(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動床反応器で多結晶シリコンを調製するためのプロセスであって、
ａ．水素を含むガス及びシリコンモノマーを含むシリコン担持源ガスを、シリコン粒子を含有する気泡流動床へ送給することであって、前記気泡流動床の少なくとも一部が、前記流動床反応器の先細り部分中に存在し、前記先細り部分が、垂直から円錐角で上方及び外方に拡大する、送給することと、
ｂ．シリコン粒子を、前記先細り部分の上の前記流動床反応器に送給することと、
ｃ．前記流動床反応器を加熱し、それによって、前記シリコンモノマーの熱分解を引き起こして、前記シリコン粒子の表面上に多結晶シリコンを生成し、それによって、より大きい直径の粒子を生成することと、
ｄ．前記流動床反応器から前記より大きい直径の粒子を除去することと、を含み、
ｅ．前記流動床反応器が、先細り部分の下に位置するガス分配器を更に備え、
ｉ．生成物回収管が、前記ガス分配器に据え付けられ、前記水素の全て又は一部が、前記生成物回収管を通って前記流動床反応器に送給され、
ｉｉ．前記ガス分配器が、複数の送給入口を画定し、
ｉｉｉ．前記送給入口が、前記生成物回収管と前記ガス分配器の外縁部との間に位置し、
ｆ．前記シリコン担持源ガスが、前記送給入口を通って前記流動床反応器に送給され、
ｇ．前記より大きい直径粒子が、前記生成物回収管を通って前記流動床反応器から除去される、プロセス。
【請求項２】
前記円錐角が、２．５°〜１０．０°の範囲である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記シリコン担持源ガスが、ＨＳｉＣｌ３を含むか、又は前記シリコン担持源ガスが、ＨＳｉＢｒ３を含むか、又は前記シリコン担持源ガスが、ＳｉＨ４を含む、請求項１又は請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記ガス分配器が、下方に行くと直径が減少する円錐形状を有し、前記生成物回収管が、前記ガス分配器の最下部に据え付けられ、前記ガス分配器が、複数のガス入口を更に備え、前記ガス入口が、前記送給入口と前記ガス分配器の前記外縁部との間に位置し、エッチングガスが、前記ガス入口を通って前記流動床反応器に送給される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
前記エッチングガスが、ＨＣｌ若しくはＳｉＣｌ４を含むか、又は前記エッチングガスが、ＨＢｒ若しくはＳｉＢｒ４を含む、請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
前記流動床反応器が、加速度計を更に備え、前記プロセスが、より大きい直径粒子のザウター平均粒径分布を判定するように、前記流動床反応器の振動を前記加速度計で監視することを更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
流動床反応器であって、
ａ．上縁部を有する円錐ガス分配器と、
ｉ．前記ガス分配器に据え付けられた生成物回収管と、
ｉｉ．前記上縁部と前記生成物回収管との間に前記円錐ガス分配器により画定される複数の送給入口と、
ｂ．前記円錐ガス分配器の上の先細り部分であって、前記流動床反応器の前記先細り部分が、前記円錐ガス分配器の前記上縁部から上方及び外方に拡大する、前記円錐ガス分配器の上の先細り部分と、
ｃ．前記先細り部分の上の拡大先端部であって、前記拡大先端部の直径は、前記先細り部分の直径よりも大きく、転移点の水平面に対する前記拡大先端部の勾配は、少なくとも４０度である拡大先端部と、を備える、流動床反応器。
【請求項８】
ａ．前記円錐ガス分配器の上及び前記先細り部分の下に位置する下方直線部分、
ｂ．前記先細り部分の上及び前記拡大先端部の下に位置する上方直線部分、又は
ｃ．前記下方直線部分及び前記上方直線部分の両方、から選択される少なくとも１つの直線部分を更に備える、請求項７に記載の流動床反応器。
【請求項９】
前記先細り部分が、垂直から２．５°〜１０．０°の範囲の円錐角で上方及び外方に拡大する、請求項７又は請求項８に記載の流動床反応器。
【請求項１０】
複数のガス入口を更に備え、前記ガス入口が、前記円錐ガス分配器により画定され、前記ガス入口が、前記送給入口と前記円錐ガス分配器の前記上縁部との間に位置する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の流動床反応器。
【請求項１１】
加熱器が稼動するときに前記先細り部分に熱を提供するように、前記流動床反応器に配向される前記加熱器と、
補助的加熱器が稼動するときに前記円錐ガス分配器に熱を提供するように、前記流動床反応器に配向される前記補助的加熱器と、
直線部分加熱器が稼動するときに前記少なくとも１つの直線部分に熱を提供するように、前記流動床反応器に配向される前記直線部分加熱器と、を更に備える、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の流動床反応器。
【請求項１２】
前記先細り部分中に少なくとも部分的に存在するゲルダート群Ｄ粒子を含む気泡流動床を更に備え、
前記粒子がシリコン粒子である、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の流動床反応器。
【請求項１３】
前記粒子のザウター平均粒径分布を判定するように、前記流動床反応器の振動を測定するための前記流動床反応器に連結された加速度計を更に備える、請求項１２に記載の流動床反応器。
【請求項１４】
追加の送給ガス、エッチングガス、又は希釈ガスを添加するように、前記先細り部分により画定される少なくとも一列のガス注入ポートを更に備える、請求項７〜１３のいずれか一項に記載の流動床反応器。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
多結晶シリコンを作製するプロセスは、水素及びシリコンモノマー（ＨＳｉＣｌ３又はＳｉＨ４等）を含むガスを、高温で維持されるシリコン粒子を含有する流動床に送給することを含み得る。粒径は増加し、十分に大きくなると、流動床反応器（ＦＢＲ）の底部に生成物として排出される。通気ガスは、ＦＢＲの頂部から出る。通気ガス流は、濃縮、洗浄、吸収、及び吸着が、再利用のためにシリコンモノマー及び水素を捕捉することを促進するためにしばしば使用される単位操作である、回収プロセスを通過し得る。
【０００２】
ＦＢＲプロセスの１つの問題は、シリコン粒子の床を包囲している壁が、熱伝達を促進するために平均床温度より高い温度に加熱されなければならないことである。それは、例えば、抵抗加熱、マイクロ波エネルギー、高周波誘導加熱、又は赤外線の使用により成され得る。全ての加熱方法は、特有の操作問題を有する。しかしながら、１つの問題は、ＦＢＲの底部が、熱くなり得、送給ガスがＨＳｉＣｌ３及び水素を含有するとき、反応性であることである。その結果、送給ガス分配器、大きい粒子の集まり、特に撹拌があまり活発ではなく、粒子が長時間接触し、反応器側面壁が、シリコンの急速な付着を起こしがちである領域中のもの。これらの付着は、続いて、システムの適切な送給分布、生成物分離、及び熱伝達を妨害する。
【０００３】
ＦＢＲプロセスの別の問題は、比較的大きい粒子を含有する流動床中で気泡が急速に成長するのでスラッギングが、円筒形ＦＢＲ中で起こり得ることである。「スラッギング」とは、非常に大きいため、それらが流動化を妨害し、収率を低減する、ガス気泡の形成を指す。典型的には、これらの気泡は、管の直径に近い直径に達し得る。スラッギングの作用が、システム中の著しい圧力変動及び管壁への不均一な力を引き起こす。気泡の寸法の成長及びフリーボードにおける破裂により変動挙動が動的であるので、その規模を特徴付けるための好適な手法は、圧力変動の標準偏差の時系列平均である。圧力変動の標準偏差は、過剰ガス速度に比例するので、システム中で形成された一番大きい気泡の凝集体気泡寸法の度量。これらの力は、測定可能な振動で表され、この分野におけるそのような振動を測定するために当該技術分野において、器具が存在する。例えば、流動床の全体又は一部にわたる圧力低下は、差圧変換器を使用して測定され得る。
【０００４】
シリコン付着流動床反応器における第３の課題は、壁が移送の主要様式である場合、付着化学的性質を支持するための処理にエネルギーを送達することである。円筒形ＦＢＲの直径が増加するにつれ、ＦＢＲの壁外周が直線的に増加するので、単位長毎の壁表面積が直線的に増加するが、稼動のための熱必要量は、所定の平均空塔速度でＦＢＲの直径の平方と共に増加する。この変化に適応するために、熱流束を増加する必要があるか、又は床高さを、エネルギーの必要な送達を達成するために増加しなければならないかのどちらかである。壁から床への最大熱流束は、壁材料の構造及び熱送達方法に関連付けられている許容熱ストレスにより制限され得る。内部加熱器及び熱交換器は、エネルギー入力を補助するために当該技術分野において提案されてきているが、これらは生成物純度を維持することへの課題は言うまでもなく、複雑さを増す。高さもまた、いくつかの流動化プロセスの気泡の成長により制限される。熱流束の制限において、ＦＢＲ直径の増加は、より大きい高さを引き起こすが、より高い床水準から引き起こされる気泡成長率の増加は、ＦＢＲでの過度のスラッギングを引き起こす。これは、ＦＢＲプロセスを、多結晶シリコンの採算の合う発生炉へとスケールアップすることを困難にする。
【０００５】
流動床反応器中で作られた多結晶シリコン粒子は、一般的には、ゲルダート群Ｂ及び／又はゲルダート群Ｄ分類に分類される。ゲルダート分類スケールは、流動床反応器中の粒子の集合挙動を示し、この固体挙動の明確な形態が、平均粒径並びに固体及び流体相の相対的な密度から特徴付けられ得る。例えば、ガス−粒子システムの抵抗挙動を十分に定量化する粒径分布のための適切な平均化説明は、表面対容積平均値又はザウター平均粒子直径である。この計量は、より大きいビーズを移動させるのを助ける全体的な集団上のより小さい粒子からのガス−固体抵抗の影響を示す。シリコン粒子に関しては、ゲルダート群Ｂ粒子は、２００〜８００マイクロメートルの範囲の粒子直径を有し得る。ゲルダート群Ｂ粒子は、流動化開始時に、注入した時点から成長し続ける気泡の形成を呈する。気泡寸法は大きい、例えば、いくつかの場合、約フィートであり得る。シリコン付着ＦＢＲプロセスに関しては、産業的に入手可能な材料のサンプルは、ゲルダートＢ範囲、典型的には、７００〜８００マイクロメートルの範囲内である粒径分布を示す。
【０００６】
ゲルダート群Ｄ粒子が、全てのゲルダート群の最大粒子直径を有する。ゲルダート群Ｄ粒子を流動化するためのガス必要量は、群Ｂ粒子より大きく、気泡成長もまたより早い。流動化中、ゲルダート群Ｂ及びゲルダート群Ｄ粒子は、巨大な気泡直径を有し、噴出及び／又はスラッギングは、大きい、円筒形流動床で通常観察される。スラッギングの問題のため、ゲルダート群Ｄ粒子は、典型的には、ガス必要量が気泡流動床において必要な量より少ないが、中央送給噴流の使用がガス−固体接触の効率を制限する噴出床で処理される。あるいは、気泡流動床内の気泡成長を低減する方法は、床内の気泡の破損を誘発することである。バッフル等の機械的解決法が、気泡を破裂するために使用されるが、ポリシリコン付着適用における、同様に生成物の汚損を誘発させない、頑丈な、耐侵食性バッフル設計の実施は困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シリコン付着流動床反応器の第４の複雑さは、反応器を出て流送される反応システム内に微粒子（約１マイクロメートル粒径）を生成する傾向にある。気泡相内の化学的性質はまた、微細シリコン粉末を作り出す核生成反応を促進することで周知である。この問題を制限する通常の方法は、気泡の成長を制限するために床内の平均粒径を収縮することである。しかしながら、より小さい粒子は、より高い可能性の汚損の危険を有す。あるいは、流動床付着反応器は、連続して稼動され得るが、これはより多い資本投資を必要とする。
【０００８】
多結晶シリコン産業において、これらの問題に対処するためにＦＢＲ技術の向上が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
流動床反応器（ＦＢＲ）は、ガス分配器、ガス分配器の上の先細り部分、及び先細り部分の上の拡大先端部を備える。ＦＢＲは、多結晶シリコンを作製するためのプロセスで使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の他の利点は容易に理解されるが、添付の図面と併せて考慮すると、以下の発明を実施するための形態を参照することによってより良く理解される。
【図１】流動床反応器（ＦＢＲ）１００の断面を示す。
【図２】図１に示されるＦＢＲ  １００での使用に好適な円錐ガス分配器１０１Ａの拡大断面を示す。
【図３】図２に示される円錐ガス分配器１０１Ａの平面図を示す。
【図４Ａ】図１に示されるＦＢＲ  １００での使用に好適な代替形態円錐ガス分配器１０１Ｂの平面図を示す。
【図４Ｂ】図１に示されるＦＢＲ  １００での使用に好適な別の代替形態円錐ガス分配器１０１Ｂの平面図を示す。
【図４Ｃ】図１に示されるＦＢＲ  １００での使用に好適な更に別の代替形態円錐ガス分配器１０１Ｂの平面図を示す。
【図５】補助的ガス注入点３０１及び３０２並びに加速度計３０３を伴うより高い床在庫を有する流動床反応器の断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
簡略な発明の概要、簡略な図の説明、及び要約書が参照により本明細書に組み込まれる。
【００１２】
用語の定義及び用法
全ての量、比率、及びパーセンテージは、特に記載のない限り、重量である。冠詞「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」はそれぞれ、本明細書の文脈により特に示されない限り、１つ以上を指す。範囲の開示には、範囲それ自体と、その中に包含される任意の数、並びに端点が含まれる。例えば、２．５〜１０．０の範囲の開示は、２．５〜１０．０の範囲だけでなく、２．７、２．９、３．４、４．５、６．７、７．４、９．３、及び１０．０を個別に含むと同時に、範囲内に包含される任意の他の数を含む。更に、例えば、２．５〜１０．０の範囲の開示は、例えば、２．６〜３．５、３．０〜３．４、２．６〜３．７、３．８〜４．０、４．０〜５．０、４．５〜６．５、及び７．０〜１０．０の部分集合、並びにその範囲に包含される任意の他の部分集合を含む。同様に、マーカッシュ群の開示には、群全体と、その中に包含される任意の個々の要素及び部分集合も含まれる。例えば、マーカッシュ群モノクロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、及びペンタクロロジシランの開示は、要素トリクロロシランを個別に、亜群トリクロロシラン及びテトラクロロシラン、並びに、その中に包含される個々の要素及び亜群を含む。
【００１３】
本出願では、「クロロシラン」という用語は、シリコン結合した１つ以上の塩素原子を有する任意のシラン種を指し、これらに限定されないが、モノクロロシラン（Ｈ３ＳｉＣｌ）、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、トリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、並びに、様々な塩素化ジシラン、例えば、ヘキサクロロジシラン及びペンタクロロジシランを含む。本出願では、「ブロモシラン」という用語は、シリコン結合した１つ以上の臭素原子を有する任意のシラン種を指し、これらに限定されないが、モノブロモオシラン（Ｈ３ＳｉＢｒ）、ジブロモシラン（Ｈ２ＳｉＢｒ２）、トリブロモシラン（ＨＳｉＢｒ３）、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ４）、及び様々な臭素化ジシラン、例えば、ヘキサブロモジシラン及びペンタブロモジシランを含む。加えて、「シリコンモノマー」という用語は、分子当たり１つのシリコン原子を有する任意のシラン種（例えば、シラン、又はＨＳｉＣｌ３、若しくはＨＳｉＣｌ３及びＳｉＣｌ４の組み合わせ）を指す。
【００１４】
ＦＢＲ設計
流動床反応器（ＦＢＲ）は、
ａ．外縁部を有するガス分配器と、
ｉ．ガス分配器に据え付けられた生成物回収管と、
ｉｉ．外縁部と生成物回収管との間のガス分配器により画定される複数の送給入口と、
ｂ．ガス分配器の上の先細り部分であり、ＦＢＲの先細り部分が、ガス分配器の外縁部から上方及び外方に拡大する、先細り部分と、
ｃ．先細り部分の上の先端部と、を備える。
【００１５】
ガス分配器
ガス分配器又はグリッドが、複数の送給入口を画定する。送給入口が、ガス分配器の外縁部と、ガス分配器に据え付けられ、ＦＢＲから離れて延在する生成物回収管との間に位置する。ガス分配器が、少なくとも２つの送給入口を有し得る。あるいは、ガス分配器が、少なくとも４つの送給入口を有し得る。生成物回収は、ＦＢＲからより大きい直径の粒子（生成物）を除去するために使用される。１つ以上の生成物回収管が、ガス分配器に据え付けられ得る。ガス分配器が、送給入口と外縁部との間に位置する複数のガス入口を更に画定し得る。
【００１６】
ＦＢＲ内で使用されるガス分配器は、円錐形状を有し得る。円錐ガス分配器は、外（頂上）縁部で最大で下方に行くに連れ減少する直径を有する。生成物回収管は、円錐ガス分配器の最下部に位置し得る。１つ以上の生成物回収管が、円錐ガス分配器に据え付けられ得る。あるいは、１つの生成物回収管が、円錐ガス分配器の最下部に据え付けられ得る。
【００１７】
入口は、垂直、水平、斜め、又はそれらの組み合わせであり得る。ガス分配器は、任意に含有された液冷式流路の使用によって冷却され得る。好適な液体は、水又は工業伝熱流体を含む。例えば、液体は、ポリジメチルシロキサン系シリコーン流体であり得る。
【００１８】
床の底部でよく混合するほど、ガス分配器はより熱くなる。これは、望ましくなく、穴を塞ぐ可能性のある分配器上の付着を引き起こし得る。ガス分配器を冷却することがこれを最小化する。ガス分配器の局所冷却の記述のためのＫｕｌｋａｒｎｉらの米国出願第２０１１／０２４４１２４  Ａ１号を参照されたい。
【００１９】
ガス分配器の上及び先細り部分の下の任意の下方直線部分
ＦＢＲは、任意にガス分配器の上の下方直線部分を更に備える。下方直線部分が、垂直壁を有し、円筒形状を有し得る。高さ対直径の比率（Ｌ／Ｄ比率）は、典型的には、円筒形下方直線部分において０．５以下である。ＦＢＲの稼動中、下方直線部分が存在するとき気泡流動床の一部が、下方直線部分に存在し得る。分離が下方直線部分で起こり得る、すなわち、より大きい直径の粒子（生成物）が、下方直線部分で優先的により小さい直径の粒子（例えば、種及び中程度の寸法の粒子）から分離し得、生成物が、下方直線部分を通って下方に移動し、生成物回収管を通ってＦＢＲを出る。分離は、空塔速度が、最低流動化速度を超えるが、典型的には、最低流動化速度より３０〜５０％高い高級混合を誘発する転移速度より低い場合にのみ起こる。反応器のこの部分への入熱もまた、付着反応及び下のガス分配器からの流路への潜在的妨害から引き起こされる局所的焼結を促進し得る壁近辺の過剰温度を避けるために、ガス流量及び入口ガス温度に対して管理されなければならない。典型的には、クロロシラン／水素混合物では、付着を制限するためには５００℃未満の処理温度で十分である。同様に、エッチングガス注入による壁近辺の蒸気組成物の制御は、付着起因性焼結の危険をも制限し得る。
【００２０】
先細り部分
ＦＢＲの先細り部分は、ガス分配器の外縁部から（又は下方直線部分が存在するとき、下方直線部分の頂部から）上方及び外方に拡大する。先細り部分が上方及び外方に拡大する円錐角は、垂直から２．５°〜１０．０°の範囲であり得る。あるいは、円錐角が、３．５°〜７．０°、あるいは４．０°〜１０．０°、あるいは４．０°〜７．０°、及びあるいは４．０°〜５．０°の範囲であり得る。
【００２１】
理論によって束縛されることを望むことなく、先細り部分がより高い表面積を有するので（すなわち、同じ高さ及び直径を有するであろうガス分配器を伴う円筒形流動床反応器より高い）、先細り部分を含むことは、伝熱能力を改善するであろうと思われる。先細り部分の円錐角は、気泡成長率及びスラッギング（円筒形流動床反応器と比べて）をも低減させるので、先細り部分を伴うＦＢＲの高さと直径は、円筒形流動床反応器の高さと直径を超え得る。
【００２２】
気泡流動床の少なくとも一部は、ＦＢＲが稼動するときにＦＢＲの先細り部分に存在する。ＦＢＲは、加熱器が稼動するときに先細り部分に熱を提供するように配向される加熱器を更に備える。
【００２３】
先細り部分が、主要ガス分配器の上の追加ガス流れのための注入点をも有し得る。床の空塔速度が増加すると、スラッギングする時点まで床底部の気泡が成長する時が来る。ガス流れの段階分けは、床のより高いガス容積処理能力並びにより高い床在庫でのより安定した動きを可能にする。このガスは、追加の反応処理能力を促進するための新鮮な送給ガス、四塩化シリコン等のエッチングガス、又は水素等の希釈ガス、であり得る。処理条件下でシリコンを形成する化学的潜在能力を有するガス混合物では、ガス注入の排出ポートは、排出点での局所的シリコン蓄積を防止するために冷却が必要となり得る。
【００２４】
先細り部分の上及び先端部の下の任意の上方直線部分
ＦＢＲは、任意に先細り部分の上の上方直線部分を更に備え得る。上方直線部分は、垂直壁を有し、円筒形状を有し得る。上方直線部分の高さは、先細り部分の寸法及び選択されたシリコン担持源ガスを含む様々な要因に依る。一般的には、上方直線部分は、ＦＢＲの輸送遊離高さを超え、ＦＢＲの頂部から粒子が出ていくのを防ぐのに有用である。輸送遊離高さの計算は、文献に記載される。例えば、粒子が流動化すると、粒子はシリコン担持源ガスに流送され得る。一般的には、摩擦及び核生成プロセスの結果できるもの等の極小粒子は依然として層流され得るが、適切な寸法の種粒子の場合、粒子が輸送遊離高さを超える前に床粒子の流送は停止する。したがって、ＦＢＲの上方直線部分は、シリコン担持源ガス内に流送されている粒子がＦＢＲから漏れ出てしまうことを防止するために輸送遊離高さを超えて延在する。
【００２５】
先端部
ＦＢＲの先端部は、先細り部分の上（又は存在するときは、上方直線部分の上）に据え付けられる。先端部は、先細り部分の頂部の直径より大きい直径を有する拡大先端部（すなわち、該拡大先端部）であり得る。先端部は、気泡流動床水準が、流動化速度が最低流動化速度（Ｕｍｆ）より低いという条件を下回るとき先細り部分の頂部より大きい直径を有する必要はない。しかしながら、サイクロン等の典型的な微粒子捕捉及び再循環装置は、生成物の汚損源を誘発し得るので拡大先端部への移行が、ポリシリコン適用における全体的な流送を管理するためにはより好適であり得る。拡大先端部は、直径が十分大きく、加えて気泡流動床の種粒子を維持するためその最大直径を有するのを超えるのに十分な輸送遊離高さを有する。典型的には、固体を帯びたガスは、約２２度の噴流円錐角で拡大する。しかしながら、円錐拡大角度は、それが平らすぎる場合、シリコン粒子が、拡大先端部の底部に蓄積し得るので、過度に大きくはなり得ない。先端部が拡大する角度は、輸送遊離高さが拡大先端部中に延在するかどうか（例えば、上方直線部分が存在するかどうか）、及びＦＢＲ中の粒子の摩擦特性を含む様々な要因に依る。不規則な形状のシリコン種粒子では、転移点の水平面に対する拡大先端部の勾配Ｓは、固体がシステム内に滑り戻ることを可能にするように少なくとも４０度であるべきである。
【００２６】
先端部は、種粒子をＦＢＲに添加するための粒子入口を有する。種粒子（例えば、シリコンの種粒子）は、より大きい直径の粒子（生成物）を作製するために材料が、気泡流動床に付着している原材料である。先端部はまた、頂部又は頂部の近辺にガス出口を有する。焼結金属フィルターは、任意にガス出口中に備えられ得る。理論によって束縛されることを望むことなく、焼結金属フィルターは、その後の再処理方法、例えば、新しいシラン中間体のためのシリコン原材料としての使用又は濾塊を形成するための圧縮による処置のために、微細シリコン粒子を排ガスから除去させ得る。
【００２７】
加熱器
上述のＦＢＲは、加熱器が稼動するときに先細り部分に熱エネルギーを提供するように配向される加熱器を更に備える。定義したように、加熱器は、化学蒸着を支持するために必要な所望の温度にガス及び床を加熱するために使用され得る任意の適切なエネルギー送達源である。これは、Ｓ字抵抗加熱器又は誘導コイルを含むが、これらに限定されない。ＦＢＲは、任意に、反応チャンバの部分を包囲する１つ以上の追加の加熱器を更に備え得る。例えば、ＦＢＲは、補助的加熱器が稼動するときにガス分配器に熱を提供するようにＦＢＲに配向される補助的加熱器を更に備え得る。あるいは、ＦＢＲは、部分加熱器が稼動するときに少なくとも１つの直線部分に熱を提供するようにＦＢＲに配向される部分加熱器を更に備え得る。あるいは、ＦＢＲは、補助的加熱器及び１つ以上の部分加熱器の両方を有し得る。
【００２８】
プロセス
上述のＦＢＲは、多結晶シリコンを作製するためのプロセスにおいて使用され得る。このプロセスにおいて、水素を含むガス及びシリコン担持源ガスが、シリコン粒子を含有する気泡流動床に送給される。少なくとも一部の気泡流動床が、上述のように垂直から円錐角を有するＦＢＲの先細り部分に存在する。理論によって束縛されることを望むことなく、この操作の利益は、それがガス分配器を出るときにＦＢＲでの気泡の成長速度を減速させることである（気泡流動床が円筒形管に存在する流動床反応器プロセスに対して）と思われる。
【００２９】
シリコン粒子（シリコンの種粒子）が、先細り部分の上のＦＢＲに、例えば、ＦＢＲの拡大先端部上の粒子入口を通り、送給される。
【００３０】
シリコン担持源ガスは、ガス分配器により画定される送給入口を通りＦＢＲに送給される。全て、又は一部の水素は、シリコン担持源ガスに加えて、送給入口を通りＦＢＲに送給され得る。化学的性質が、シリコンの付着を進めるので、気泡流動床中の粒子の直径が増加する。
【００３１】
より大きい直径粒子（シリコン生成物の）は、生成物回収管を通りＦＢＲから除去される。あるいは、全て、又は一部の水素は、生成物回収管、例えば、ＦＢＲから出て行く生成物への対向流を通り、ＦＢＲに送給され得る。理論によって束縛されることを望むことなく、生成物回収管を通りＦＢＲに全て、又は一部の水素を送給することにより、ＦＢＲから出て行く、より大きい直径の粒子から残留シリコン担持源ガスを引き剥がし得ると思われる。水素流れの調節はまた、集団内のより小さい又は小型の粒子の分離を促し反応器システムを性急に出ないように作用し得る。しかしながら、粒子の流出は、粒子集団均衡、及び床／壁伝熱率を変えることに起因する反応器壁温度における有意な変動を避ける適切な粒径分布を維持する床在庫制御策略の束縛下で管理されなければならないことが認識される。
【００３２】
熱は、ＦＢＲ壁を通り加えられ得、粒子、シリコン担持源ガス及び水素の温度を上昇させ、それによって、シリコン担持源ガス中のシリコンモノマーを気泡流動床中の粒子に付着するシリコンへと熱分解することを引き起こす反応を支持する。排ガスは、ＦＢＲの先端部中のガス出口を通り反応器の頂部から出る。
【００３３】
シリコン担持源ガスは、シリコンモノマーを含む。シリコン担持源ガスは、クロロシランを含み得る。シリコン担持源ガスは、ＨＳｉＣｌ３を含み得る。あるいは、シリコン担持源ガスは、ＨＳｉＣｌ３及びＳｉＣｌ４を含み得る。シリコン担持源ガスが、ＨＳｉＣｌ３を含むとき、ＦＢＲ中の温度は、９００℃〜１２５０℃の範囲であり得る。あるいは、シリコン担持源ガスは、ＳｉＨ４を含み得る。シリコン担持源ガスが、ＳｉＨ４を含むとき、ＦＢＲ中の温度は、６５０℃〜９５０℃の範囲であり得る。
【００３４】
ＦＢＲ内の圧力は、１０１．３〜１５２０ｋＰａ（１〜１５気圧）の範囲であり得る。シリコン担持源ガス及び水素のガス流量は、床交代及び先細り部分内の分離の最小化を援助するため、空塔速度が、最低流動化速度を超えるべきであり、ガス速度が、典型的には、最低流動化速度より３０％を超えて高くなるべきであるように選択される。例えば、９５０℃〜１０２０℃の範囲の温度のシリコン担持源ガスとしてクロロシランを用いる４１２ｋＰａ（４５ｐｓｉｇ）での稼動において、空塔速度は、１３２０マイクロメートルのザウター平均粒径を有するシリコン粒子で０．６１ｍ／秒（２ｆｔ／秒）を超えるべきである。
【００３５】
上述のガス分配器が、送給入口とガス分配器の外縁部との間の複数のガス入口を更に備え、次に、エッチングガスがこれらのガス入口を通りＦＢＲに送給され得る。エッチングガスは、ＨＣｌを含み得る。あるいは、エッチングガスは、ＳｉＣｌ４を含み得る。生成される生成物の収率を実質的に減少することなくＦＢＲの内部からの付着物をエッチングするために十分な量のエッチングガスを使用して、ガス分配器及び／又はＦＢＲの壁上のシリコンの付着を最小化するためのプロセスを説明するために参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，９２７，９８４  Ｂ２号に記載のプロセスに従い、エッチングガスは、シリコン担持源ガスが送給されると同時に送給され得る。
【００３６】
図１は、ＦＢＲ  １００の断面の概略図を示す。ＦＢＲ  １００は、円錐ガス分配器１０１Ａを備える。図２は、円錐ガス分配器１０１Ａの拡大断面を示す。円錐ガス分配器１０１Ａは、生成物回収管１０３とガス分配器１０１Ａの上縁部１０４との間に位置する送給入口１０２を含む。シリコン（生成物）１０５のより大きい直径の粒子（例えば、ゲルダート群Ｄ）は、生成物回収管１０３を通りＦＢＲ  １００から出て行く。水素ガス１０６は、ＦＢＲ  １００から出て行くシリコン１０５のより大きい直径の粒子に対する対向流の生成物回収管１０３を通りＦＢＲ  １００に送給される。シリコン担持源ガス１０７は、送給入口１０２を通りＦＢＲ  １００に送給される。
【００３７】
円錐ガス分配器１０１Ａの真上は、流動床反応器１００の下方直線部分１１１である。より小さい直径の粒子（例えば、種及び中間体）１０９からシリコン（生成物）１０５のより大きい直径の粒子の分離は、下方直線部分１１１内で起こる。下方直線部分１１１の上は、ＦＢＲ  １００の先細り部分１１２である。気泡流動床１０８のシリコン粒子１０９とガス気泡１１０は、下方直線部分１１１と先細り部分１１２に存在する。先細り部分１１２は、円錐形状で上方及び外方に拡大する。円錐角１１３は、垂直から２．５°〜１０°の範囲であり得る。
【００３８】
先細り部分１１２の上に、ＦＢＲは、拡大先端部１１４を有する。拡大先端部１１４は、先細り部分１１２の頂部１１５より直径が広い。シリコン粒子１１６（例えば、生成物より小さい直径を有する原材料として使用される種粒子）は、拡大先端部１１４の頂部上の送給ポート１１７を通りＦＢＲ  １００に送給される。通気ガス１１８は、拡大先端部１１４の頂部上の通気ベント１１９を通りＦＢＲ  １００から出る。通気ガス１１８は、生成物及び／又はシリコン塵埃による未反応シリコン担持源ガス及び水素を含み得る。
【００３９】
図３は、図１及び２で示されるＦＢＲ  １００で使用され得る円錐ガス分配器１０１Ａの平面図を示す。円錐ガス分配器１０１Ａは、中央、すなわち、最下点に据え付けられる生成物回収管１０３を有する。送給ガス入口１０２は、生成物回収管１０３を包囲する。
【００４０】
図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃはそれぞれ、図１及び２で示されるＦＢＲ  １００で使用され得る代替形態の円錐ガス分配器１０１Ｂの平面図を示す。代替形態の円錐ガス分配器１０１Ｂは、図４Ｃで示されるように、中央、すなわち、円錐ガス分配器１０１の最下部に据え付けられる１つ以上の生成物回収管１０３を有し得る。送給ガス入口１０２は、生成物回収管１０３を包囲する。エッチングガス入口２００は、送給ガス入口１０２と円錐ガス分配器１０１Ｂの外縁部２０１との間に位置する。
【００４１】
図５を参照して、流動床反応器は、先細り部分１１２に画定される少なくとも一列のガス注入ポートを含み得る。例えば、図５で示されるように、二次ガス入口３０１及び３０２は、先細り部分１１２により画定される。二次ガス入口３０１及び３０２は、ＦＢＲ  １００の先細り部分１１２にガスを導入するために使用され得る。ガスは、典型的には、補助的流動化ガス、追加送給ガス、エッチングガス、又は希釈ガスの群から選択される。しかしながら、任意の種類のガスが、二次ガス入口３０１及び３０２を通り先細り部分１１２に導入され得ることが理解されるものとする。
【００４２】
ＦＢＲ  １００は、ＦＢＲ  １００の振動を測定するためにＦＢＲ  １００に連結される加速度計３０３を含み得る。加速度計３０３は、典型的には、ＦＢＲ  １００内で達する温度（市販の加速度計では最大６５０℃）から加速度計を保護できる位置でＦＢＲ  １００に取り付けられる。あるいは、加速度計３０３は、加速度計３０３の温度限界を満たすように局所的に適切に冷却され得る。好適な加速度計３０３の例は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）被覆高温圧電型加速度計である。加速度計３０３により測定されるＦＢＲ  １００の振動に関する信号が、音響信号の後処理が粒径を解明するために使用され得るデータ収集システム３０４に送信される。Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）被覆で保護された同軸ケーブルが、加速度計３０３からデータ収集システム３０４に信号を送信するために使用され得ることが理解されるものとする。
【００４３】
データ収集システム３０４は、加速度計３０３から受信した信号を処理するために使用され得る。典型的には、加速度計により送信される信号は、ＦＢＲ  １００の振動に関する音響信号である。ＦＢＲ  １００の振動の測定が、音響パワースペクトル解析を行うことにより完了することが理解されるものとする。理論によって束縛されることを望むことなく、加速度計の位置は、理想的には、ＦＢＲ  １００内の気泡が、音響信号の信号対雑音比を改善するために壊れる床上面付近である。データ収集システム３０４により受信した信号に基づいて、ＦＢＲ  １００内のザウター平均粒径分布が計算され得る。より具体的には、ＦＢＲ  １００中を流れているガスの空塔速度を加味するとき、ＦＢＲ  １００の振動に関する信号及び床在庫データ（ＦＢＲ  １００内の粒子床質量）は、ＦＢＲ  １００内のザウター平均粒径（直径）分布を判定するために使用され得る。例えば、稼働中に、床質量は、全体床圧力低下又は核レベル（ガンマ線）ゲージから推測でき得る。加えて、空塔速度は、注入点での流れ測定と、両方共測定可能である公式所定圧力及び温度データの方程式から計算され得る平均ガス分子容積とから直接計算され得る。理論によって束縛されることを望むことなく、統計的モデルが、床質量、空塔速度、及びＦＢＲ  １００の振動に基づいて、流動床のザウター平均粒径分布を判定するために用いられ得ると考えられる。
【００４４】
本明細書に記載のＦＢＲ及びプロセスは、他の装置及び／又はプロセスと共に使用されてもよい。例えば、本明細書に記載のＦＢＲは、１つ以上のジーメンス反応器を出る通気ガスが、本明細書に記載のＦＢＲの先細り部分中の気泡流動床に送給されるシリコン担持源ガスの全て又は一部として使用される、米国特許第７，９３５，３２７  Ｂ２号の一体化された流動床反応器プロセスにおいて使用され得る。
【実施例】
【００４５】
これらの実施例は、本発明のいくつかの実施形態を例示することを意図したものであり、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。参考例は、特に指定がない限り、先行技術とみなしてはならない。
【００４６】
試験的ＦＢＲを、大型定常状態シリコンビーズを生成するように準備する。試験的ＦＢＲは、２０．３２ｃｍ（８インチ）の内径を有する円筒形管から作製される流動床を備える。４５．７２ｃｍ（１８インチ）の内径を有する拡大先端部を、流動床の一方の端部に連結する。ガス分配器を、流動床グリッドの他方の端部に連結する。ガス分配器は、シリコン担持源ガスを流動床に導入するための複数の穴を含有する。排出管は、大型定常状態シリコンビーズの排出のために流動床の底部に画定される。流動床は、シリコンの種粒子で充填される。試験的ＦＢＲの稼働中、種粒子の直径が増加するようにシリコンが種粒子に付着する。シリコンは、表面対容積平均直径の床粒子が、ゲルダート群Ｄ分類に分類されるまで、床粒子に付着し、平均粒径分布は、種添加率対生成物回収率の平衡に基づいて、許容可能な範囲内で維持される。このため、試験的ＦＢＲは、ゲルダート群Ｄ分類と落下する粒子の集団を流動化することができる。したがって、大型定常状態シリコンビーズの商業生産のために試験的ＦＢＲをスケールアップすることが望ましい。これを促進するために、Ｈｏｒｉｏらにより説明されるように流動化流体力学スケーリングの原理を使用する床流体力学の検証試験（「Ａ  Ｎｅｗ  Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ  Ｒｕｌｅ  ｆｏｒ  Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ  Ｂｅｄ  Ｓｃａｌｅ−Ｕｐ」，ＡＩＣｈＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ，３２：１４６６（１９８６）を参照されたい）。定められた形状のために計測された床を、クロロシラン系付着処理中のものに流動化ガスとして空気を使用する流体力学的に当量の稼動条件下でモデル代表と共に試験した。実験の間、加速度計及び差圧測定装置を、床挙動を特徴付けるのを補助するために使用した。圧力変動データ収集のための重要な態様は、圧力測定装置が床周波数（通常１０Ｈｚ未満）に対して即作動すること、プロセスと圧力測定装置を接続する導管が、十分小さいので導管内の蒸気容積が、貯蔵所を湿らせるように作動せず、実際の圧力変動の誤った低い測定という結果となるであろうことである。この問題を緩和するために、導管寸法が、６．３５ｍｍ（０．２５ｉｎ）を超える公称直径でないことを推奨する。
【００４７】
基準モデル床を、圧力測定に加えて、床挙動の視覚解析を可能にするプレキシガラスから構成した。大気圧で空気を、クロロシランと水素の混合物を含有する高圧及び高温（約１０００℃）で流動床を模擬実験するために流動化ガスとして使用した。グリッド部分の上の差圧を、１ｋＨｚ速度でサンプリング可能な差圧送信装置で監視する。差圧送信装置は、３０．４８ｃｍ（１ｆｔ）の距離にわたって広がった。各圧力タップをパージし、圧力タップ位置から器具までの管を、３．１７５ｍｍ（０．１２５ｉｎ）の公称直径で指定した。差圧低下を１ｋＨｚサンプル周波数での流動化の様々な条件の間に監視し、差圧の標準偏差を６０秒の時間平均周期にわたって計算した。基準モデルＦＢＲの流動床は、ゲルダート群Ｄ（ザウター平均＝１５１５マイクロメートル）に分類される平均粒径分布を伴うゲルダート群Ｂ及びゲルダート群Ｄ分類に分類される粒子で充填される。圧力変動を、いくつかの異なる表面速度及び２つの床在庫で監視した。差圧の標準偏差が、１．２５ｋＰａ（５インチの水）を超えるとき、床がスラッギングするのが観察された。
【００４８】
第１のスケールアップＦＢＲモデルシステムを準備する。第１のスケールアップＦＢＲは、９１．１ｃｍ（３６インチ）の公称直径（内径＝８９．５３ｃｍ（３５．２５インチ））を有する鋼円筒形管から作製される流動床を備える。円錐ガス分配器を、第１のスケールアップＦＢＲの流動床の一方の端部に取り付ける。第１のスケールアップＦＢＲのガス分配器は、空気を流動床に導入するための複数の穴を含有する。グリッド部分の上の差圧を、１ｋＨｚ速度でサンプリング可能な差圧送信装置で監視する。差圧送信装置は、６０．９６ｃｍ（２ｆｔ）の距離にわたって広がった。各圧力タップをパージし、圧力タップ位置から器具までの管を、３．１７５ｍｍ（０．１２５ｉｎ）の公称直径で指定した。差圧低下を１ｋＨｚサンプル周波数での流動化の様々な条件の間に監視し、差圧の標準偏差を６０秒の時間平均周期にわたって計算した。第１のスケールアップＦＢＲの流動床は、ゲルダート群Ｂ及びゲルダート群Ｄ分類に分類される粒子で充填される。異なるザウター平均粒径を有する２つの異なる混合物を試験した（７３０マイクロメートル−ゲルダートＢ及び１５２４マイクロメートル−ゲルダートＤ）。第１のスケールアップＦＢＲの稼動中、ガス気泡は、早急に非常に大きい直径へと増加し、重度のスラッギング及び管の機械的振動という結果を引き起こした。壁の制約を伴うことなく、より大きい気泡への成長を可能にする２０．３２ｃｍ（８ｉｎ）の規範事例よりもかなり大きい直径であるにもかかわらず、圧力の標準偏差が１．４９ｋＰａ（６インチの水）を超えたときに、スラッギングが観察された。流動床の高さは、ガス気泡により引き起こされるスラッギングを低減するように変動する。第１のスケールアップＦＢＲの流動床のスラッギングしない高さは、各粒径で確認され、より小さい粒子のスラッギングしない高さは、より大きい粒子のそれを超える。しかしながら、第１のスケールアップＦＢＲの流動床のスラッギングしない高さは、必要である適切な量の反応器壁熱を流動床内の粒子への制御されたシリコン化学蒸着を可能にし得る処理温度に到達させるのには浅すぎる。したがって、ガス気泡発達への更なる考察が、試験的ＦＢＲをスケールアップするために考慮されなければならない。
【００４９】
第２のスケールアップＦＢＲを準備する。第２のスケールアップＦＢＲは、一方の端部が２０．３２ｃｍ（８インチ）の直径を有し、他方の端部が３９．３７ｃｍ（１５．５インチ）の直径に拡大する先細り壁プレキシガラス管から作製する流動床を備える。円錐ガス分配器を、第２のスケールアップＦＢＲの流動床の２０．３２ｃｍ（８インチ）の直径の端部に取り付ける。第２のスケールアップＦＢＲのガス分配器は、ガスを流動床に導入するための複数の穴を含有する。グリッド部分の上の差圧を、１ｋＨｚ速度でサンプリング可能な差圧送信装置で監視する。差圧送信装置は、３０．４８ｃｍ（１ｆｔ）の距離にわたって広がった。各圧力タップをパージし、圧力タップ位置から器具までの管を、３．１７５ｍｍ（０．１２５ｉｎ）の公称直径で指定した。差圧低下を１ｋＨｚサンプル周波数での流動化の様々な条件の間に監視し、差圧の標準偏差を６０秒の時間平均周期にわたって計算した。第２のスケールアップＦＢＲの流動床は、ゲルダート群Ｄ（ザウター平均＝１５１５マイクロメートル）に分類される平均粒径分布を伴うゲルダート群Ｂ及びゲルダート群Ｄ分類に分類される粒子で充填される。第２のスケールアップＦＢＲの稼働中、ガス気泡成長の寸法は制限される。スラッギングは観察されず、差圧の時間平均標準偏差は、１．２５ｋＰａ（５インチの水）未満であった。
【００５０】
第３のスケールアップＦＢＲを準備する。第３のスケールアップＦＢＲは、一方の端部が４４．４５ｃｍ（１７．５インチ）の直径を有し、他方の端部が１０１．６ｃｍ（４０インチ）の直径に拡大する先細り壁プレキシガラス管から作製する流動床を備える。円錐ガス分配器を、第３のスケールアップＦＢＲの流動床の４４．４５ｃｍ（１７．５インチ）の直径の端部に取り付ける。第３のスケールアップＦＢＲのガス分配器は、ガスを流動床に導入するための複数の穴を含有する。グリッド部分の上の差圧を、１ｋＨｚ速度でサンプリング可能な差圧送信装置で監視する。差圧送信装置は、３０．４８ｃｍ（１ｆｔ）の距離にわたって広がった。各圧力タップをパージし、圧力タップ位置から器具までの管を、３．１７５ｍｍ（０．１２５ｉｎ）の公称直径で指定した。差圧低下を２００Ｈｚサンプル周波数での流動化の様々な条件の間に監視し、差圧の標準偏差を６０秒の時間平均周期にわたって計算した。加速度計（モデル：Ｋｉｓｔｌｅｒ  Ｋ−Ｓｈｅａｒ  ８７１２Ａ５Ｍ１）もまた、ガス分配器の頂部の上１４２．２４ｃｍ（５６インチ）の距離の管上に配置し、この装置を、音響信号を得て処理するためにデータ収集システムに連結した。加速度計信号の標準偏差もまた６０秒の時間平均周期にわたって計算した。第３のスケールアップＦＢＲの流動床は、ゲルダート群Ｂ及びゲルダート群Ｄ分類に分類される粒子で充填される。２つの異なる粒径分布を試験し、１つは９７４マイクロメートルのザウター平均直径を有し、２つ目は、１２６３マイクロメートルのザウター平均直径を有した。第３のスケールアップＦＢＲの稼働中、ガス気泡成長は、第２のスケールアップＦＢＲと比較して寸法が制限される。スラッギングは、９７４マイクロメートル粒径分布で観察されず、差圧の標準偏差は、２．４９ｋＰａ（１０インチの水）ほども高くなった。１２６３マイクロメートル混合物では、スラッギングは、圧力変動の標準偏差が１．７４ｋＰａ（７インチの水）を超えたときに観察された。
【００５１】
第４のスケールアップＦＢＲを準備する。第４のスケールアップＦＢＲは、一方の端部が４４．４５ｃｍ（１７．５インチ）の直径を有し、他方の端部が１０１．６ｃｍ（４０インチ）の直径に拡大する先細り壁プレキシガラス管から作製する流動床を備える。円錐ガス分配器を、第４のスケールアップＦＢＲの流動床の４４．４５ｃｍ（１７．５インチ）の直径の端部に取り付ける。第４のスケールアップＦＢＲのガス分配器は、ガスを流動床に導入するための複数の穴を含有する。第２の組のガス注入ノズルを、ガス分布プレナムの頂部の上の１５７．４８ｃｍ（６２インチ）の高さで先細り部分内に配置する。グリッド部分の上の差圧を、１ｋＨｚ速度でサンプリング可能な差圧送信装置で監視する。差圧送信装置は、３０．４８ｃｍ（１ｆｔ）の距離にわたって広がった。各圧力タップをパージし、圧力タップ位置から器具までの管を、３．１７５ｍｍ（０．１２５ｉｎ）の公称直径で指定した。差圧低下を２００Ｈｚサンプル周波数での流動化の様々な条件の間に監視し、差圧の標準偏差を６０秒の時間平均周期にわたって計算した。加速度計（モデル：Ｋｉｓｔｌｅｒ  Ｋ−Ｓｈｅａｒ  ８７１２Ａ５Ｍ１）もまた、ガス分配器の頂部の上１４２．２４ｃｍ（５６インチ）の距離の管上に配置し、この装置を、音響信号を得て処理するためにデータ収集システムに連結した。加速度計信号の標準偏差もまた６０秒の時間平均周期にわたって計算した。
【００５２】
第４のスケールアップＦＢＲの流動床は、ゲルダート群Ｂ及びゲルダート群Ｄ分類に分類される粒子で充填される。主要分配器及び第２の組のノズルの両方へのガス流れを制御した。第４のスケールアップＦＢＲの稼働中、ガス気泡成長は、総ガス流れを一定に保持しながら、上方ノズルにガスを添加することにより両方の粒径分布の寸法を更に制限する。ガスを二次ノズルに添加することは、床の安定性を低減することなく総ガス処理能力に対する明確な利益を示す。表１は、入口分配器へのガス流れを、０．９３４ｍ３／時間（３３０ｓｃｆｈ）の空気流れで一定に保持しながら、第２の組のノズル中のガス流れの増加の結果としての圧力変動の標準偏差の応答を示す。床在庫を８７６．３ｋｇ（１９３２ｌｂ）の１２６３マイクロメートルザウター平均粒径を有するシリコンビーズで保持した。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
スラッギングは、第４のスケールアップＦＢＲ中の９７４マイクロメートル粒径分布では観察されず、圧力変動は、同じ在庫及び総ガス流量での第３のスケールアップＦＢＲより低かった。スラッギングは、試験された速度の範囲にわたる１２６３マイクロメートル粒径分布でも観察されなかった。
【００５５】
表２は、２つの粒径分布の第４のスケールアップＦＢＲの振動（加速度測定）を比較したものを表す。固定床在庫（１３２４ｋｇ（２９１９ｌｂ））では、加速度計は、各ガス空塔速度で１２６３マイクロメートルザウター平均粒径分布が、９７４マイクロメートルザウター平均粒径分布より高い振動活動を有したことを示した。したがって、床密度を判定するための加速度計の以前の使用と違って、加速度計により測定される第４のスケールアップＦＢＲの振動を特徴付ける加速度測定が、空塔速度及び床在庫（床質量）データを加味するとき、粒径分布を判定するために使用され得ることが判明した。更に、理論によって束縛されることを望むことなく、統計的モデルが、ＦＢＲの振動、床質量、及び空塔速度入力に基づいて、流動床のザウター平均粒径分布を判定するために用いられ得ると考えられる。
【００５６】
【表２】
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【００５７】
理論によって束縛されることを望むことなく、第２、第３、及び第４のスケールアップ流動床反応器実施例で開示されたような先細り管から作製される流動床は、流動床の上方部中の気泡相内の過剰ガス速度を低減することにより、小さいガス気泡がより少なくより大きい気泡に急成長することを防止し、これは、より小さいガス気泡のうちのいくらかが、エマルション相へと送られることを可能にすると考えられる。これは、ガス気泡が合体により大きく成長することを防止する。先細り壁管から作製される流動床は、流動床の先細り壁に沿うエマルション相固体の動きを促進し、これは、先細り壁の良好な精洗を引き起こし、凝集体のいかなる蓄積をも防止するとも考えられる。その上、流動床の先細り壁の設計は、先細り壁中の複数軸方向位置でのガス導入を可能にする。局所流動化空塔速度が、床断面の増大の結果最低流動化速度未満まで落ちる場合、ガスの添加がこれらの床高さでの持続的流動化を可能にする。また、第４のスケールアップ流動床反応器実施例で開示したように、ガス注入の段階分けが、反応器の下方部分中のスラッギングの開始を制限することにより、反応器ユニットにわたるガス処理能力の純増加を可能にする。
【００５８】
産業上の利用可能性
発明者は、驚くべきことに、ゲルダート群Ｂ及びゲルダート群Ｄに分類される粒子は、中空又は小さい直径（２０．３２ｃｍ（８インチ）未満）ではない先細りＦＢＲを使用する深い気泡流動床で生成させることを発見した。流動化挙動は、円筒形本体を伴う流動床反応器と比較して、圧力変動を低減させた。先細りＦＢＲ及びプロセスは、多結晶シリコンを製造するのに有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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