирования подложки 9 предназначено для поддержания требуемой для осаждения поликристаллического кремния температуры подложки 8 и представляет собой по сути холодильник, отводящий тепло приносимого конвекционным путем из газовой струи, тепло реакции восстановления вблизи подложки и тепло конденсации кремния по подложке.

Система отвода газовой смеси (инертного газа и хлорида алюминия) из реакционного пространства 10 предназначена для отвода с поверхности подложки газовой смеси инертного газа и хлорида алюминия, ее охлаждения до комнатной температуры, отделения кристаллов хлорида алюминия и возврата инертного газа в цикл.

Блок пространственного распределения напыляемого поликристаллического кремния 11 предназначен для равномерного или программируемого нанесения пленки поликристаллического кремния по поверхности подложки, путем относительного программируемого перемещения подложки и газовой струи.

Герметичный объем (на рисунке не показан) предназначен для защиты газовых потоков и горячей подложки от контакта с воздухом при атмосферном давлении.

Устройство работает следующим образом:

Инертный газ требуемой чистоты, например, аргон, подается в плазменный реактор (диспергатор, испаритель), где в зависимости от скорости его подачи нагревается до такой температуры, чтобы его энтальпии было достаточно для диспергирования алюминия и поддержания температуры в зоне эндотермической реакции восстановления хлорида алюминия выше 1000°С. Из плазменного реактора выходит гетерогенный газовый поток, представляющий собой смесь инертного газа и капель расплавленного алюминия микронных и субмикронных размеров. В этот поток вводят хлорид алюминия, в результате чего начинается его восстановление металлом до субхлорида. Ниже по потоку в образовавшуюся гомогенную газовую смесь вводится пар тетрахлорида кремния. В результате химических реакций атомы восстановленного кремния оседают на подложку с образованием пленки поликристаллического кремния. Инертный газ и побочный продукт реакции - пар хлорида алюминия через систему отвода газовой смеси выводятся из зоны реакций и поступают на охлаждение и разделение. Очищенный от примесей твердых частиц инертный газ поступает на дополнительную очистку от неконденсируемых газов (кислорода, азота) и затем возвращается в процесс. Хлорид алюминия также частично может возвращаться в цикл, основная его часть выводится из процесса в кристаллическом виде и удаляется из герметичного объема.

Заявляемое устройство для конверсии тетрахлорида кремния и напыления поликристаллического кремния позволяет:

- обеспечить максимально возможную полноту прохождения суммарной реакции вводимых реагентов;

- проводить процесс с высокой степенью конверсии (выходом) тетрахлорида кремния в поликристаллический кремний в виде пленки на поверхности подложки;

- сократить число технологических переделов и потери энергии за счет объединения в одном герметичном объеме процессов синтеза восстановителя и напыления поликристаллического кремния с получением пленки поликристаллического кремния требуемой чистоты и с геттерирующей примесью алюминия, повышающей эксплуатационные свойства поликристаллического кремния, которую можно использовать для производства фотогальванических элементов без дополнительной обработки;

- в отличие от многих устройств, используемых в металлургии кремния, снизить требования к стойкости конструкционных материалов в хлор- или/и кислородсодержащей среде, поскольку отсутствует контакт этих материалов с высокотемпературными потоками активных газов;

- снизить себестоимость поликристаллического кремния за счет повышения конверсии тетрахлорида кремния в поликристаллический кремний до 100%.

1. Устройство для конверсии тетрахлорида кремния и напыления поликристаллического кремния, включающее плазменный реактор с патрубками подвода и вывода реагентов, подложку для осаждения поликристаллического кремния с устройством термостатирования подложки, блок пространственного распределения напыляемого поликристаллического кремния, отличающееся тем, что плазменный реактор снабжен патрубком подачи инертного газа, системой подачи компактного алюминия, например, алюминиевой проволоки, системой выпуска газовой смеси в реакционное пространство, размещенное между подложкой для осаждения поликристаллического кремния и плазменным реактором, к корпусу плазменного реактора закреплены системы ввода в реакционное пространство парообразного хлорида алюминия и парообразного тетрахлорида кремния с размещением патрубка системы ввода парообразного тетрахлорида кремния, ниже патрубка системы ввода парообразного хлорида алюминия, устройство также снабжено системой отвода газовой смеси (инертного газа и хлорида алюминия) из реакционного пространства, выполненной с возможностью возврата инертного газа в плазменный реактор, часть устройства, включающая реакционное пространство с системой выпуска газовой смеси из плазменного реактора, подложку для осаждения поликристаллического кремния с устройством термостатирования подложки, заключена в герметичный корпус.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что плазменный реактор выполнен в виде диспергатора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что плазменный реактор выполнен в виде испарителя.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выполнено полностью заключенным в единый герметичный корпус.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкциям канализационных колодцев с люками и других подземных сооружений, в частности тех, которые расположены на проезжей части и тротуарах, особенно к проблемам восстановления деформированных люков колодцев подземных коммуникаций с антивандальной конструкцией

Полезная модель относится к устройствам для прямого плазменного восстановления поликристаллического кремния из природного кварца
Наверх