KR101057101B1 - Fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon and polycrystalline silicon manufacturing method using the same - Google Patents
Fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon and polycrystalline silicon manufacturing method using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101057101B1 KR101057101B1 KR1020100099457A KR20100099457A KR101057101B1 KR 101057101 B1 KR101057101 B1 KR 101057101B1 KR 1020100099457 A KR1020100099457 A KR 1020100099457A KR 20100099457 A KR20100099457 A KR 20100099457A KR 101057101 B1 KR101057101 B1 KR 101057101B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- chamber
- silicon
- fluidized bed
- bed reactor
- producing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 113
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 82
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 63
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 82
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 82
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 82
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 72
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 47
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 37
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 claims description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 16
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 10
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 8
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 8
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-2,2-bis(chloromethyl)propane Chemical compound ClCC(CCl)(CCl)CCl KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 claims description 5
- SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N chlorosilicon Chemical compound Cl[Si] SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 5
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 4
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- BUMGIEFFCMBQDG-UHFFFAOYSA-N dichlorosilicon Chemical compound Cl[Si]Cl BUMGIEFFCMBQDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
- B01J8/1827—Feeding of the fluidising gas the fluidising gas being a reactant
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
- B01J8/38—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it
- B01J8/384—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it being subject to a circulatory movement only
- B01J8/386—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it being subject to a circulatory movement only internally, i.e. the particles rotate within the vessel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
- B01J2208/00132—Tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
- B01J2208/0015—Plates; Cylinders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
- B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
- B01J2208/00893—Feeding means for the reactants
- B01J2208/00902—Nozzle-type feeding elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
- B01J2208/00991—Disengagement zone in fluidised-bed reactors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
- B01J2219/0218—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components of ceramic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/025—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties characterised by the construction materials of the reactor vessel proper
- B01J2219/0277—Metal based
- B01J2219/0286—Steel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기 및 이를 이용한 다결정 실리콘 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 챔버 하부에서 유동가스를 주입하여 챔버 상부에서 반응이 일어나는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기에 있어서, 밀폐형의 챔버; 상기 챔버 내부에 위치한 관 형태의 가열장치; 상기 가열장치 내부로 유동가스가 공급될 수 있도록 챔버 하부에 형성된 유동가스 제1공급관; 및 상기 가열장치 내부에 유동가스 속도를 증가시키는 벤츄리를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기 및 이를 이용한 다결정 실리콘 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon and a method for producing polycrystalline silicon using the same. More particularly, in a fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon in which a reaction is performed at the top of the chamber by injecting a fluid gas from the bottom of the chamber. chamber; A tubular heating device located inside the chamber; A flow gas first supply pipe formed under the chamber to supply the flow gas into the heating device; And it provides a fluidized bed reactor for producing a particulate polycrystalline silicon and a polycrystalline silicon manufacturing method using the same, characterized in that it comprises a venturi to increase the flow gas velocity inside the heating device.
Description
본 발명은 다결정실리콘(polycrystalline silicon) 제조용 유동층 반응기 및 이를 이용한 다결정 실리콘 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유동층 반응기를 이용하여 입자형태의 다결정실리콘을 대량으로 생산하는데 있어 가열장치에 실리콘이 석출되어 누적되는 것을 효율적으로 방지하여 반응기를 연속적으로 운전할 뿐만 아니라 입자크기를 선별하고 고순도의 실리콘 입자를 생산할 수 있는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기 및 이를 이용한 다결정 실리콘 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fluidized bed reactor for producing polycrystalline silicon and a method for producing polycrystalline silicon using the same, and more particularly, in the production of a large amount of polycrystalline silicon in the form of particles using a fluidized bed reactor, silicon is deposited in a heating apparatus. The present invention relates to a fluidized bed reactor for producing polycrystalline silicon and a method for producing polycrystalline silicon using the same, which efficiently prevents accumulation and not only continuously operate the reactor but also select particle sizes and produce high purity silicon particles.
다결정실리콘을 제조하기 위하여 실리콘 성분을 함유하는 반응가스의 열분해 또는 수소환원 반응으로 종입자 실리콘 표면에 실리콘 성분을 계속적으로 석출시키는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 방식이 일반적으로 사용된다. 그러나 이 공법은 batch process로서 생산 시간이 길다.In order to prepare polycrystalline silicon, a chemical vapor deposition (CVD) method in which a silicon component is continuously deposited on a surface of a seed particle silicon by pyrolysis or hydrogen reduction of a reaction gas containing a silicon component is generally used. However, this process is a batch process with a long production time.
이와 같이 반도체 분야에 사용되는 다결정실리콘의 상업적 대량생산을 위하여, 주로 종형(bell jar type)의 반응기가 사용되어 오고 있으며, 이 반응기를 사용하여 제조된 다결정실리콘 제품의 직경은 약 50 ∼ 300 mm이다. 전기저항가열이 핵심인 상기 종형 반응기는 실리콘 석출로 증가하는 봉의 직경에 한계가 있으므로 제품을 연속적으로 생산할 수 없을 뿐만 아니라, 약 1,000 ℃ 이상의 반응온도로 실리콘 봉 표면을 유지시키기 위한 전력소모량이 아주 큰 단점을 가지고 있다. 이러한 한계로 인해 상기 공정은 batch 공정으로 진행할 수 밖에 없다.As such, a bell jar type reactor has been mainly used for commercial mass production of polycrystalline silicon used in the semiconductor field, and the diameter of the polycrystalline silicon product manufactured using the reactor is about 50 to 300 mm. . Since the vertical reactor, in which electric resistance heating is the core, has a limit on the diameter of the rod that increases due to the precipitation of silicon, not only the product cannot be continuously produced, but also the power consumption for maintaining the surface of the silicon rod at a reaction temperature of about 1,000 ° C. or more is very large. It has a disadvantage. Due to this limitation, the process is forced to proceed to a batch process.
따라서, 이러한 단점을 해결하기 위해, 최근에는 크기가 약 0.5 ∼ 3.0 mm정도인 입자(粒子)형태로 다결정실리콘을 연속적으로 생산할 수 있게 하는 유동층 반응기를 응용한 실리콘 석출공정이 개발되었다. 이 방법에 따르면, 반응기 하부에서 상부 방향으로 공급되는 유동가스에 의해 실리콘 입자들이 유동층(fluidized bed)을 형성하고, 고온으로 가열된 이들 실리콘 입자표면에 반응가스 중의 실리콘 성분이 결합함으로써 입자가 성장하게 되어 다결정실리콘 제품이 생산된다. 이때, 크기가 작은 실리콘 종입자(種粒子, seed crystal)는 실리콘 성분의 지속적인 석출로 커짐에 따라 유동성을 상실하여 유동층 하부로 점차 가라앉게 된다. 이렇게 성장된 제품 입자는 선별되어 제품 수집 쪽으로 배출되며, 미성장 입자는 연속적으로 유동층에 유입되어 계속 석출시킨다. 여기서 실리콘 종입자는 유동층 내부로 연속적 또는 주기적으로 충진 할 수 있다.Therefore, in order to solve this disadvantage, recently, a silicon precipitation process using a fluidized bed reactor capable of continuously producing polycrystalline silicon in the form of particles having a size of about 0.5 to 3.0 mm has been developed. According to this method, the silicon particles form a fluidized bed by the flowing gas supplied from the lower part of the reactor to the upper direction, and the silicon component in the reaction gas is bonded to the surface of these silicon particles heated to a high temperature so that the particles grow. To produce polycrystalline silicon products. At this time, the small size silicon seed particles (種 粒子, seed crystal) is lost to the fluidity as it increases due to the continuous precipitation of the silicon component gradually sinks to the bottom of the fluidized bed. The product particles thus grown are sorted and discharged toward the product collection, while ungrown particles are continuously introduced into the fluidized bed and continue to precipitate. Here, the silicon seed particles can be continuously or periodically filled into the fluidized bed.
이와 같이 유동층 반응기를 이용하여 제조된 다결정실리콘은 반도체웨이퍼의 기본소재인 실리콘 단결정의 제조에 주로 사용된다. 또한, 유동층 반응기는 석출반응이 일어날 수 있는 실리콘 입자들의 표면적이 아주 커서, 같은 반응조건에서의 반응수율이 높을 뿐만 아니라 반응이 지속적으로 유지될 수 있는 장점이 있다.Polycrystalline silicon prepared using a fluidized bed reactor as described above is mainly used for the production of silicon single crystal, which is a basic material of semiconductor wafers. In addition, the fluidized bed reactor has a very large surface area of the silicon particles that can be precipitated, the reaction yield is high under the same reaction conditions, there is an advantage that the reaction can be maintained continuously.
그렇지만 실리콘 함유 가스는 약 300∼400℃의 온도 (초기분해온도) 이상에서 스스로 분해하여 동질성 입자(homogeneous necleation) 형성 반응을 일으킬 뿐만 아니라 반응온도가 초기분해 온도보다 높은 유동층 반응기 내부벽의 표면에는 그 표면의 재질 종류에 관계없이 실리콘이 석출된다. 따라서, 유동중인 실리콘 입자들 표면에서 실리콘 석출이 일어날 뿐만 아니라, 반응기 내부에 가열장치 등에 실리콘 입자가 석출물이 누적되는 현상이 발생한다.However, the silicon-containing gas decomposes itself at temperatures above about 300 to 400 ° C. (initial decomposition temperature) to cause homogeneous necleation reactions, as well as on the surface of the inner wall of the fluidized bed reactor where the reaction temperature is higher than the initial decomposition temperature. Silicon precipitates regardless of the type of material. Therefore, not only silicon precipitation occurs on the surface of the flowing silicon particles, but also a phenomenon in which silicon particles accumulate in a heating apparatus or the like inside the reactor.
이와 같은 실리콘 석출물의 반응기 내벽 누적은 제품의 수율을 저하 시킬뿐만 아니라, 규격 외의 입자 또는 덩어리(chunk)의 발생으로 유동층 반응기의 연속 운전을 정지하여야 한다. 반응기 내부에서 발생하는 실리콘 석출물의 누적은 반응기의 파손이나 성능 저하 및 운전상의 안전 문제를 초래할 뿐만 아니라, 그 석출물 층 또는 덩어리에 의한 물리적 또는 열적 변형과 응력을 유발하여 반응기 내부의 균열이나 파손을 일으킬 수 있어 사고의 위험성이 매우 높아지게 된다.Accumulation of the inner wall of the reactor of the silicon precipitates not only lowers the yield of the product, but also stops the continuous operation of the fluidized bed reactor due to generation of particles or chunks out of specification. Accumulation of silicon precipitates inside the reactor not only causes breakage or degradation of the reactor and operational safety problems, but also causes physical or thermal deformation and stress caused by the layer or mass of the precipitate, causing cracks or breakage in the reactor. This can increase the risk of an accident.
대한민국 등록특허 제0411180호 "다결정실리콘의 제조방법과 장치"에서는 유동층 반응기를 이용하여 입자형태의 다결정실리콘을 대량으로 생산하는데 있어 염화수소를 포함하는 에칭(etching)가스를 공급하는 노즐을 장착함으로써 반응가스 공급수단의 표면에 실리콘이 석출되어 누적되는 것을 효율적으로 방지하여 반응기를 연속적으로 운전할 수 있게 하는 다결정실리콘의 제조방법과 그 장치가 개시되어 있으나, 상기 특허는 석출된 실리콘입자들은 가열수단을 직접 접하면서 아래로 하강하게 되어 가열수단에 실리콘 입자가 누적되는 문제점이 발생한다. 염화 수소를 이용하는 에칭(etching)하는 공정은 제품인 다결정체 실리콘을 부식하여 수율을 희생하게 된다. Republic of Korea Patent No. 0411180 "Method and apparatus for producing polycrystalline silicon" in the production of a large amount of polycrystalline silicon in the form of a particle using a fluidized bed reactor by mounting a nozzle for supplying an etching gas containing hydrogen chloride There is disclosed a method and apparatus for producing polycrystalline silicon which effectively prevents the deposition and accumulation of silicon on the surface of the supply means and allows the reactor to be operated continuously. However, the patent discloses that the precipitated silicon particles directly contact the heating means. While falling down, there is a problem that silicon particles accumulate in the heating means. The etching process using hydrogen chloride may corrode polycrystalline silicon as a product to sacrifice yield.
또한, 미국 등록특허 제7029632호에서는 가열장치가 내부 반응관의 외측에 위치하고 동시에 반응관에 직접 접촉하지 않고 가열대역 주위에 배치되는 방사열원으로 상기 방사원은 방사열에 의하여 실리콘 입자를 가열대역 내에서 반응온도 이상에서의 가열을 방사열에 의해 행하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 상기 특허는 가열장치에 의해 가열된 실리콘 입자는 반응을 하면서 가열장치와 접해 있는 내부 반응관에 실리콘이 누적되는 문제점이 발생한다.In addition, US Pat. No. 7029632 discloses a radiant heat source in which a heating device is located outside the inner reaction tube and at the same time disposed around the heating zone without directly contacting the reaction tube. The radiation source reacts the silicon particles in the heating zone by radiant heat. It is characterized by heating above the temperature by radiant heat. However, the patent has a problem that the silicon particles heated by the heating device reacts and the silicon accumulates in the inner reaction tube in contact with the heating device.
상기의 실리콘 입자의 누적이 생기는 경우 연속 공정을 중단하고 누적된 부분을 제거해야함으로 생산성이 낮아진다. 또한 지금까지 알려진 유동층 반응기로는 제품 입자를 균일한 크기로 선별할 수 있는 방법이 없어 입자의 크기 분포가 넓어지는 단점이 있다.In the case where the accumulation of the silicon particles occurs, the productivity is lowered by stopping the continuous process and removing the accumulated part. In addition, the fluidized bed reactor known to date has a disadvantage that the size distribution of the particles is wide because there is no method for selecting the product particles in a uniform size.
따라서, 다결정실리콘 입자의 제조시 반응기 내부에 실리콘이 누적되는 것을 최소화하여 연속 작업을 할 수 있으면서 동시에 균일한 분포를 가진 입자를 생산할 수 있는 반응기의 개발이 소망되었다.
Therefore, it has been desired to develop a reactor capable of producing continuous particles while at the same time producing particles having a uniform distribution while minimizing the accumulation of silicon inside the reactor during the production of polysilicon particles.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 유동층 반응기에서 가열장치 등에 누적되는 것을 방지할 수 있는 유동층 반응기 이를 이용한 다결정 실리콘 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a method for producing polycrystalline silicon using the fluidized bed reactor that can be prevented from accumulating in the heating device, etc. in the fluidized bed reactor.
본 발명의 다른 목적은 유동층 반응기를 통한 다결정실리콘 입자를 제조할 경우 입자크기를 균일하게 제조할 수 있는 유동층 반응기 이를 이용한 다결정 실리콘 제조방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method for producing polycrystalline silicon using a fluidized bed reactor that can produce a uniform particle size when producing the polycrystalline silicon particles through a fluidized bed reactor.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 챔버 하부에서 유동가스를 주입하여 챔버 상부에서 반응이 일어나는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기에 있어서, 밀폐형의 챔버; 상기 챔버 내부에 위치한 관 형태의 가열장치; 상기 가열장치 내부로 유동가스가 공급될 수 있도록 챔버 하부에 형성된 유동가스 제1공급관; 및 상기 가열장치 내부에 유동가스 속도를 증가시키는 벤츄리를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon in which a flow gas is injected from the lower part of the chamber and reaction occurs at the upper part of the chamber. A tubular heating device located inside the chamber; A flow gas first supply pipe formed under the chamber to supply the flow gas into the heating device; And it provides a fluidized bed reactor for producing a particulate polysilicon characterized in that it comprises a venturi to increase the flow gas velocity inside the heating device.
또한 본 발명은 상기 챔버 내에서 입자로 형성된 실리콘을 상기 제1공급관으로 인도하는 콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that it further comprises a cone leading the silicon formed of particles in the chamber to the first supply pipe.
또한 본 발명은 상기 챔버 하부가 입자로 형성된 실리콘을 상기 제1공급관으로 인도할 수 있도록 콘형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that the chamber is formed in a cone shape to guide the silicon formed of particles to the first supply pipe.
또한 본 발명은 상기 가열장치보다 높은 위치에서 챔버 상부로 실리콘 성분을 포함한 반응가스를 공급하는 반응가스 공급관이 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that it comprises a reaction gas supply pipe for supplying a reaction gas containing a silicon component to the upper portion of the chamber at a position higher than the heating device.
또한 본 발명은 가열장치 외부의 챔버 하부에서 제2공급관을 형성하여 유동가스를 챔버 상부로 공급하는 것을 특징으로 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that to form a second supply pipe in the lower chamber outside the heating device to supply a flow gas to the upper chamber.
또한 본 발명은 상기 벤츄리를 통해 유동되는 물질의 속도를 높이기 위해 유동가스를 공급하는 제3공급관이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that it further comprises a third supply pipe for supplying a flow gas to increase the speed of the material flowing through the venturi.
또한 본 발명은 챔버 상부의 유동층에 실리콘 종입자가 투입되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that the silicon seed particles are introduced into the fluidized bed of the upper chamber.
또한 본 발명의 상기 반응가스는 실리콘 성분 또는 상기 실리콘 성분에 수소, 아르곤 및 헬륨 중에서 1이상 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In addition, the reaction gas of the present invention provides a fluidized bed reactor for producing a particulate polysilicon, characterized in that the silicon component or at least one of hydrogen, argon and helium in the silicon component.
또한 본 발명은 상기 실리콘 성분으로 모노실란(SiH4), 이염화실란(SiH2Cl2), 삼염화실란(SiHCl3) 및 사염화실란(SiCl4) 중에서 1 이상 선택된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In addition, the present invention is for producing a particulate polycrystalline silicon, characterized in that at least one selected from monosilane (SiH 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ) and tetrachloride (SiCl 4 ) as the silicon component. Provide a fluidized bed reactor.
또한 본 발명은 상기 유동가스가 수소, 아르곤 및 헬륨 중에서 1 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.The present invention also provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, wherein the flow gas is selected from at least one of hydrogen, argon and helium.
또한 본 발명은 상기 챔버의 재질이 금속, 합금 및 세라믹 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다. 보다 상세하게는 상기 챔버의 재질이 스테인레스-스틸(stainless-steel), 석영 및 탄소강철 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that the material of the chamber is any one of metal, alloy and ceramic. More specifically, the chamber provides a fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon, characterized in that any one of stainless-steel, quartz, and carbon steel.
또한 본 발명은 상기 챔버의 내벽이 실리콘, 탄화실리콘(SiC), 질화실리콘(Si3N4), Si3O4 중 어느 하나로 코팅된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that the inner wall of the chamber is coated with any one of silicon, silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), Si 3 O 4 .
또한 본 발명은 상기 가열장치가 상기 챔버의 하부에 수직으로 설치되되, 가열장치 하부에는 실리콘 입자 및 가스가 통과할 수 있는 공간이 존재하는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that the heating device is installed perpendicular to the lower portion of the chamber, there is a space through which the silicon particles and gas can pass.
또한 본 발명은 상기 가열장치가 가열부, 반사면 및 인슐레이터로 이루어지되, 상기 가열부는 관 형상 내부에 위치하여 열이 가열장치 내부를 통해 챔버 상부로 전달될 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention is the heating device is composed of a heating unit, a reflecting surface and an insulator, wherein the heating unit is located inside the tubular shape is formed so that heat can be transferred to the upper portion of the chamber through the inside of the heating apparatus Provided is a fluidized bed reactor for producing silicon.
또한 본 발명은 상기 인슐레이터가 관 형상 외부에 형성되며, 상기 인슐레이터의 재질은 세라믹, 실리카 섬유로된 패브릭(fabric), 탄화실리콘(SiC) 및 질화실리콘(Si3N4) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the insulator is formed on the outside of the tubular shape, the material of the insulator is any one of a ceramic, a fabric made of silica fibers, silicon carbide (SiC) and silicon nitride (Si 3 N 4 ). Provided is a fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon.
또한 본 발명은 챔버 내로 유입된 유동가스 및 반응가스가 배출수단을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that the flow gas and the reaction gas introduced into the chamber is discharged through the discharge means.
또한 본 발명은 상기 배출수단을 통해 배출된 실리콘 종입자는 크기가 선별되어 챔버내로 재투입되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that the silicon seed particles discharged through the discharge means is sized and re-introduced into the chamber.
또한 본 발명은 상기 배출수단은 상기 챔버 상부에 위치한 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that the discharge means is located above the chamber.
또한 본 발명은 상기 챔버 내의 압력이 1 내지 20bar인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that the pressure in the chamber is 1 to 20bar.
또한 본 발명은 밀폐형의 챔버; 상기 챔버 내부에 위치한 관 형태의 가열장치; 상기 가열장치 내부로 유동가스가 공급될 수 있도록 챔버 하부에 형성된 유동가스 제1공급관; 및 상기 가열장치 내부에 유동가스 속도를 증가시키는 벤츄리를 포함하는 유동층 반응기에서, 반응가스와 유동가스를 각각 별도로 주입하여 상기 챔버 상부인 상기 가열장치 상부에서 유동층이 형성된 뒤에 석출로 성장된 실리콘은 챔버 하부로 내려와 제1공급관을 통해 선별/배출되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a hermetic chamber; A tubular heating device located inside the chamber; A flow gas first supply pipe formed under the chamber to supply the flow gas into the heating device; And in the fluidized bed reactor including a venturi for increasing the flow gas velocity inside the heater, the silicon grown by precipitation after the fluidized bed is formed in the upper part of the heater by injecting the reaction gas and the fluid gas separately, respectively, into the chamber. It provides a method for producing particulate polysilicon characterized in that the screening down and down through the first supply pipe.
또한 본 발명은 상기 챔버 내에서 입자로 형성된 실리콘을 상기 제1공급관으로 인도하는 콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that it further comprises a cone leading to the silicon formed of particles in the chamber to the first supply pipe.
또한 본 발명은 상기 챔버 하부가 입자로 형성된 실리콘을 상기 제1공급관으로 인도할 수 있도록 콘형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that the chamber is formed in a cone shape to guide the silicon formed of particles to the first supply pipe.
또한 본 발명은 상기 가열장치보다 높은 위치에서 챔버 상부로 실리콘 성분을 포함한 반응가스를 공급하는 반응가스 공급관이 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that it comprises a reaction gas supply pipe for supplying a reaction gas containing a silicon component to the upper portion of the chamber at a position higher than the heating device.
또한 본 발명은 가열장치 외부의 챔버 하부에서 제2공급관을 형성하여 유동가스를 챔버 상부로 공급하는 것을 특징으로 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that to form a second supply pipe in the lower chamber outside the heating device to supply a flow gas to the upper chamber.
또한 본 발명은 상기 벤츄리를 통해 유동되는 물질의 속도를 높이기 위해 유동가스를 공급하는 제3공급관이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that it further comprises a third supply pipe for supplying a flow gas to increase the speed of the material flowing through the venturi.
또한 본 발명은 챔버 상부의 유동층에 실리콘 종입자가 투입되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that the silicon seed particles are introduced into the fluidized bed of the upper chamber.
또한 본 발명은 상기 반응가스가 실리콘 성분 또는 상기 실리콘 성분에 수소, 아르곤 및 헬륨 중에서 1이상 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that the reaction gas is included in the silicon component or at least one of hydrogen, argon and helium in the silicon component.
또한 본 발명은 상기 실리콘 성분으로 모노실란(SiH4), 이염화실란(SiH2Cl2), 삼염화실란(SiHCl3) 및 사염화실란(SiCl4) 중에서 1 이상 선택된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention is the production of particulate polycrystalline silicon, characterized in that at least one selected from monosilane (SiH 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ) and tetrachloride (SiCl 4 ) as the silicon component. Provide a method.
또한 본 발명은 상기 유동가스는 수소, 아르곤 및 헬륨 중에서 1 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that the flow gas is selected from at least one of hydrogen, argon and helium.
또한 본 발명은 상기 챔버의 재질이 금속, 합금 및 세라믹 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다. 보다 상세하게는 상기 챔버의 재질이 스테인레스-스틸(stainless-steel), 석영 및 탄소강철 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that the material of the chamber is any one of metal, alloy and ceramic. More specifically, the chamber provides a method for producing particulate polysilicon, wherein the material is any one of stainless steel, quartz, and carbon steel.
또한 본 발명은 상기 챔버의 내벽은 실리콘, 탄화실리콘(SiC), 질화실리콘(Si3N4) 및 Si3O4 중 어느 하나로 코팅된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polycrystalline silicon, characterized in that the inner wall of the chamber is coated with any one of silicon, silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ) and Si 3 O 4 .
또한 본 발명은 상기 가열장치는 상기 챔버의 하부에 수직으로 설치되되, 가열장치 하부에는 실리콘 입자 및 가스가 통과할 수 있는 공간이 존재하는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that the heating device is installed vertically in the lower portion of the chamber, there is a space through which the silicon particles and gas can pass.
또한 본 발명은 상기 가열장치는 가열부, 반사면 및 인슐레이터로 이루어지되, 상기 가열부는 관 형상 내부에 위치하여 열이 가열장치 내부를 통해 챔버 상부로 전달될 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention is the heating device is composed of a heating unit, a reflecting surface and an insulator, wherein the heating unit is located inside the tubular shape is formed so that heat can be transferred to the upper portion of the chamber through the interior of the heating apparatus It provides a silicon manufacturing method.
또한 본 발명은 상기 인슐레이터는 관 형상 외부에 형성되며, 상기 인슐레이터의 재질은 세라믹, 실리카 섬유로된 패브릭(fabric), 탄화실리콘(SiC) 및 질화실리콘(Si3N4) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the insulator is formed on the outside of the tubular shape, the material of the insulator is any one of a ceramic, a fabric made of silica fibers, silicon carbide (SiC) and silicon nitride (Si 3 N 4 ). It provides a particulate polysilicon production method.
또한 본 발명은 챔버 내로 유입된 상기 유동가스 및 반응가스가 배출수단을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that the flow gas and the reaction gas introduced into the chamber is discharged through the discharge means.
또한 본 발명은 상기 배출수단을 통해 배출된 실리콘 종입자는 크기가 선별되어 챔버내로 재투입되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that the silicon seed particles discharged through the discharge means is sized and re-introduced into the chamber.
또한 본 발명은 상기 배출수단이 상기 챔버 상부에 위치한 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that the discharge means is located above the chamber.
또한 본 발명은 상기 챔버 내의 압력이 1 내지 20bar인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법을 제공한다.
In another aspect, the present invention provides a method for producing particulate polysilicon, characterized in that the pressure in the chamber is 1 to 20bar.
본 발명에 따른 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기 및 이를 이용한 다결정 실리콘 제조방법은 가열장치에 실리콘 입자가 누적되는 현상이 거의 발생하지 않는 장점이 있다.The fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon and the polycrystalline silicon manufacturing method using the same according to the present invention have an advantage that a phenomenon in which silicon particles accumulate in a heating apparatus is hardly generated.
또한 본 발명에 따른 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기 및 이를 이용한 다결정 실리콘 제조방법은 제1공급관, 제2공급관 및 제3공급관에서 공급하는 유동가스의 속도를 제어함으로써 원하는 다결정실리콘의 입자크기대로 생산할 수 있는 효과가 있다.In addition, the fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon and the polycrystalline silicon manufacturing method using the same according to the present invention can be produced according to the particle size of the desired polycrystalline silicon by controlling the speed of the flow gas supplied from the first supply pipe, the second supply pipe and the third supply pipe. It has an effect.
또한 본 발명에 따른 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기 및 이를 이용한 다결정 실리콘 제조방법은 연속 공정이 가능하여 장기간 사용 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.In addition, the fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon and the polycrystalline silicon manufacturing method using the same according to the present invention have a continuous process, and thus have an effect of long-term use and productivity.
또한 본 발명에 따른 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기 및 이를 이용한 다결정 실리콘 제조방법은 높은 압력에서도 유동층 반응기의 운전이 가능하여 다결정실리콘 생산능력을 크게 향상시킬 수 있다.
In addition, the fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon and the polycrystalline silicon manufacturing method using the same according to the present invention can greatly improve the polycrystalline silicon production capacity by operating the fluidized bed reactor at high pressure.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가열장치의 사시도를 나타낸 것이다.1 and 2 show a cross-sectional view of a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a perspective view of a heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, it should be noted that in the drawings, the same components or parts denote the same reference numerals as much as possible. In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.As used herein, the terms "about", "substantially", and the like, are used at, or in close proximity to, numerical values as are indicative of preparation and material tolerances inherent in the meanings mentioned, and are intended to be accurate or to facilitate understanding of the invention. Absolute figures are used to prevent unfair use by unscrupulous infringers.
본 발명에서 사용된 유동가스라 함은 실리콘입자의 층(bed)을 이루는 유동층이 챔버의 상부에 형성되도록 공급되는 가스를 말한다.The flow gas used in the present invention refers to a gas supplied so that a fluidized bed constituting a bed of silicon particles is formed at the top of the chamber.
본 발명에서 사용된 반응가스라 함은 다결정실리콘 입자의 제조에 사용되는 원료가스로서 실리콘 성분을 포함하는 가스를 말한다.The reaction gas used in the present invention refers to a gas containing a silicon component as a raw material gas used for producing polycrystalline silicon particles.
본 발명에 따른 유동층 반응기를 이용하여 다결정실리콘을 제조하는 과정은, 외부와의 공간을 차단시키는 밀폐형의 챔버; 상기 챔버 내부에 위치한 관 형태의 가열장치; 상기 가열장치 내부로 유동가스가 공급될 수 있도록 챔버 하부에 형성된 유동가스 제1공급관; 및 상기 가열장치 내부에 유동가스 속도를 증가시키는 벤츄리로 구성된다. 상기 챔버 하부는 입자로 형성된 실리콘을 인도할 수 있도록 하는 콘으로 이루어진 유동층 반응기에서, 유동가스와 반응가스를 각각 별도로 주입하여 상기 챔버 상부인 상기 가열장치 상부에서 유동층을 형성하여 반응하도록 한다. 상기 반응으로 인해 석출된 실리콘은 일정한 크기가 되면 실리콘의 중량이 커져 중력에 의해 챔버하부로 하강하게 된다. 하강한 실리콘은 콘을 통해 수집되는 데 일정한 크기로 커진 입자는 제1공급관 밑으로 수집되고 나머지는 벤츄리를 통과하여 유동층으로 다시 이동하게 된다.The process of producing polycrystalline silicon using the fluidized bed reactor according to the present invention, the closed chamber to block the space from the outside; A tubular heating device located inside the chamber; A flow gas first supply pipe formed under the chamber to supply the flow gas into the heating device; And a venturi to increase the flow gas velocity inside the heater. In the fluidized bed reactor consisting of a cone for guiding silicon formed of particles, the lower part of the chamber injects a fluid gas and a reaction gas separately to form a fluidized bed in the upper part of the heating device, which is the chamber, to react. When the silicon precipitated by the reaction reaches a certain size, the weight of the silicon increases, and the silicon is lowered to the lower part of the chamber by gravity. The lowered silicon is collected through the cone, and particles of a certain size are collected under the first supply pipe, and the remainder is passed through the venturi to the fluidized bed again.
선택적으로 상기 콘을 따로 구성하지 않고 챔버 하부를 콘형상으로 형성할 수도 있다.
Alternatively, the chamber may be formed in a cone shape without separately configuring the cone.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail with reference to drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기의 단면도를 나타낸 것이다.1 and 2 show a cross-sectional view of a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 일실예에 따른 유동층 반응기는 챔버 110, 가열장치 120, 벤츄리 150, 콘 160, 제1공급관 130, 제2공급관 180, 제3공급관 140, 반응가스 공급관 170, 배출수단 190으로 구성되어 있다.Fluidized bed reactor according to an embodiment of the present invention is composed of a
상기 챔버 110은 밀폐되어 외부와의 공간을 차단하며, 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 챔버 110 상부 공간은 반응 유동층 10의 형성을 용이하게 하기 위해서 하부 공간보다 넓은 공간을 갖는 것이 바람직하다. 상기 챔버 110의 재질의 비제한적인 예로는 물을 이용하여 냉각(water-cooling)할 수 있는 재질로서 금속, 합금 및 세라믹 등을 사용할 수 있는 데, 보다 상세하게는 스테인레스-스틸(stainless-steel), 석영 및 탄소강철 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 챔버 내벽은 실리콘 종입자 등에 노출될 수 있는 표면으로 실리콘 자체, 탄화실리콘(SiC), 질화실리콘(Si3N4), Si3O4 등으로 이루어진 군에서 어느 하나로 선택하여 코팅 또는 라이닝 될 수 있다. The
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가열장치의 사시도를 나타낸 것이다.Figure 3 shows a perspective view of a heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
상기 가열장치 120는 내부가 빈 관 형태로 되어 있으며 챔버 110내에서 수직으로 설치하는 데, 가열부 121, 반사면 122, 인슐레이터 123 으로 구성된다. 상기 가열장치 120의 가열부 121는 할로겐 램프 또는 흑연 저항성(resistive) 히터인 것이 바람직하다. 상기 반사면 122는 히터에서 발생한 열을 관 형태의 내부로 반사되도록 하는 역할을 한다.The
또한 상기 인슐레이터 123은 상기 가열부 121를 외부에서 감싸는 데, 상기 가열부 121의 열이 챔버 110쪽으로 발산되는 것을 방지하고 오직 가열장치 120의 내부로만 열이 전달되도록 한다. 또한, 가열장치 120의 가열부 121는 AC 또는 DC 전원에 연결하여 전원을 공급할 수 있다. 상기 인슐레이터 123의 재질은 고온에서 쉽게 변형되지 않는 것이 바람직한데, 상기 인슐레이터 123 재질의 비제한적인 예로는 세라믹, 실리카 섬유로된 패브릭(fabric), 탄화실리콘(SiC) 및 질화실리콘(Si3N4) 등으로 이루어 질 수 있다. 상기 실리카 섬유로된 패브릭(fabric)의 구체적인 예로는 레프라실(Refrasil)을 사용할 수 있다.In addition, the
상기 가열장치에 있어서, 주의할 것은 콘 160(콘의 형성이 없는 경우(도 2참조) 챔버 하부)과 가열장치 120 사이에 일정한 공간을 형성하여, 상기 공간사이로 석출된 실리콘 입자가 제1공급관 130으로 이동할 수 있도록 한다.In the heating apparatus, it should be noted that a predetermined space is formed between the cone 160 (the lower chamber of the chamber when no cone is formed (see FIG. 2)) and the
상기 콘 160은 유동층 반응을 통해 석출된 실리콘 입자가 무거운 하중으로 가열장치 120 외부를 통해 챔버 110 하부로 내려갔을 때 제1공급관 130으로 내려갈 수 있도록 경사지게 형성된다. 상기 콘 160의 경사는 특별히 제한되는 것은 아니며, 수평면으로부터 30 내지 60° 경사지도록 하는 것이 바람직하다.The
상기 제1공급관 130은 유동가스를 공급하여 가열장치 120 내부의 열을 챔버 110상부의 유동층 10으로 이동시키는 역할과 동시에 콘 160을 통해 내려온 석출된 실리콘 입자가 중량이 가벼울 경우 다시 유동층 10으로 이동시키는 역할을 한다. 즉, 상기 석출된 실리콘 입자가 제1공급관 130에 도달했을 때, 상기 제1공급관 130에서 공급되는 유동가스의 영향을 받게 되며, 석출된 실리콘 입자가 일정크기 이상이 되면 제1공급관 130을 통해 수집될 수 있도록 실리콘 입자를 선별하여 수집하는 통로 역할을 한다.The
상기 유동가스로는 수소, 아르곤 및 헬륨 중에서 1 이상 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.As the flow gas, it is preferable to use one or more selected from hydrogen, argon and helium.
상기 콘 160을 통해 내려온 석출된 실리콘 입자 크기가 작은 경우 제1공급관 130에서 공급하는 유동가스에 의해 다시 유동층 10으로 이동하면서 가열장치 120의 가열부 121에 의해 가열되면서 가열부 121에 누적될 염려가 있으나, 유동층의 공급속도 및 벤츄리 150에 의해 석출된 실리콘 입자는 가열장치 120 내에서 빠르게 이동하므로 가열부 121에 누적될 염려는 매우 희박하다.When the size of the precipitated silicon particles that are dropped through the
또한, 제2공급관 180을 통해서도 유동가스가 공급될 수 있는 데, 상기 제2공급관 180을 통해 공급되는 유동가스는 유동층 10에서 반응이 충분히 이루어질수 있도록 유동층 10을 유지하며, 반응으로 인해 일정크기로 석출된 실리콘 입자 중 크기가 작은 입자는 유동층 10에서 챔버 110 하부로 하강하지 못하도록 하는 역할을 한다.In addition, the flow gas can also be supplied through the
따라서, 본 발명에 따른 유동층 반응기는 제1공급관 130 및 제2공급관 180에서 공급하는 유동가스의 속도를 제어함으로써 원하는 다결정실리콘의 입자크기를 조절할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the fluidized bed reactor according to the present invention has the advantage of controlling the particle size of the desired polycrystalline silicon by controlling the speed of the flow gas supplied from the
또한, 가열장치 120 외부의 챔버 110 하부에서는 제2공급관 180을 형성하여 유동가스를 챔버 110 상부로 공급할 수 있다. 상기 제2공급관 180을 통해 공급되는 유동가스는 챔버 110 상부에 유동층 10이 형성될 수 있도록 하며, 일정 크기 이하의 석출된 실리콘이 하강하는 것을 제지하고 유동층 10에 존재할 수 있도록 한다. In addition, the
상기 제2공급관 180은 가열장치 120 외부의 챔버 110 하부에서 하나 또는 수개의 제2공급관 180이 형성되어 유동가스를 공급할 수 있다.The
또한, 제3공급관 140은 상기 제1공급관 130의 상부 및 벤츄리 150 입구쪽으로 위치하여 유동가스를 더 공급할 수 있다. 상기 제3공급관 140을 이용하여 유동가스가 더 공급됨으로써 가열장치 120 내부에 이동속도가 커져 유동층 10에서의 입자들의 움직임은 도 1 및 도 2에서 보이는 화살표 방향의 분수(spout)형으로 실리콘 입자가 움직이게 된다. 따라서, 유동층 10에서 석출된 실리콘 입자의 대부분은 하강시에 가열장치 120의 내부에 있는 관을 통해 하강하기 보다는 가열장치 120 외부 및 챔버 110 외부면 사이의 공간으로 하강하게 된다.In addition, the
또한, 상기 가열장치 120 내부에는 벤츄리 150가 존재하는 데, 상기 벤츄리 150에 의해 제1공급관 및 제3공급관 140에서 공급되는 유동가스의 이동속도를 더욱 빨라지도록 할 수 있다. 챔버 110 내부로 내려온 실리콘 입자가 원하는 크기 이하인 경우 제1공급관 130으로 내려오지 못하고 공급되는 유동가스에 의해 다시 올라갈 경우 상기 벤츄리 150은 실리콘 입자를 효과적으로 올라가도록 할 수 있다.In addition, the
상기 벤츄리 150은 수평절단면이 원형으로 되어 있는 데, 중간부위로 갈수록 원형의 지름이 작아지는 특징이 있다. 즉, 벤츄리 150의 입구의 지름보다 중간부위의 지름이 작아, 유동가스가 흐르는 경우 중간부위의 압력이 벤츄리 150 입구쪽 압력보다 낮아 입구쪽에 있던 실리콘 입자들이 효과적으로 벤츄리 150의 중간부위로 흡입되어 챔버 110의 상부로 이동시킨다.The
한편, 상기 가열장치 120 보다 높은 위치에서 반응가스 공급관 170이 위치하여 챔버 110 상부로 실리콘 성분을 포함한 반응가스를 공급할 수 있다. 상기 반응가스는 실리콘 성분으로만 사용할 수도 있고, 수소, 아르곤 및 헬륨 중에서 1이상의 가스 성분을 추가하여 사용할 수도 있다. 또한, 상기 반응가스는 실리콘 석출 원료를 제공할 뿐만 아니라, 유동가스와 함께 실리콘입자의 유동에도 기여할 수 있다. 상기 반응가스에서 실리콘 성분이 포함되는 비율은 5~100mol%인 것이 바람직하다. 본 발명에서 반응가스로 사용되는 실리콘 성분은 모노실란(SiH4), 이염화실란(SiH2Cl2), 삼염화실란(SiHCl3) 및 사염화실란(SiCl4) 등에서 1 이상 선택하여 사용할 수 있다.On the other hand, the reaction
상기 반응가스의 공급은 노즐(nozzle) 등을 통해 분무하는 형태로 공급될 수 있으며, 챔버 상부에서 유동층이 있는 방향으로 분무하여 유동층 10이 잘 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 반응가스는 챔버 상부 및 유동층의 아래쪽에서 유동층을 향해 공급할 수도 있고, 유동층의 위쪽인 챔버 윗부분에서 유동층을 향해 아래쪽으로 공급할 수도 있다. 상기 반응가스 공급관 170은 가열장치 120 보다 높은 위치에서 하나 또는 수개의 반응가스 공급관 170을 형성하여 반응가스를 공급할 수 있다.
Supply of the reaction gas may be supplied in the form of spraying through a nozzle (nozzle), etc., it is preferable to spray in the direction of the fluidized bed from the top of the chamber to maintain the
한편, 챔버 110 상부의 유동층 10을 통과한 유동가스 및 미반응한 가스는 폐가스로서 배출수단 190을 통해 배출될 수 있는 데, 상기 배출수단 190은 상기 유동가스 및 반응가스를 일정하게 배출시켜 챔버 110내 기압을 조절하고 계속적으로 가스를 공급할 수 있게 한다. 상기 배출수단 190을 통해 배출되는 가스 중에서 미반응 실리콘 종입자도 함께 배출될 수 있는 상기 미반응 실리콘 종입자는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 배출수단 190의 다른 통로를 통해 재유입 될 수 있다. 상기 유동가스 및 반응가스에 사용된 기체물질들은 정제 후에 다시 공급될 수 있다. 또한, 배출수단 190에 미반응 실리콘 종입자는 통과하지 못하도록 하여 처리할 수도 있다.On the other hand, the flowing gas and the unreacted gas passing through the
한편, 유동층에 종입자(Seed)를 공급하기 위해 챔버 상부에서 유동층을 향해 실리콘 종입자를 공급할 수 있다(미도시). 상기 종입자의 크기는 0.1~2.0mm 인 것이 바람직하며, 0.3~1.2mm 인 것이 더 바람직하다.Meanwhile, in order to supply seed to the fluidized bed, silicon seed particles may be supplied from the upper portion of the chamber toward the fluidized bed (not shown). The size of the seed particles is preferably 0.1 ~ 2.0mm, more preferably 0.3 ~ 1.2mm.
상기 실리콘 종입자는 챔버 상부에서 별도 공급수단을 형성하여 유동층에 공급할 수도 있고, 배출수단 190의 재유입되는 다른 통로로 공급될 수도 있다. 별도의 공급수단을 형성하여 공급하는 경우에는 상기 실리콘 종입자는 챔버 상부 및 유동층의 아래쪽에서 유동층을 향해 공급할 수도 있고, 유동층의 위쪽인 챔버 윗부분에서 유동층을 향해 아래쪽으로 공급할 수도 있다. The silicon seed particles may be supplied to the fluidized bed by forming a separate supply means at the top of the chamber, or may be supplied to another passage that is re-introduced into the discharge means 190. In the case of forming and supplying a separate supply means, the silicon seed particles may be supplied toward the fluidized bed at the top of the chamber and below the fluidized bed, or may be supplied downward from the upper part of the chamber above the fluidized bed to the fluidized bed.
또한, 상기 유동층 반응기가 작동하는 동안 챔버 110가 뜨거워지므로, 반응기 장치 및 작업자 보호, 열팽창 방지, 기타 사고 방지 등의 목적으로 상기 챔버 110 외부면은 물, 오일, 가스, 공기 등과 같은 냉각 물질을 이용하여 일정 온도범위 이하로 유지되는 것이 바람직하다. 이를 위하여 상기 챔버 110 외벽에 냉각유체의 순환이 가능하도록 설계되어 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉각 대신, 작업자 보호 및 과다한 열손실 방지를 위하여 상기 챔버 110 외부 표면에 단열재를 추가로 설치하는 것도 가능하다.In addition, since the
또한, 상기 유동층 반응기가 작동하는 동안 반응경과를 관찰하기 위하여 챔버 110 상부에 관찰부(미도시)를 포함할 수 있으며, 온도를 측정할 수 있는 열전대(thermo-couple), pyrometer 등의 열측정기를 포함할 수 있다.In addition, an observation unit (not shown) may be included in the upper part of the
또한 본 발명에 따른 유동층 반응기는 챔버 110내에서 압력이 제한을 받지 않으므로 않아 작업자의 의도에 따라 챔버 110내의 압력을 조절할 수 있으며, 높은 압력에서도 실리콘 석출 반응이 가능하여 생산능력을 크게 향상시킬 수 있다. 상기 챔버 110내의 바람직한 압력은 1 내지 20bar인 것이 바람직하며, 3 내지 6bar인 것이 더 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 응급시를 위하여 압력 경감 밸브(pressure relief valve)를 설치할 수 있다.In addition, the fluidized bed reactor according to the present invention does not limit the pressure in the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. It will be clear to those who have knowledge of.
Claims (38)
밀폐형의 챔버;
상기 챔버 내부에 위치한 관 형태의 가열장치;
상기 가열장치 내부로 유동가스가 공급될 수 있도록 챔버 하부에 형성된 유동가스 제1공급관; 및
상기 가열장치 내부에 유동가스 속도를 증가시키는 벤츄리를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.In the fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon in which a flow gas is injected from the lower part of the chamber and a reaction gas is injected into the upper part of the chamber, whereby a reaction occurs in the upper part of the chamber.
Hermetic chamber;
A tubular heating device located inside the chamber;
A flow gas first supply pipe formed under the chamber to supply the flow gas into the heating device; And
Fluidized bed reactor for producing a particulate polysilicon, characterized in that it comprises a venturi to increase the flow gas velocity inside the heater.
상기 챔버 내에서 입자로 형성된 실리콘을 상기 제1공급관으로 인도하는 콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.The method of claim 1,
The fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that it further comprises a cone leading the silicon formed of particles in the chamber to the first supply pipe.
상기 챔버 하부는 입자로 형성된 실리콘을 상기 제1공급관으로 인도할 수 있도록 콘형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.The method of claim 1,
The lower portion of the chamber is a fluidized bed reactor for producing a particulate polysilicon, characterized in that formed in a cone shape to guide the silicon formed of particles to the first supply pipe.
상기 가열장치보다 높은 위치에서 챔버 상부로 실리콘 성분을 포함한 반응가스를 공급하는 반응가스 공급관이 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that it comprises a reaction gas supply pipe for supplying a reaction gas containing a silicon component to the upper portion of the chamber at a position higher than the heating device.
가열장치 외부의 챔버 하부에서는 제2공급관을 형성하여 유동가스를 챔버 상부로 공급하는 것을 특징으로 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that to form a second supply pipe in the lower portion of the chamber outside the heating device to supply the flow gas to the upper chamber.
상기 벤츄리를 통해 유동되는 물질의 속도를 높이기 위해 유동가스를 공급하는 제3공급관이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that it further comprises a third supply pipe for supplying a flow gas to increase the speed of the material flowing through the venturi.
실리콘 종입자는 공급수단을 통해 공급하되, 상기 실리콘 종입자는 유동층의 아래쪽 또는 유동층의 위쪽에서 유동층을 향해 공급되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Silicon seed particles are supplied through a supply means, wherein the silicon seed particles are supplied toward the fluidized bed from the bottom of the fluidized bed or from the top of the fluidized bed.
상기 반응가스는 실리콘 성분 또는 상기 실리콘 성분에 수소, 아르곤 및 헬륨 중에서 1이상 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The reaction gas is a fluidized bed reactor for producing a particulate polycrystalline silicon, characterized in that the silicon component or at least one of hydrogen, argon and helium in the silicon component.
상기 실리콘 성분으로는 모노실란(SiH4), 이염화실란(SiH2Cl2), 삼염화실란(SiHCl3) 및 사염화실란(SiCl4) 중에서 1 이상 선택된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.The method of claim 8,
The silicon component is a fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon, characterized in that at least one selected from monosilane (SiH 4 ), silane dichloride (SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ) and tetrachloride (SiCl 4 ).
상기 유동가스는 수소, 아르곤 및 헬륨 중에서 1 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.The method of claim 6,
The flow gas is a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that at least one selected from hydrogen, argon and helium.
상기 챔버의 재질은 스테인레스-스틸(stainless-steel), 석영 및 탄소강철 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The material of the chamber is a fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon, characterized in that any one of stainless steel, quartz and carbon steel.
상기 챔버의 내벽은 실리콘, 탄화실리콘(SiC), 질화실리콘(Si3N4), Si3O4 중 어느 하나로 코팅 또는 라이닝된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The inner wall of the chamber is a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that coated or lined with any one of silicon, silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), Si 3 O 4 .
상기 가열장치는 상기 챔버의 하부에 수직으로 설치되되, 가열장치 하부에는 실리콘 입자 및 가스가 통과할 수 있는 공간이 존재하는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The heating device is installed vertically in the lower portion of the chamber, the fluidized bed reactor for producing a particulate polysilicon, characterized in that the lower space there is a space for the silicon particles and gas to pass through.
상기 가열장치는 가열부, 반사면 및 인슐레이터로 이루어지되, 상기 가열부는 관 형상 내부에 위치하여 열이 가열장치 내부를 통해 챔버 상부로 전달될 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The heating device comprises a heating part, a reflecting surface and an insulator, wherein the heating part is located inside the tubular shape so that heat can be transferred to the upper part of the chamber through the inside of the heating device. .
상기 인슐레이터는 관 형상 외부에 형성되며, 상기 인슐레이터의 재질은 세라믹, 실리카 섬유로된 패브릭(fabric), 탄화실리콘(SiC) 및 질화실리콘(Si3N4) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.The method of claim 14,
The insulator is formed outside the tubular shape, and the material of the insulator is any one of ceramic, fabric made of silica fibers, silicon carbide (SiC) and silicon nitride (Si 3 N 4 ). Fluidized bed reactor for producing polycrystalline silicon.
챔버 내로 유입된 유동가스 및 반응가스는 배출수단을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that the flowing gas and the reaction gas introduced into the chamber is discharged through the discharge means.
상기 배출수단을 통해 배출된 실리콘 종입자는 크기가 선별되어 챔버내로 재투입되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.The method of claim 16,
The silicon seed particles discharged through the discharge means are selected in size and re-introduced into the chamber, the fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon.
상기 배출수단은 상기 챔버 상부에 위치한 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.The method of claim 16,
The discharge means is a fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that located above the chamber.
상기 챔버 내의 압력은 1 내지 20bar인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조용 유동층 반응기.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Fluidized bed reactor for producing particulate polysilicon, characterized in that the pressure in the chamber is 1 to 20bar.
반응가스와 유동가스를 각각 별도로 주입하여 상기 챔버 상부인 상기 가열장치 상부에서 유동층이 형성된 뒤에 석출로 성장된 실리콘은 챔버 하부로 내려와 제1공급관을 통해 선별/배출되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.Hermetic chamber; A tubular heating device located inside the chamber; A flow gas first supply pipe formed under the chamber to supply the flow gas into the heating device; And in the fluidized bed reactor comprising a venturi to increase the flow gas velocity inside the heater,
Particle polycrystalline silicon, characterized in that the reaction gas and the flow gas is injected separately and the silicon grown by precipitation after the fluidized layer is formed in the upper portion of the heating device, the chamber is lowered to the lower portion of the chamber to be sorted / discharged through the first supply pipe. Manufacturing method.
상기 챔버 내에서 입자로 형성된 실리콘을 상기 제1공급관으로 인도하는 콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method of claim 20,
And a cone for guiding silicon formed of particles in the chamber to the first supply pipe.
상기 챔버 하부는 입자로 형성된 실리콘을 상기 제1공급관으로 인도할 수 있도록 콘형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method of claim 20,
And the chamber lower portion is formed in a cone shape to guide silicon formed of particles to the first supply pipe.
상기 가열장치보다 높은 위치에서 챔버 상부로 실리콘 성분을 포함한 반응가스를 공급하는 반응가스 공급관이 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
Particle polysilicon manufacturing method comprising a reaction gas supply pipe for supplying a reaction gas containing a silicon component to the upper portion of the chamber at a position higher than the heating device.
가열장치 외부의 챔버 하부에서는 제2공급관을 형성하여 유동가스를 챔버 상부로 공급하는 것을 특징으로 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
Particle polysilicon manufacturing method, characterized in that for supplying the flow gas to the upper chamber by forming a second supply pipe in the lower chamber outside the heating device.
상기 벤츄리를 통해 유동되는 물질의 속도를 높이기 위해 유동가스를 공급하는 제3공급관이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
Particle polysilicon manufacturing method further comprises a third supply pipe for supplying a flow gas to increase the speed of the material flowing through the venturi.
챔버 상부의 유동층에 실리콘 종입자가 투입되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
Particle polycrystalline silicon production method characterized in that the silicon seed particles are injected into the fluidized bed of the upper chamber.
상기 반응가스는 실리콘 성분 또는 상기 실리콘 성분에 수소, 아르곤 및 헬륨 중에서 1이상 포함되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
The reaction gas is a silicon component or a method for producing particulate polycrystalline silicon, characterized in that at least one of hydrogen, argon and helium contained in the silicon component.
상기 실리콘 성분으로는 모노실란(SiH4), 이염화실란(SiH2Cl2), 삼염화실란(SiHCl3) 및 사염화실란(SiCl4) 중에서 1 이상 선택된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method of claim 27,
The silicon component is a method for producing particulate polysilicon, characterized in that at least one selected from monosilane (SiH 4 ), disilane (SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ) and tetrachloride (SiCl 4 ).
상기 유동가스는 수소, 아르곤 및 헬륨 중에서 1 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
The flow gas is particulate polysilicon manufacturing method characterized in that at least one selected from hydrogen, argon and helium.
상기 챔버의 재질은 스테인레스-스틸(stainless-steel), 석영 및 탄소강철 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
The material of the chamber is stainless-steel (stainless-steel), particulate polysilicon manufacturing method, characterized in that any one of quartz and carbon steel.
상기 챔버의 내벽은 실리콘, 탄화실리콘(SiC), 질화실리콘(Si3N4) 및 Si3O4 중 어느 하나로 코팅 또는 라이닝된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
The inner wall of the chamber is a granular polysilicon manufacturing method, characterized in that the coating or lining with any one of silicon, silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ) and Si 3 O 4 .
상기 가열장치는 상기 챔버의 하부에 수직으로 설치되되, 가열장치 하부에는 실리콘 입자 및 가스가 통과할 수 있는 공간이 존재하는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
The heating device is installed vertically to the lower portion of the chamber, the particulate polysilicon manufacturing method, characterized in that there is a space through which the silicon particles and gas can pass.
상기 가열장치는 가열부, 반사면 및 인슐레이터로 이루어지되, 상기 가열부는 관 형상 내부에 위치하여 열이 가열장치 내부를 통해 챔버 상부로 전달될 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
The heating device comprises a heating unit, a reflecting surface and an insulator, wherein the heating unit is located inside the tubular shape is formed so that heat can be transferred to the upper chamber through the inside of the heating apparatus.
상기 인슐레이터는 관 형상 외부에 형성되며, 상기 인슐레이터의 재질은 세라믹, 실리카 섬유로된 패브릭(fabric), 탄화실리콘(SiC) 및 질화실리콘(Si3N4) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method of claim 33, wherein
The insulator is formed outside the tubular shape, and the material of the insulator is any one of ceramic, fabric made of silica fibers, silicon carbide (SiC) and silicon nitride (Si 3 N 4 ). Polysilicon production method.
챔버 내로 유입된 상기 유동가스 및 반응가스는 배출수단을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
The flow gas and the reaction gas introduced into the chamber is a particulate polysilicon manufacturing method characterized in that the discharge through the discharge means.
상기 배출수단을 통해 배출된 실리콘 종입자는 크기가 선별되어 챔버내로 재투입되는 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.36. The method of claim 35,
The silicon seed particles discharged through the discharge means are selected in size and re-introduced into the chamber.
상기 배출수단은 상기 챔버 상부에 위치한 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.36. The method of claim 35,
The discharge means is a particulate polysilicon manufacturing method, characterized in that located above the chamber.
상기 챔버 내의 압력은 1 내지 20bar인 것을 특징으로 하는 입자형 다결정실리콘 제조방법.The method according to any one of claims 20 to 22,
The pressure in the chamber is a granular polysilicon manufacturing method, characterized in that 1 to 20bar.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100099457A KR101057101B1 (en) | 2010-10-12 | 2010-10-12 | Fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon and polycrystalline silicon manufacturing method using the same |
PCT/KR2011/007522 WO2012050341A2 (en) | 2010-10-12 | 2011-10-11 | Fluidized bed reactor for preparing particulate polycrystalline silicon, and preparation method of polycrystalline silicon using same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100099457A KR101057101B1 (en) | 2010-10-12 | 2010-10-12 | Fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon and polycrystalline silicon manufacturing method using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101057101B1 true KR101057101B1 (en) | 2011-08-17 |
Family
ID=44933350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020100099457A Expired - Fee Related KR101057101B1 (en) | 2010-10-12 | 2010-10-12 | Fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon and polycrystalline silicon manufacturing method using the same |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101057101B1 (en) |
WO (1) | WO2012050341A2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015008889A1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-22 | 웅진에너지 주식회사 | Device and method for manufacturing polysilicon |
KR101615307B1 (en) * | 2013-07-16 | 2016-04-25 | 웅진에너지 주식회사 | Polysilicon production apparatus |
KR20170070005A (en) * | 2014-08-15 | 2017-06-21 | 알이씨 실리콘 인코포레이티드 | Segmented silicon carbide liner |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103172067B (en) * | 2013-04-08 | 2014-09-24 | 无锡中彩科技有限公司 | Cold wall fluidized bed and application thereof |
DE102015224099A1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | Wacker Chemie Ag | Fluidized bed reactor and process for producing polycrystalline silicon granules |
EP3672910B1 (en) * | 2017-08-23 | 2021-07-21 | Wacker Chemie AG | Fluidized bed reactor for production of granular polycrystalline silicon |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5165908A (en) | 1988-03-31 | 1992-11-24 | Advanced Silicon Materials, Inc. | Annular heated fluidized bed reactor |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19948395A1 (en) * | 1999-10-06 | 2001-05-03 | Wacker Chemie Gmbh | Fluidized bed reactor with radiative heating, useful for producing high purity polycrystalline silicon, e.g. for electronics, by passing silicon-containing gas over hot silicon particles |
KR100756310B1 (en) * | 2006-02-07 | 2007-09-07 | 한국화학연구원 | High Pressure Fluidized Bed Reactor for Particle Polycrystalline Silicon Production |
DE102007021003A1 (en) * | 2007-05-04 | 2008-11-06 | Wacker Chemie Ag | Process for the continuous production of polycrystalline high-purity silicon granules |
-
2010
- 2010-10-12 KR KR1020100099457A patent/KR101057101B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-10-11 WO PCT/KR2011/007522 patent/WO2012050341A2/en active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5165908A (en) | 1988-03-31 | 1992-11-24 | Advanced Silicon Materials, Inc. | Annular heated fluidized bed reactor |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015008889A1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-22 | 웅진에너지 주식회사 | Device and method for manufacturing polysilicon |
KR101615307B1 (en) * | 2013-07-16 | 2016-04-25 | 웅진에너지 주식회사 | Polysilicon production apparatus |
KR20170070005A (en) * | 2014-08-15 | 2017-06-21 | 알이씨 실리콘 인코포레이티드 | Segmented silicon carbide liner |
KR102285604B1 (en) | 2014-08-15 | 2021-08-04 | 알이씨 실리콘 인코포레이티드 | Segmented silicon carbide liner |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012050341A3 (en) | 2012-06-21 |
WO2012050341A2 (en) | 2012-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100813131B1 (en) | Sustainable Manufacturing Method of Polycrystalline Silicon Using Fluidized Bed Reactor | |
KR101057101B1 (en) | Fluidized bed reactor for producing particulate polycrystalline silicon and polycrystalline silicon manufacturing method using the same | |
KR100411180B1 (en) | Method for preparing polycrystalline silicon | |
KR101026815B1 (en) | Continuous production method of polycrystalline high purity silicone granules | |
US8747757B2 (en) | Method and apparatus for preparation of granular polysilicon | |
TWI521566B (en) | Production of polycrystalline silicon by the thermal decomposition of dichlorosilane in a fluidized bed reactor | |
KR20110132338A (en) | Fluidized bed reactor for the production of high purity silicon | |
KR101345641B1 (en) | Production process for high purity polycrystal silicon and production apparatus for the same | |
KR20110133419A (en) | Method of Producing TriChlorosilane (TCS) rich Chlorosilane product stably from a Fluidized Gas Phase Reactor (FBR) and the structure of the reactor-ⅱ. | |
KR20120110109A (en) | Methods for reducing the deposition of silicon on reactor walls using peripheral silicon tetrachloride | |
KR20160148601A (en) | Fluidized bed reactor and method for producing polycrystalline silicon granules | |
CA2517764C (en) | Silicon production apparatus | |
US8875728B2 (en) | Cooled gas distribution plate, thermal bridge breaking system, and related methods | |
KR20140018460A (en) | Apparatus for producing granular polycrystalline silicon | |
JP3958092B2 (en) | Reactor for silicon production | |
KR20130039486A (en) | Fluidized bed reactor for production of a granular polysilicon | |
TWI579419B (en) | Reactor and process for preparing granular polysilicon | |
CN107074561B (en) | Polysilicon manufacturing apparatus and method using high-efficiency mixed horizontal reactor | |
CN106458607B (en) | Apparatus for producing polysilicon using horizontal reactor and method for producing polysilicon | |
CN116969466A (en) | Method for arranging silicon coating on inner wall of fluidized bed | |
JP2003002628A (en) | Silicon manufacturing apparatus and manufacturing method | |
KR20120069348A (en) | Fluidized bed reactor for production of a granular polysilicon | |
KR101298233B1 (en) | Fluidized bed reactor for producing a granulated polysilicon | |
TWI701078B (en) | Fluidized-bed reactor for producing granular polycrystalline silicon | |
JP2020524124A (en) | Fluidized bed reactor for the production of granular polycrystalline silicon |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20101012 |
|
A201 | Request for examination | ||
A302 | Request for accelerated examination | ||
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20110107 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20101012 Comment text: Patent Application |
|
PA0302 | Request for accelerated examination |
Patent event date: 20110107 Patent event code: PA03022R01D Comment text: Request for Accelerated Examination Patent event date: 20101012 Patent event code: PA03021R01I Comment text: Patent Application |
|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20110221 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20110530 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20110809 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20110810 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140724 Year of fee payment: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20140724 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150723 Year of fee payment: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20150723 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160811 Year of fee payment: 6 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20160811 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170807 Year of fee payment: 7 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20170807 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180816 Year of fee payment: 8 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20180816 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191010 Year of fee payment: 9 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20191010 Start annual number: 9 End annual number: 9 |
|
PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20210520 |