УСТРОЙСТВО РАВНОМЕРНОГО НАГРЕВА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КРЕМНИЕВЫХ СТЕРЖНЕЙ

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована в источниках резистивного нагрева кремниевых стержней реакторов производства поликристаллического кремния методом водородного восстановления хлорсиланов.
Известно устройство для равномерного нагрева кремниевых стержней во время процесса осаждения [US 20090229991 A1, МПК C25C 1/00, C25C 7/00, опубл. 17.09.2009], выбранное в качестве прототипа, содержащее кремниевый стержень, один вывод которого подключен к регулятору переменного тока, а второй к частотному преобразователю. Регулятор переменного тока и частотный преобразователь соединены последовательно и подключены к электрической сети.
Недостатком этого устройства является то, что несущая низкочастотная составляющая выходного сигнала нивелирует скин-эффект создаваемый высокочастотной гармоникой, что не приводит к существенному изменению градиента температуры в кремниевых стержнях.
Задачей полезной модели является создание устройства, позволяющего выровнять внутренний градиент температуры поликристаллических кремниевых стержней.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство равномерного нагрева поликристаллических кремниевых стержней, также как в прототипе, содержит кремниевый стержень и частотный преобразователь.
Согласно полезной модели к источнику питания постоянного тока, подключен частотный преобразователь, соединенный с силовым импульсным трансформатором, к которому подсоединен резонансный конденсатор, к которому подключен кремниевый стержень, соединенный с силовым импульсным трансформатором. Источник питания постоянного тока подключен к промышленной сети.
В предложенном устройстве использованы высокочастотные биполярные импульсные формы тока, вызывающие скин-эффект, благодаря которому возрастает температура поверхности кремниевого стержня, вследствие чего выравнивается внутренний градиент температуры. Исследования форм тока используемых в заявленном решении и в прототипе [Повышение эффективности Сименс-технологии получения поликристаллического кремния Российских производств с учетом их аппаратурного оформления. Теоретические исследования поставленных перед НИР задач: отчет о НИР (промежут.) / ООО ОСТом; рук. Горюнов А.Г.; исполн.: Байдали С.А., Козин К.А., Сачков С.А., Итилигатор А.Е., Шевяков И.Ю. [и др.]. - Томск, 2012. - 128 с. - Инв. №02201253488 от 29.02.2012, №гос. регистрации 01201161884 от 24.05.2011.] показывают, что в заявленном решении высокочастотные токи биполярных импульсных форм (кривая 1 на фиг.1) обеспечивают меньшую разность температур центра и поверхности поликристаллического кремниевого стержня, чем формы тока в виде суперпозиции двух гармоник с несущей низкочастотной (кривая 2 на фиг.1) используемые в прототипе.
На фиг.1 изображена зависимость разности температур поверхности T(R) и центра T(0) от частоты f нагревающего тока при высокочастотных токах биполярных импульсных форм (кривая 1) и при токах в виде суперпозиции двух гармоник с несущей низкочастотной (кривая 2).
На фиг.2 представлена принципиальная схема устройства равномерного нагрева кремниевых стержней в Сименс-реакторе.
Устройство равномерного нагрева поликристаллических кремниевых стержней содержит источник питания постоянного тока 1 (ИИ), подключенный к промышленной сети. К источнику питания подключен частотный преобразователь 2 (ЧП), к которому подключен согласующий силовой импульсный трансформатор 3 (ТР), к которому последовательно через силовой резонансный конденсатор 4 (РК) подключен кремниевый стержень 5 (КС).
В качестве источника питания 1 (ЮТ) может быть использован простейший источник питания постоянного тока состоящий из выпрямителя и конденсаторного фильтра. Частотный преобразователь 2, (ЧП) может быть выполнен на силовых высокочастотных IGBT транзисторах. В качестве согласующего силового импульсного трансформатора 3 (ТР) может быть использован трансформатор имеющий низкие коэрцитивную силу и магнитные потери. В качестве силового резонансного конденсатора 4 (РК) может быть использован любой мало-индуктивный силовой конденсатор.
Устройство равномерного нагрева поликристаллических кремниевых стержней работает следующим образом.
Выпрямленное напряжение от источника питания 1 (ИП) поступает на частотный преобразователь 2 (ЧП), формирующий высокочастотное импульсное напряжение, которое подают на согласующий силовой импульсный трансформатор 3 (ТР). С трансформатора 3 (ТР) биполярные импульсы чрез силовой резонансный конденсатор 4 (РК) поступают на кремниевый стержень 5 (КС), вызывая его нагрев.
Устройства равномерного нагрева поликристаллических кремниевых стержней позволяет снизить на более чем 40% величину внутреннего градиента температуры, и, увеличить время кампании в условиях развитой площади поверхности массивных стержней, сохраняя при этом высокую интегральную скорость осаждения кремния, а также снижая вероятность срыва технологического процесса вследствие превышения температуры центра стержней точки плавления и разрушения их из-за внутренних температурных напряжений.