Система охлаждения колпака реактора для выращивания поликристаллического кремния

Авторы патента:

Гавриленко Ксения Валериевна (RU)

Сарапулов Кирилл Борисович (RU)

Панов Петр Иннокентьевич (RU)

Сотников Павел Анатольевич (RU)

Кутаков Виктор Васильевич (RU)

C30B35 - Выращивание монокристаллов непосредственно из твердого состояния (однонаправленное разделение эвтектик на составные части C30B 3/00; под защитной жидкостью C30B 27/00)

C30B29/06 - кремний

C30B28/12 - непосредственно из газообразного состояния

C01B33/035 - разложением или восстановлением газообразных или испаряемых соединений кремния в присутствии нагретых волокон кремния, углерода или тугоплавкого металла, например тантала или вольфрама, или в присутствии нагретых кремниевых прутков, на которые осаждается образующийся кремний (при этом получается кремниевый пруток), например процесс Сименса

Владельцы патента RU 2451118:

Открытое акционерное общество "Красноярский машиностроительный завод" (RU)

Изобретение относится к устройствам, специально предназначенным для выращивания поликристаллического кремния, а именно к системе охлаждения колпака реактора для выращивания поликристаллического кремния, преимущественно путем осаждения из газовой фазы на подогреваемые стержневые подложки (основы). Система охлаждения колпака реактора состоит из двух жидкостных циркуляционных контуров. Первый жидкостный циркуляционный контур 1 образован между внутренней 2 и наружной 3 рубашками охлаждения и снабжен патрубками ввода 4 и вывода 5 охлаждающей среды, второй жидкостный циркуляционный контур 6, образован цилиндрической обечайкой 7, установленной внутри колпака реактора и жестко связанной с внутренней 2 рубашкой охлаждения и шпангоутом 8. Система снабжена дополнительными патрубками ввода 9 и вывода 10 охлаждающей среды. Цилиндрическая обечайка 7 может быть выполнена из аустенитной стали, внутренняя рубашка охлаждения 2 - из биметалла: аустенитная сталь - углеродистая сталь, а шпангоут - из углеродистой стали. Образование второго контура охлаждения обеспечивает охлаждение шпангоута с внутренней стороны реактора, что улучшает температурные условия работы шпангоута. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Известен реактор для получения стержней поликристаллического кремния фирмы «Ваккер» (Германия), система охлаждения колпака реактора которого содержит колпак, жидкостный циркуляционный контур, образованный между внутренней и наружной рубашками охлаждения, шпангоутом и патрубками ввода и вывода охлаждающей среды (Фалькевич Э.С. Технология полупроводникового кремния. М.: Металлургия, 1992, с.218-219).

Такая система охлаждения не обеспечивает охлаждения шпангоута, уплотнительный элемент, устанавливаемый между поддоном и шпангоутом, часто выходит из строя.

Кроме того, при циркуляции охлаждающей среды в едином межрубашечном пространстве образуются застойные зоны, особенно в нижней части колпака, способствующие перегреву шпангоута.

Наиболее близким аналогам является реактор для получения стержней поликристаллического кремния, система охлаждения колпака реактора которого содержит колпак, жидкостной циркуляционный контур, образованный между внутренней и наружной рубашками охлаждения, направляющие ребра между ними, шпангоут и патрубки ввода и вывода охлаждающей среды (Патент WO 2010083899, МПК С01В 33/035, 2010-07-29).

Установка направляющих ребер на наружной поверхности внутренней рубашки охлаждения увеличивает ее поверхность и значительно улучшает теплопередачу между охлаждающей жидкостью и поверхностью рубашки, но не исключает местный поверхностный перегрев шпангоута с внутренней стороны реактора.

Применение аустенитной стали для изготовления шпангоута, обладающей плохой теплопроводностью, также способствует перегреву шпангоута.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является улучшение условий охлаждения шпангоута.

Технический результат достигается за счет того, что система охлаждения колпака реактора для выращивания поликристаллического кремния, содержащая жидкостный циркуляционный контур, образованный между внутренней и наружной рубашками охлаждения, шпангоут и патрубки ввода и вывода охлаждающей среды, дополнительно снабжена вторым циркуляционным контуром, который образован цилиндрической обечайкой, размещенной внутри колпака реактора, жестко связанной с внутренней рубашкой охлаждения и шпангоутом, и снабжен дополнительными патрубками ввода и вывода охлаждающей среды.

Цилиндрическая обечайка выполнена из аустенитной стали, внутренняя рубашка охлаждения выполнена из биметалла: аустенитная сталь - углеродистая сталь, а шпангоут выполнен из углеродистой стали.

Образование второго контура охлаждения цилиндрической обечайкой, размещенной внутри колпака реактора, жестко связанной с внутренней рубашкой охлаждения и шпангоутом, обеспечивает охлаждение шпангоута с внутренней стороны реактора, что улучшает температурные условия работы шпангоута.

За счет того, что цилиндрическая обечайка выполнена из аустенитной стали, внутренняя рубашка охлаждения выполнена из биметалла: аустенитная сталь - углеродистая сталь, а шпангоут выполнен из углеродистой стали, также обеспечивается улучшение условий охлаждения шпангоута.

Кроме того, при сохранении химически стойкой поверхности из аустенитной стали внутри колпака реактора, наружные его части выполнены из углеродистой стали, что уменьшает стоимость конструкции.

На рис.1 - общий вид системы охлаждения контура реактора; на рис.2 - вид А на рис.1.

Система охлаждения колпака реактора состоит из двух жидкостных циркуляционных контуров. Первый жидкостной циркуляционный контур 1 образован между внутренней 2 и наружной 3 рубашками охлаждения и снабжен патрубками ввода 4 и вывода 5 охлаждающей среды, второй жидкостной циркуляционный контур 6, образован цилиндрической обечайкой 7, установленной внутри колпака реактора и жестко связанной сваркой с внутренней 2 рубашкой охлаждения и шпангоутом 8. Система снабжена дополнительными патрубками ввода 9 и вывода 10 охлаждающей среды. Цилиндрическая обечайка 7 выполнена из аустенитной стали, внутренняя 2 рубашка охлаждения выполнена из биметалла: аустенитная сталь - углеродистая сталь, а шпангоут 8 выполнен из углеродистой стали.

Система работает следующим образом. Через патрубок 4 под давлением подается охлаждающая среда (например вода) в первый жидкостной циркуляционный контур 1, образованный между внутренней 2 и наружной 3 рубашками охлаждения, охлаждая колпак реактора. Одновременно, через дополнительный патрубок 9 в шпангоуте 8 охлаждающая среда подается во второй жидкостной циркуляционный контур 6, образованный цилиндрической обечайкой 7, установленной внутри колпака реактора, внутренней 2 рубашкой охлаждения и шпангоутом 8, охлаждая нижнюю часть колпака реактора и шпангоут с внутренней стороны реактора. Пройдя по жидкостным циркуляционным контурам 1, 6, охлаждающая среда выходит из первого контура через патрубок вывода 5 и из второго через дополнительный патрубок 10 вывода охлаждающей среды.

1. Система охлаждения колпака реактора для выращивания поликристаллического кремния, содержащая жидкостный циркуляционный контур, образованный между внутренней и наружной рубашками охлаждения и шпангоутом, с патрубками ввода и вывода охлаждающей среды, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена вторым циркуляционным контуром, который образован цилиндрической обечайкой, помещенной внутри колпака реактора, жестко связанной с внутренней рубашкой охлаждения и шпангоутом, и снабжен дополнительными патрубками ввода и вывода охлаждающей среды.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрическая обечайка выполнена из аустенитной стали, внутренняя рубашка охлаждения выполнена из биметалла: аустенитная сталь - углеродистая сталь, а шпангоут выполнен из углеродистой стали.

Изобретение относится к кристаллографии, а более конкретно - к устройству для выращивания кристаллов биологических макромолекул, например кристаллов белка. .

Подвеска-токоподвод для стержневых подложек // 2409709

Изобретение относится к получению полупроводниковых материалов, преимущественно поликристаллического кремния, путем осаждения из газовой фазы на подогреваемые подложки и может быть использовано в реакторах с резистивным подогревом стержневых подложек и с верхним токоподводом.

Насос для подачи жидких сред в установках выращивания кристаллов // 2402645

Изобретение относится к технике, связанной с выращиванием кристаллов из пересыщенных водных растворов, и может быть использовано при скоростном выращивании профилированных кристаллов (например, типа KH2PO4, KD2PO4 , Ва(NO3)2 и др.).

Роторный осевой насос для использования преимущественно в кристаллизационных установках // 2323280

Изобретение относится к технике, связанной с выращиванием кристаллов из растворов, и может быть использовано при скоростном выращивании профилированных кристаллов (например, КН 2РО4, KD2PO 4, BaNO3 и др.).

Резервуар для приема расплавленного кремния или для плавления кремния и способ его изготовления // 2303663

Изобретение относится к созданию резервуара для хранения расплавленного кремния и способа его изготовления. .

Способ получения циркониевого электрокорунда и кристаллизатор для его получения // 2271334

Изобретение относится к производству абразивных материалов, в частности к производству высокопрочных корундовых материалов, применяемых для изготовления абразивных кругов.

Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки поверхности // 2223570

Циркониевый электрокорунд, способ его получения и кристаллизатор для его получения // 2144502

Устройство для получения термоэлектрических материалов // 2107116

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению и может найти применение в создании высокоэффективных преобразователей на основе полупроводниковых материалов для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, например, в холодильниках, термостатах, агрегатах для кондиционирования воздуха и других устройствах.

Способ изготовления ячейки для проведения реакции с агрессивными летучими веществами // 2033255

Изобретение относится к металлургии, препаративной и физической химии и может быть использовано для получения ячеек для проведения реакций с агрессивными летучими веществами.

Способ очистки кремния // 2445258

Изобретение относится к технологии получения чистого кремния (поликристаллического, монокристаллического, гранулированного и/или его штабиков), используемого для производства солнечных коллекторов или интегральных схем.

Способ изготовления волокон, состоящих из кремния или материала на основе кремния, и их применение в перезаряжаемых литиевых аккумуляторах // 2444092

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления электрода на основе волокон из кремния или материала на основе кремния в качестве активного материала в перезаряжаемых литиевых аккумуляторах.

Способ получения кремния // 2441838

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к переработке кремнистых пород для получения полупроводникового кремния, который может быть использован при изготовлении солнечных элементов и в электронной технике.

Способ формирования слоя поликристаллического кремния на стержневой основе // 2428525

Изобретение относится к хлорсилановой технологии получения поликристаллического кремния и может быть использовано в производстве полупроводниковых материалов и электронных приборов.

Способы и аппаратура для производства монокристаллического литого кремния и изделий из монокристаллического литого кремния для фотоэлементов // 2425183

Изобретение относится к технологии производства литого кремния: моно- или поликристаллического, используемого в фотоэлектрических элементах и других полупроводниковых устройствах.

Кристаллизатор для обработки расплавленного кремния и способ его изготовления // 2423558

Изобретение относится к оборудованию для кристаллизации расплавленного кремния или металлургической обработки для получения кремния очень высокой чистоты. .

Подвеска-токоподвод для стержневых подложек // 2409709

Способ получения поликристаллического кремния // 2409518

Изобретение относится к получению поликристаллического кремния газофазным осаждением на нагретые подложки и может быть использовано для производства полупроводниковых материалов, солнечных элементов и в микроэлектронике.

Тигель для кристаллизации кремния и способ его изготовления // 2401889

Устройство для крепления стержней-подложек в реакторе выращивания поликристаллического кремния // 2398055

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению поликристаллического кремния осаждением на нагретые стержни-подложки в процессе водородного восстановления кремния из хлорсиланов.

Разъемный реактор для получения стержней поликристаллического кремния // 2382836

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению исходного поликристалличсского кремния осаждением на нагретые стержни (основы) в процессе водородного восстановления хлорсиланов.