多晶硅的分類的制作方法
【專利說明】多晶硅的分類
[0001] 本發(fā)明涉及多晶硅的分類方法。
[0002] 多晶娃(polycrystalline silicon)用作通過提拉法(CZ)或者區(qū)恪法(FZ)生產用 于半導體的單晶硅的原料，以及用于通過各種提拉法和鑄造法生產用于光伏的太陽能電池 的單晶娃或多晶娃(multicrystalline silicon)的原料。
[0003] 多晶硅通常通過西門子法來制備。該方法包括通過在鐘罩形反應器（"西門子反應 器"）中直接通入電流加熱支撐體，通常為硅的細絲棒，之后通入包括氫氣和一種或多種含 硅組分的反應氣體。通常，所使用的含硅組分為三氯硅烷（SiHCl 3，TCS)或者三氯硅烷與二 氯硅烷(SiH2Cl2，DCS)和/或四氯硅烷(SiCl 4，STC)的混合物。雖然不太常見，但是在工業(yè)規(guī) 模上，使用硅烷（SiH4)。將絲棒垂直插入反應器底部的電極中，通過電極使它們連接電源。 高純度多晶硅沉積到經加熱的絲棒和水平橋上，因此絲棒的直徑隨著時間而增大。棒冷卻 后，打開反應器的鐘形罩并用手或者在特定裝置，稱作卸載輔助器，的輔助下取出棒用于進 一步加工或者中間存儲。對于大部分應用而言，將多晶硅棒破碎成小的晶塊，然后通常根據(jù) 尺寸將其分類。
[0004] 多晶硅顆?；蛘哳w粒狀多晶硅是西門子法中制備的多晶硅的另一種選擇。西門子 法中所獲得的多晶硅為圓柱形硅棒，其必須以耗時且昂貴的方式破碎成晶塊，并且在其進 一步處理之前可能還需要清洗，而顆粒狀多晶硅具有松散材料的特性并且可直接用作原 料，例如用于光伏和電子工業(yè)的單晶硅生產。在流化床反應器中制備顆粒狀多晶硅。這通過 在流化床中的氣體流使硅顆粒流化來完成，所述流化床中的氣體流通過加熱裝置被加熱至 高溫。加入含硅反應氣體導致在熱的顆粒表面上發(fā)生熱解反應。這導致元素硅沉積在硅顆 粒上并且在顆粒尺寸上生長。通過定期除去顆粒尺寸增大的顆粒并加入小的硅顆粒作為晶 種顆粒，可連續(xù)運行該方法，并具有所有相關的優(yōu)點。所使用的含硅反應氣體可以是硅鹵化 物(例如氯硅烷或溴硅烷），甲硅烷(SiH 4)，以及這些氣體與氫氣的混合物。
[0005] 制得多晶硅顆粒后，將多晶硅顆粒通過篩分系統(tǒng)分成兩個或多個部分。
[0006]之后可將最小的篩網部分(篩下尺寸)在研磨系統(tǒng)中處理以獲得晶種顆粒并加入 到反應器中。
[0007]通常將目標篩網部分包裝。
[0008] US 2009081108 A1公開了一種根據(jù)尺寸和質量人工分揀多晶硅的工作臺。其使用 電離系統(tǒng)通過活性空氣電離來中和靜電電荷。離子發(fā)生器使用離子滲透清潔室的空氣，使 得絕緣體和未接地的導體上的靜電荷被耗盡。
[0009] 通常，粉碎后使用篩分機將多晶硅分揀或分類成不同尺寸等級。
[0010] 篩分機通常是用于篩分的機器，即通過顆粒尺寸分離固體混合物。
[0011] 平面振動篩分機和重力篩分機的區(qū)別在于它們的運動特性。
[0012] 篩分機通常由電磁驅動或者由不平衡電機或驅動器來驅動。
[0013] 篩網襯里的運動用于將所施加的材料沿篩網的縱向輸送，并通過篩孔使細粒部分 通過。
[0014] 與平面振動篩分機相反的是，在重力篩分機中還發(fā)生垂直的篩網加速度和水平的 篩網加速度。
[0015] 在重力篩分機中，垂直的投擲運動與溫和的旋轉運動結合。這樣的效果是將樣品 材料分布在篩板的整個區(qū)域，并且顆粒在垂直方向（向上投擲)同時經歷加速。在空中，它們 可進行自由旋轉并且當它們落回到篩網上時，與篩網織物的網孔相比較。如果顆粒比網孔 小，它們通過篩網；如果顆粒比網孔大，它們被再次向上投擲。旋轉運動確保它們在下一次 碰撞篩網織物時具有不同的取向，并因此可能最終通過網孔。
[0016] 在平面篩分機中，篩分塔在平面上進行水平圓周運動。結果是，大部分顆粒在篩網 織物上保持它們的取向。平面篩分機優(yōu)選用于針狀、片狀、細長或纖維狀的篩分材料，其中 將樣品材料向上投擲不一定是有利的。
[0017] -個具體類型是多層式篩分機，其可同時分離若干個顆粒尺寸。將它們設計用于 中等顆粒至超細顆粒范圍的清晰分離。
[0018] 多層式平面篩分機的驅動原理是基于在相反方向上運行的兩個不平衡電機，其產 生線性振動。篩分材料在水平分離表面上沿直線運動。該機器工作時具有低振動加速度。 [00 19] 通過積木式系統(tǒng)(building block system)，可將多個篩板組裝形成篩網堆疊。因 此，如果需要，可在單個機器中制得不同的顆粒尺寸而無需改變篩網襯里。通過多次重復相 同的篩板順序，可使大量篩網面積用于篩分材料。
[0020] US 8021483 B2公開了一種用于分類多晶硅片的裝置，其包括振動電機組件和安 裝到振動電機組件上的布式板分類器(step deck classifier)。振動電機組件確保娃片在 包含凹槽的第一板上運動。在流化床區(qū)域，通過多孔板的空氣流除去粉塵。在第一板的成型 區(qū)域(profi 1 ed region)中，娃片沉降到凹槽中或者留在凹槽頂?shù)纳戏?。當多晶娃片到達第 一板的端部時，比間隙小的硅片落入間隙和傳送帶上。較大的硅片通過間隙并落在第二板 上。與多晶硅片接觸的設備的部件由使硅污染最小化的材料構成。所述實例包括碳化鎢、 PE、PP、PFA、PU、PVDF、PTFE、硅和陶瓷。
[0021] US 2007235574 A1公開了一種用于粉碎和分類多晶硅的裝置，其包括用于將粗多 晶硅部分進料到粉碎系統(tǒng)的部件、粉碎系統(tǒng)以及用于將經粉碎的多晶硅部分分類的分選系 統(tǒng)，其中所述裝置配備有控制器，這使得可調節(jié)粉碎系統(tǒng)中的至少一個粉碎參數(shù)和/或分選 系統(tǒng)中的至少一個分選參數(shù)。所述分選系統(tǒng)更優(yōu)選由多級機械篩分系統(tǒng)和多級光電分離系 統(tǒng)構成。優(yōu)選使用振動篩分機，其由不平衡電機驅動。網狀篩網和多孔篩網優(yōu)選用作篩網襯 里。
[0022]篩分級可以串聯(lián)形式或以另一種結構形式例如樹狀結構布置。篩網優(yōu)選以樹狀結 構布置在三個級中。優(yōu)選通過光電分離系統(tǒng)篩選出不含細粒組分的壓碎的多晶硅部分。多 晶硅部分可根據(jù)現(xiàn)有技術中已知的成像處理的所有標準來進行分選。優(yōu)選根據(jù)選自以下的 一至三個標準來進行分選：多晶硅碎片的長度、面積、形狀、形態(tài)、顏色和重量，更優(yōu)選長度 和面積。
[0023] 這可產生以下部分：
[0024]部分0:晶塊尺寸的分布為約0_3mm
[0025] 部分1:晶塊尺寸的分布為約Imm-lOmm
[0026] 部分2:晶塊尺寸的分布為約10mm-40mm
[0027] 部分3:晶塊尺寸的分布為約25mm-65mm
[0028] 部分4:晶塊尺寸的分布為約50mm-110mm
[0029] 部分5:晶塊尺寸的分布為約>90mm-250mm
[0030] US 2007235574 A1對這些部分中的晶塊尺寸的確切分布沒有說明。
[0031] US 5165548 A公開了一種通過尺寸將半導體等級的硅片分離的裝置，其包括圓柱 形篩網，所述圓柱形篩網與用于旋轉圓柱形篩網的部件接觸，其中與硅片接觸的篩網表面 基本上由半導體等級硅構成。
[0032] US 7959008 B2要求保護一種用于從包含第一顆粒和第二顆粒的顆粒物中篩選出 第一顆粒的方法，所述方法是通過將所述顆粒物沿著優(yōu)選來自振動單元的第一篩網表面輸 送，其中第一顆粒的長徑比為al，其中 &1>11:1且11 = 2、3、>3，尤其是&1>3:1，并且第二顆粒的 尺寸使其落入第一篩網表面的篩孔，其中將所述顆粒物沿著所述表面和在篩網表面延伸的 覆蓋物之間的篩網表面輸送，并且該覆蓋物使第一顆粒與其沿著篩網表面延伸的縱向軸排 列，其中每個第一顆粒的縱向延伸大于形成第一篩網表面的篩網的篩孔寬度，并且第二顆 粒的縱向延伸等于或小于篩孔寬度。
[0033] EP 1454679 B1描述了一種篩分設備，其具有配置有第一橫向構件的振動體，和配 置有第二橫向構件的第二振動體，其中所述第一橫向構件和第二橫向構件交替放置并具有 夾持裝置，使得在每種情況下彈性篩網襯里可夾在一個第一橫向構件和一個第二橫向構件 之間，并且具有驅動單元，所述驅動單元直接連接到第一振動體并通過其正向驅動第一振