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Patent Searching and Data


Title:
REACTOR FOR PRODUCING POLYCRYSTALLINE SILICON AND METHOD FOR REMOVING A SILICON-CONTAINING LAYER ON A COMPONENT OF SUCH A REACTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/184043
Kind Code:
A1
Abstract:
The subject matter of the invention relates to a method for removing a silicon-containing layer on a component of a reactor, in which polycrystalline silicon is produced, characterised in that the layer is mechanically removed by means of silicon-containing particles, and to a reactor for producing polycrystalline silicon, comprising a supply device for silicon-containing particles, suitable for supplying reactor exhaust gas and silicon-containing particles to an exhaust gas heat exchanger.

Inventors:
WECKESSER DIRK (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/059166
Publication Date:
November 20, 2014
Filing Date:
May 06, 2014
Export Citation:
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Assignee:
WACKER CHEMIE AG (DE)
International Classes:
C23C16/442; B24C1/00; C01B33/035; C23C16/24; C23C16/44
Domestic Patent References:
WO2001025167A12001-04-12
WO2012008112A12012-01-19
Foreign References:
US4500492A1985-02-19
EP2583943A12013-04-24
US20060089258A12006-04-27
US4786477A1988-11-22
US20020102850A12002-08-01
US20020081250A12002-06-27
US7922990B22011-04-12
US20080299291A12008-12-04
US5358603A1994-10-25
Attorney, Agent or Firm:
KILLINGER, Andreas et al. (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung eines Silicium enthaltenden Belags auf einem Bauteil eines Reaktors, in dem polykristallines Si- licium hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag mechanisch mittels Silicium enthaltender Partikel entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen des Belags er- folgt, während der Reaktor in Betrieb ist, also während polykristallines Silicium hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, wobei es sich beim Bauteil des Reaktors, auf dem der Belag entfernt wird, um ein Abgasrohr handelt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei es sich beim Abgasrohr um einen Abgaswärmeübertrager handelt. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei es beim Abgaswärmeübertrager um ein Liebigrohr handelt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei es sich beim Reaktor um einen CVD-Reaktor handelt, um polykristalli- nes Silicium auf Filamentstäben abzuscheiden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei es sich beim Reaktor um einen Wirbelschichtreaktor handelt, um po- lykristalllines Siliciumgranulat durch Abscheidung von po- lykristallinem Silicium auf dem Reaktor zugegebenen Silici- cum-Keimpartikeln herzustellen.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Silicium enthaltenden Partikel zur Entfernung des Belags den Keimpartikeln beige- mischt und dem Wirbelschichtreaktor kontinuierlich zugeführt werden .

9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Silicium enthaltenden Partikel zur Entfernung des Belags dem Wirbelschichtreaktor separat ohne Beimischung anderer Stoffe zugeführt werden. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Silicium enthaltenden Partikel nach dem Kühlen in einem Abgaswärmeübertrager durch einen Zyklon oder einen Oberflächenfilter zyklisch oder kontinuierlich vom Abgas getrennt und dann direkt nach dem Eintritt des staubigen Reaktorabgases in den Abgaswärmeübertrager zurückgeführt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Silicium enthaltenden Partikeln zur Entfernung des Belags eine mittlere Partikelgröße von 1 ym < x50,3 < 400 ym, bevorzugt 30 ym < X5o,3 < 300 ym, aufweisen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei es sich bei den Silicium enthaltenden Partikeln zur Entfernung des Belags um reines Silicium, um Sic oder um Si02 handelt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei es sich bei den Silicium enthaltenden Partikeln um scharfkantige Partikel handelt. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei zur

Entfernung des Belags ein Ätzgas beigemischt wird.

15. Reaktor zur Herstellung von polykristallinem Silicium, umfassend einen Reaktorbehälter (1), eine Vielzahl von Substra- ten aus Silicium innerhalb des Reaktorbehälters (1), geeignet, um polykristallines Silicium auf diesen abzuscheiden, eine oder mehrere Düsen (19, 20), um Reaktionsgas dem Reaktorbehälter (1) zuzuführen, eine Einrichtung zum Abführen von Reaktorabgas (9) aus dem Reaktorbehälter (1), einen Abgaswär- meüberträger (10) zum Kühlen des abgeführten Reaktorabgases sowie eine Zuführeinrichtung (16) für Silicium enthaltende Partikel, geeignet, um dem Abgaswärmeübertrager (10) Reaktorabgas und Silicium enthaltende Partikel zuzuführen.

16. Reaktor nach Anspruch 15, wobei es sich beim Reaktor um einen CVD-Reaktor zur Herstellung von polykristallinem Sili- cium in Stabform und bei den Substraten um Filamentstäbe aus Silicium handelt, wobei eine Stromversorgung für die Fila- mentstäbe vorhanden ist, geeignet, um die Filamentstäbe durch direkten Stromdurchgang zu erhitzen.

17. Reaktor nach Anspruch 15, wobei es sich beim Reaktor um einen Wirbelschichtreaktor zur Herstellung von granulärem Po- lysilicium und bei den Substraten um Silicium-Keimpartikel handelt, umfassend ein Innen-Reaktorrohr (2) für eine Wirbelschicht mit granulärem Polysilicium und einen Reaktorboden innerhalb des Reaktorbehälters (1), eine Heizvorrichtung (5) zum Heizen der Wirbelschicht im Innen-Reaktorrohr (2), we- nigstens eine Bodengasdüse (19) zur Zuführung von Fluidisie- rungsgas sowie wenigstens eine Reaktionsgasdüse (20) zur Zuführung von Reaktionsgas, eine Zuführeinrichtung (11), um Silicium-Keimpartikel zuzuführen sowie eine Entnahmeleitung (14) für granuläres Polysilicium.

18. Reaktor nach Anspruch 17, weiterhin umfassend einen dem Abgaswärmeübertrager (10) nachgeschalteten Filter (21), geeignet, um Partikel und Gas zu trennen. 19. Reaktor nach Anspruch 17, weiterhin umfassend einen dem Abgaswärmeübertrager (10) nachgeschalteten Zyklon (24) zum kontinuierlichen Abtrennen von Partikeln vom Reaktorabgas, der mit einer Zuführeinrichtung (16) für Silicium enthaltende Partikel kommunikativ verbunden ist.

20. Reaktor nach Anspruch 19, weiterhin umfassend einen dem Zyklon (24) nachgeschalteten Filter (26) zum Abtrennen von Reaktorabgasstaub (27) .

Description:
Reaktor zur Herstellung von polykristallinem Silicium und Verfahren zur Entfernung eines Silicium enthaltenden Belags auf einem Bauteil eines solchen Reaktors

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Herstellung von polykristallinem Silicium sowie ein Verfahren zur Entfernung eines Silicium enthaltenden Belags auf einem Bauteil eines solchen Reaktors .

Polykristallines Silicium (kurz: Polysilicium) dient als Ausgangsmaterial zur Herstellung von einkristallinem Silicium für Halbleiter nach dem Czochralski (C ) - oder Zonenschmelz (FZ ) - Verfahren, sowie zur Herstellung von ein- oder multikristalli- nem Silicium nach verschiedenen Zieh- und Gieß-Verfahren zur Produktion von Solarzellen für die Photovoltaik .

Polykristallines Silicium wird in der Regel mittels des Siemens-Verfahrens hergestellt.

Bei diesem Verfahren werden in einem glockenförmigem Reaktor („Siemens-Reaktor") Trägerkörper, üblicherweise dünne Filament- stäbe (Dünnstäbe) aus Silicium, durch direkten Stromdurchgang erhitzt und ein Reaktionsgas enthaltend Wasserstoff und eine oder mehrere Silicium enthaltende Komponenten eingeleitet.

Üblicherweise wird als Silicium enthaltende Komponente Trich- lorsilan (SiHCl 3 , TCS) oder eine Mischung von Trichlorsilan mit Dichlorsilan (SiH 2 Cl 2 , DCS) und/oder mit Tetrachlorsilan (SiCl 4 , STC) eingesetzt. Auch die Verwendung von Monosilan (SiH 4 ) ist bekannt .

Die Dünnstäbe stecken üblicherweise senkrecht in am Reaktorboden befindlichen Elektroden, über die der Anschluss an die Stromversorgung erfolgt. Je zwei Dünnstäbe sind über eine waagrechte Brücke (ebenfalls aus Silicium) gekoppelt und bilden einen Trägerkörper für die Siliciumabscheidung . Durch die Brückenkopplung wird die typische U-Form der Trägerkörper erzeugt. An den erhitzten Dünnstäben und der waagrechten Brücke scheidet sich hochreines Polysilicium ab, wodurch deren Durchmesser mit der Zeit anwächst.

5

Polykristallines Siliciumgranulat oder kurz Polysilicium- Granulat ist eine Alternative zum im Siemens- erfahren hergestellten Polysilicium. Während das Polysilicium im Siemens- Verfahren als zylindrischer Siliciumstab anfällt, der vor seilt) ner Weiterverarbeitung zeit- und kostenaufwändig zu so genanntem Chippoly zerkleinert und ggf. wiederum gereinigt werden muss, besitzt Polysilicium-Granulat Schüttguteigenschaften und kann direkt als Rohmaterial z. B. zur Einkristallerzeugung für die Photovoltaik- und Elektronikindustrie eingesetzt werden.

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Polysilicium-Granulat wird in einem Wirbelschichtreaktor produziert. Dies geschieht durch Fluidisierung von Siliciumpartikeln mittels einer Gasströmung in einer Wirbelschicht, wobei diese über eine Heizvorrichtung auf hohe Temperaturen aufgeheizt

20 wird. Durch Zugabe eines siliciumhaltigen Reaktionsgases erfolgt eine Pyrolysereaktion an der heißen Partikeloberfläche. Dabei scheidet sich elementares Silicium auf den Siliciumpartikeln ab und die einzelnen Partikel wachsen im Durchmesser an. Durch den regelmäßigen Abzug von angewachsenen Partikeln und

25 Zugabe kleinerer Siliciumpartikel als Keimpartikel (Seed) kann das Verfahren kontinuierlich mit allen damit verbundenen Vorteilen betrieben werden. Derartige Abscheideverfahren und Vorrichtungen hierzu sind beispielsweise aus US 4786477 A bekannt.

30 Es hat sich gezeigt, dass es bei diesen Verfahren zu einer Siliciumabscheidung an den heißen Reaktorteilen, z. B. der Reaktorwand, Einbauteilen und Düsen - kommt. Es handelt sich dabei einerseits um auf den Reaktorteilen abgeschiedenes Silicium. Andererseits handelt es sich um Silicium-Staub, der auf heißen

35 Reaktorteilen aufwächst.

US 20020102850 AI offenbart ein Verfahren zur Vermeidung oder Entfernung von Siliciumabscheidung auf Eduktgasdüsen durch kon- tinuierliches , diskontinuierliches oder geregeltes Eindosieren von HCl + Inertgas (H 2 , N 2 , He, Ar) oder Inertgas H 2 .

US 20020081250 AI beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Freiät- zen oder teilweises Abätzen des Wandbelags bei Betriebstemperatur oder nahe der Betriebstemperatur des Wirbelschichtreaktors mit einem halogenhaltigen gasförmigen Ätzmittel, wie Chlorwasserstoff, Chlorgas oder Siliciumtetrachlorid erfolgt. Allerdings ist eine solche Verfahrensführung mit erhöhten Betriebskosten verbunden.

US 7922990 B2 beansprucht ein Verfahren, bei dem in einem Reaktor mit einer heißen Oberfläche ein Reaktionsgas enthaltend ei- ne gasförmige Siliciumverbindung bei einer Reaktionstemperatur von 600 bis 1100 °C als Siliciummetall auf Siliciumpartikeln, die mittels eines Fluidisierungsgases in einer Wirbelschicht fluidisiert und auf die Reaktionstemperatur erhitzt sind, abgeschieden wird und die mit dem abgeschiedenen Silicium versehe- nen Partikel sowie nicht reagiertes Reaktionsgas und Fluidisie- rungsgas aus dem Reaktor entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche des Reaktors eine Gaszusammensetzung enthaltend 99,5 bis 95 Mol.% Wasserstoff und 0,5 bis 5 Mol.% der gasförmigen Siliciumverbindung vorliegt und die Ober- fläche des Reaktors eine Temperatur von 700 bis 1400 deg. C aufweist und diese Temperatur der Temperatur der Siliciumparti- kel entspricht oder höher liegt als die Temperatur der Silici- umpartikel . Durch die Kombination einer hohen Reaktoroberflächentemperatur mit einer Gas Zusammensetzung enthaltend 99,5 bis 95 Mol.% Wasserstoff und 0,5 bis 5 Mol.-% der gasförmigen Siliciumverbindung lässt sich an der Reaktoroberfläche ein Reaktionsgleichgewicht einstellen, bei dem eine Abscheidung von Silicium auf die Oberfläche des Reaktors nahezu nicht mehr stattfindet und daher eine kontinuierliche Verfahrens führung möglich ist. US 2008299291 AI offenbart, wie durch geeignete Wahl der Verfahrensparameter der mittleren Gasgeschwindigkeit in den beiden fluidisierten Zonen der Wirbelschicht, der lokalen Gasgeschwindigkeiten der Gase bzw. Gasgemische am Austritt der Düsensyste- me, des Drucks und der Temperatur der Wirbelschicht, der Platzierung der Düsen relativ zueinander und relativ zur Wirbelschichtbewandung und der Verweilzeit der Gase in den fluidi- sierten Zonen der Wirbelschicht ein Reaktionsverlauf und damit ein Konzentrationsprofil erzeugt werden kann, welches gewähr- leistet, dass das Reaktionsgas nahezu bis zum chemischen

Gleichgewichtsumsatz abreagiert ist, bevor es entweder die Wirbelschichtbewandung oder die Wirbelschichtoberfläche erreicht. Dadurch wird Wandabscheidung an der Wirbelschichtbewandung auf ein sehr geringes Maß reduziert, was die unbeeinträchtigte Be- heizung der Wirbelschicht im Bereich der Reaktionszone über einen langen Zeitraum ermöglicht.

Somit scheint die Siliciumabscheidung auf der Reaktorwand durch geeignete Verfahrensführung reduziert werden zu können.

Dies gilt jedoch nicht für Beläge auf anderen Einbauteilen im Reaktor oder in Reaktornähe, wie Produktentnahmerohre oder Ab- gasrohre. Insbesondere gilt dies, wenn der Belag aus Si-Staub besteht, der aus der Wirbelschicht ausgetragen wird.

Auch hier wird im Stand der Technik Abätzen des Wandbelags empfohlen .

US 5358603 A offenbart ein Verfahren zum Ätzen eines Silici- umbelags auf einem Produktentnahmerohr, wobei der Reaktor heruntergefahren, der Siliciumbelag aufgeheizt und dann mit einer Mineralsäure wie HCl geätzt wird.

Vor allem die Notwendigkeit, den Reaktor herunterzufahren, macht dieses Verfahren aufwändig und unwirtschaftlich. Zudem erhöhen sich die Betriebsmittelkosten. Besonders problematisch ist die Tatsache, dass sich bei längerem Betrieb eines Wirbelschichtreaktors aufgrund einer Belagbildung die Wärmeübertragung im Abgaswärmeübertrager verschlechtert. Das Abgas kann nicht mehr ausreichend gekühlt wer- den. Auch bei CVD-Siemensreaktoren und deren Abgas (liebig) röhren ist der Fachmann mit ähnlichen Problemen konfrontiert .

Aus der beschriebenen Problematik ergab sich die Aufgabenstel- lung der Erfindung.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Entfernung eines Silicium enthaltenden Belags auf einem Bauteil eines Reaktors, in dem polykristallines Silicium hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag mechanisch mittels Silicium enthaltender Partikel entfernt wird.

Vorzugsweise weisen die Silicium enthaltenden Partikel eine mittlere Partikelgröße von 1 ym < x 50 ,3 < 400 ym auf, besonders bevorzugt 30 ym < x 50 ,3 < 300 ym. Vorzugsweise handelt es sich dabei um scharfkantige Partikel. Es hat sich gezeigt, dass die Entfernung des Wandbelags damit besonders effektiv erfolgt.

Die internationale Norm der „Federation Europeenne de la Manu- tention" gibt in der FEM 2581 einen Überblick, unter welchen Gesichtspunkten ein Schüttgut zu betrachten ist. In der Norm FEM 2582 werden die allgemeinen und spezifischen Schüttguteigenschaften hinsichtlich der Klassifizierung definiert. Kennwerte, die die Konsistenz und den Zustand des Gutes beschreiben sind zum Beispiel Kornform und Korngrößenverteilung (FEM 2.581 / FEM 2.582: General characteristics of bulk products with re- gard to their Classification and their symbolization) .

Auch können nach DIN ISO 3435 Schüttgüter in Abhängigkeit der Beschaffenheit der Kornkanten in 6 unterschiedliche Kornformen untergliedert werden: I Scharfe Kanten mit ungefähr gleichen Ausmaßen in drei Dimensionen (Bsp.: Würfel)

I I Scharfe Kanten, unter denen eine deutlich länger ist als die beiden anderen (Bsp.: Prisma, Klinge)

I I I Scharfe Kanten, unter denen eine deutlich kleiner ist als die anderen (Bsp.: Platte, Schuppen) IV Runde Kanten mit ungefähr gleichen Ausmaßen in drei Dimensionen (Bsp.: Kugel)

V Faserig, fadenförmig, lockenförmig, verschlungen Gemäß dieser Klassifizierung von Schüttgütern handelt es sich bei den Silicium enthaltenden Partikeln zur Entfernung des Wandbelags vorzugweise um Partikel der Kornformen I, II und III . Die Partikel weisen vorzugsweise eine Sphärizität von kleiner als 0,9 auf.

Besonders bevorzugt weisen die Partikel eine Sphärizität von kleiner als 0,8 auf.

Die Sphärizität wird über dynamische Bildanalyse nach der Norm ISO/DIS 13322-2 bestimmt.

Die Sphärizität ist wie folgt definiert:

4 - π - Α

Sph = — ,

U 2 mit der Projektionsfläche A und dem projizierten Umfang U des Partikels .

Eine weitere Kennzahl für die Kantigkeit der Partikel ist der sog. Rauhigkeitsgrad nach Jänke (Siegfried Jänke, Untersuchung der Zusammendrückbarkeit und Scherfestigkeit von Sanden und Kiesen sowie der sie bestimmenden Einflüsse = An investigation in the compressibility and shear strength of sands and gravels and in the influences governing them, Karlsruhe : Bundesanstalt für Wasserbau, 1969, Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau, 28 ) .

Die Partikel weisen gemäß dieser Definition vorzugsweise einen Rauhigkeitsgrad von größer als 0,6 auf.

Vorzugsweise wird zur Entfernung des Belags ein Ätzgas beigemischt .

Als Atzgas eignet sich beispielsweise HCl.

Das Entfernen des Belags erfolgt vorzugsweise in situ. Der Re aktor ist also vorzugweise in Betrieb und wird nicht herunter gefahren, um den Belag zu entfernen.

Vorzugsweise wird ein Abgaswärmeübertrager eines Reaktors vom Belag befreit. Diese kommen sowohl bei Wirbelschichtreaktoren als auch bei CVD-Siemensreaktoren zum Einsatz.

Beim Abgaswärmeübertrager handelt es sich vorzugsweise um ein Liebigrohr.

Dabei handelt es sich um ein an beiden Enden offenes Rohr, das von einem größeren Rohr umgeben ist. Zwischen innerem und äuße- rem Rohr fließt das Kühlwasser, im inneren Rohr strömt das Ab- gas .

Ebenso ist es bevorzugt, einen Mantelrohr-, Platten-, Rohrbündel-, Schicht- oder Spiralwärmeübertrager oder ein Kühlregister zu verwenden .

Beim Reaktor handelt es sich vorzugweise um einen CVD-Reaktor, um polykristallines Silicium auf Filamentstäben abzuscheiden. Vorzugsweise handelt es sich beim Reaktor um einen Wirbelschichtreaktor, um polykristallines Siliciumgranulat durch Ab- scheidung von polykristallinem Silicium auf dem Reaktor zugegebenen Silicium-Keimpartikeln herzustellen.

Im Falle eines Wirbelschichtreaktors zur Herstellung von Granulat werden die Silicium enthaltenden Partikel vorzugsweise den Keimpartikeln (Seed) beigemischt und dabei dem Reaktor kontinuierlich zugeführt.

Der mittlere Durchmesser der Keimpartikel beträgt vorzugsweise mindestens 400 ym.

Ebenso können die Silicium enthaltenden Partikel in situ sepa- rat dem Reaktor zugeführt werden.

Vorzugsweise werden die Silicium enthaltenden Partikel in situ separat dem Reaktor zugeführt, wobei sie nach dem Kühlen durch einen Zyklon oder einen Oberflächenfilter zyklisch oder konti- nuierlich vom Abgas getrennt und dann direkt nach dem Eintritt des staubigen Reaktorabgases in den Abgaswärmeübertrager zurückgeführt werden.

Bei den Silicium enthaltenden Partikeln handelt es sich im ein- fachsten Fall um reine Siliciumpartikel.

Siliciumpartikel mit den benötigten Partikelgrößen können durch Mahlung von hochreinem Silicium, z.B. von polykristallinem Siliciumgranulat, und anschließende Siebung bereitgestellt wer- den.

Bevorzugt ist aber auch der Einsatz von SiC-Partikeln .

Ebenso bevorzugt ist die Verwendung von Si0 2 -Partikeln . Dabei kann es sich um Partikel aus der Verbrennung von Siliciumtetra- Chlorid zu hochdisperser Kieselsäure handeln. Vorzugsweise wird der Abgaswärmeübertrager in Gleichstrom-, Gegenstrom- oder Kreuzstromfahrweise betrieben.

Dabei spielen die Parameter Partikelgröße, Geschwindigkeit, und Partikelform der Abreinigungspartikel und die Beladung des Abgasstroms mit Abreinigungspartikeln eine entscheidende Rolle.

Durch Zudosierung eines definierten Massenstromes an Partikeln mit einer definierten Partikelgröße und Partikelform, bei einer definierten Gasgeschwindigkeit wird die Bildung des Wandbelags überraschenderweise unterdrückt und somit die Kühlwirkung und ein ordnungsgemäßer Betrieb des Wirbelschichtreaktors erst ermöglicht . Der mittlere Seedmassenstrom beträgt zwischen 0,5 und 15 kg/h. Der Feinanteil an scharfkantigen, abrasiven Partikeln im Seedmassenstrom bewegt sich zwischen 1 und 30 Gew.-%. Die Leerrohr- gasgeschwindigkeit im Expansionskopf des Wirbelschichtreaktors beträgt zwischen 0,01 und 10 m/s, bevorzugt zwischen 0,1 und 1 m/s. Im Liebigrohr bildet sich eine Gasgeschwindigkeit zwischen 10 und 1000 m/s aus.

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, dass das Entfernen des Wandbelags kontinuierlich während des Abscheideprozesses erfolgt.

Im Liebigrohr wird durch Entfernen des Belags sichergestellt, dass eine ausreichende Kühlung des Abgases erfolgt. Das Entfernen des Belags erfolgt ohne Kontamination durch zusätzliche Stoffe.

Das Abgas kann für die nachfolgende Abgasfiltration heruntergekühlt werden. Es ist keine technisch aufwändige und kostenin- tensive Heißfiltration notwendig.

Es bedarf keiner weiteren bautechnischen Maßnahme, wenn die Partikel mit dem Seedmassenstrom über die Seeddosierrinne zuge- führt werden und über die herkömmliche Kaltfiltration mit dem Abgasstaub aus dem Prozess ausgetragen werden.

Die Erfindung betrifft auch einen Reaktor zur Herstellung von polykristallinem Silicium, umfassend einen Reaktorbehälter (1) eine Vielzahl von Substraten aus Silicium innerhalb des Reaktorbehälters (1), geeignet, um polykristallines Silicium auf diesen abzuscheiden, eine oder mehrere Düsen (19, 20), um Reak tionsgas dem Reaktorbehälter (1) zuzuführen, eine Einrichtung zum Abführen von Reaktorabgas (9) aus dem Reaktorbehälter (1), einen Abgaswärmeüberträger (10) zum Kühlen des abgeführten Reaktorabgases sowie eine Zuführeinrichtung (16) für Silicium enthaltende Partikel, geeignet, um dem Abgaswärmeübertrager (10) Reaktorabgas und Silicium enthaltende Partikel zuzuführen

Vorzugsweise handelt es sich beim Reaktor um einen CVD-Reaktor zur Herstellung von polykristallinem Silicium in Stabform und bei den Substraten um Filamentstäbe aus Silicium, wobei eine Stromversorgung für die Filamentstäbe vorhanden ist, geeignet, um die Filamentstäbe durch direkten Stromdurchgang zu erhitzen

Besonders bevorzugt ist es, wenn es sich beim Reaktor um einen Wirbelschichtreaktor zur Herstellung von granulärem Polysilici um und bei den Substraten um Silicium-Keimpartikel handelt, um fassend ein Innen-Reaktorrohr (2) für eine Wirbelschicht mit granulärem Polysilicium und einen Reaktorboden innerhalb des Reaktorbehälters (1), eine Heizvorrichtung (5) zum Heizen der Wirbelschicht im Innen-Reaktorrohr (2), wenigstens eine Bodengasdüse (19) zur Zuführung von Fluidisierungsgas sowie wenigs- tens eine Reaktionsgasdüse (20) zur Zuführung von Reaktionsgas eine Zuführeinrichtung (11), um Silicium-Keimpartikel zuzuführen sowie eine Entnahmeleitung (14) für granuläres Polysilicium . Vorzugsweise umfasst der Wirbelschichtreaktor weiterhin einen dem Abgaswärmeübertrager (10) nachgeschalteten Filter (21), ge eignet, um Partikel und Gas zu trennen. Vorzugsweise umfasst der Wirbelschichtreaktor weiterhin einen dem Abgaswärmeübertrager (10) nachgeschalteten Zyklon (24) zum kontinuierlichen Abtrennen von Partikeln vom Reaktorabgas, der mit einer Zuführeinrichtung (16) für Silicium enthaltende Par- tikel kommunikativ verbunden ist. Vorzugsweise umfasst der Wirbelschichtreaktor weiterhin einen dem Zyklon (24) nachgeschalteten Filter (26) zum Abtrennen von Reaktorabgasstaub (27) .

Beispiel

Das nachfolgende Beispiel bezieht sich auf einen Wirbelschichtreaktor .

Bei einem Verfahren zur Abscheidung von Polysilicium-Granulat mit einer Abscheiderate von 10 kg/h betrug die mittlere Seeddo- sierrate 1,5 kg/h. Im Seedmassenstrom waren 18 Gew.-% an scharfkantigen Silicium-Partikeln enthalten. Diese abrasiven Partikel wiesen eine mittlere Partikelgröße von x 50 ,3 = 125 ym, eine Sphärizität von 0,55 und einen Rauhigkeitsgrad von 0,74 auf. Die scharfkantigen Partikel wurden, verursacht durch die

Leerrohrgasgeschwindigkeit im Expansionskopf des Wirbelschichtreaktors von 0,4 m/s, mit dem Abgasstrom aus dem Reaktor ausgetragen und entfernten kontinuierlich den Silicium enthaltenden Belag im Abgaswärmeübertrager. Die Gasgeschwindigkeit im Lie- bigrohr betrug 70 m/s. Der Abgaswärmeübertrager kühlte das Abgas von 700 °C auf 100 °C ab.

Die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des im Rahmen der Erfindung eingesetzten Wirbelschichtreaktors.

Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform des im Rahmen der Erfindung eingesetzten Wirbelschichtreaktors . Liste der verwendeten Bezugszeichen

1 Reaktorbehälter

2 Innen-Reaktorrohr

3 Zwischenraum

4 Wirbelschicht

5 HeizVorrichtung

6 Reaktionsgasgemisch

7 Fluidisierungsgas

8 Reaktorkopf

9 Reaktorabgas

10 AbgasWärmeübertrager

11 Seedzuführeinrichtung

12 Seed

13 Produkt (Polysiliciumgranulat)

14 Entnähmeleitung

15 Reaktorboden

16 Zuführeinrichtung

17 Reinigungspartikel

18 Pyrometer

19 Bodengasdüsen

20 Reaktionsgasdüsen

21 Filter

22 Partikelström

23 Partikelfreier Gasstrom

24 Zyklon

25 Silicium enthaltende Partikel (Reinigungspartikel)

26 Filter

27 Reaktorabgas staub

Der Wirbelschichtreaktor besteht aus einem Reaktorbehälter 1, in den ein Innen-Reaktorrohr 2 eingesetzt ist. Zwischen der Innenwand des Reaktors und der Außenwand des Innenrohrs befindet sich ein Zwischenraum 3. Im Inneren des Reaktorrohres befindet sich die Wirbelschicht 4 mit dem Polysilicium-Granulat .

Die Wirbelschicht wird mittels einer Heizvorrichtung 5 geheizt.

Als Zugase werden dem Reaktor das Fluidisierungsgas 7 und das Reaktionsgasgemisch 6 zugeführt.

Die Gaszuführung erfolgt dabei gezielt über Düsen.

Das Fluidisierungsgas 7 wird über Bodengasdüsen 19 und das Reaktionsgasgemisch über sog. Sekundärgasdüsen (Reaktionsgasdüsen) 20 zugeführt. Die Höhe der Sekundärgasdüsen kann sich von der Höhe der Bodengasdüsen unterscheiden.

Im Reaktor bildet sich durch die Anordnung der Düsen eine blasenbildende Wirbelschicht mit zusätzlicher vertikaler Sekundär- gaseindüsung aus .

Am Reaktorkopf 8 ist ein Pyrometer 18 zur Messung der Wirbelschicht-Temperatur angebracht. Über eine Seedzuführeinrichtung 11 wird dem Reaktor Seed 12 am Reaktorkopf zugeführt.

Das Polysilicium-Granulat-Produkt 13 wird über eine Entnahmeleitung 14 am Reaktorboden 15 entnommen.

Am Reaktorkopf 8 wird das Reaktorabgas 9 abgezogen und dem Abgaswärmeübertrager 10 zugeführt.

Vor dem Abgaswärmeübertrager werden dem Abgasstrom Silicium enthaltende Partikel 17 mittels einer Zuführeinrichtung 16 zugeführt . Nach dem Abgaswärmeübertrager 10 wird das nun kalte Abgas über einen Filter 21 geführt.

Der Filter 21 trennt einen Partikelstrom 22, der aus Reaktorab- gasstaub und den für die Abreinigung zugeführten Partikeln 17 besteht, vom partikelfreien Gasstrom 23 ab.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung ohne Rückführung der für die Abreinigung verwendeten Partikel. Die Partikel werden in diesem Fall über den Abgasstaubfilter vom Gasstrom getrennt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Diese stellt eine Erweiterung der Apparatur um einen Zyklon 24 dar, der die für die Abreinigung verwendeten Partikel kontinuierlich aus dem Abgasstrom 9 entfernt und direkt nach dem Eintritt des staubigen Reaktorabgases in den Abgaswärmeübertrager 10 zurückgeführt .

Die Silicium enthaltenden Partikel 25 werden dem System einmalig zugegeben .

Nach dem Zyklon 24 durchläuft der mit Reaktorabgasstaub belade- ne Abgasstrom 9 einen Filter 26, bei dem der Reaktorabgasstaub 27 vom partikelfreien Gasstrom 23 abgetrennt wird.