多晶硅小料干燥技术及设备研究

段成龙 薛书亮 张博

【摘 要】本文针对多晶硅小料堆积难以快速干燥这一制约行业发展的难点，创造性提出一种热风循环干燥冷风冷却的解决方案，并行设备研制投入行业生产实践应用，经实际检验完全满足行业需求效果显著。

【关键词】多晶硅;小料;干燥;冷却

1 前言

多晶硅是现代泛半导体行业的基础性材料，在基础能源行业，太阳能光伏发电装机容量不断攀升，碳中和碳交易市场已在国内国际已达成共识，这对太阳能级多晶硅有巨大需求量。在万物互联的社会发展趋势下，作为现代工业基石的半导体芯片行业获得了长足发展，其中对电子级高纯多晶硅的需求量与日俱增。

其中在多晶硅的生产过程中，为保证硅料表面清洁无杂质，降低产品表金属含量需要进行多次清洗（图1），同时为避免多次清洗后除杂合格的硅料在空气中暴露时间过长造成二次污染，必须进行快速包装，这对密封包装前的干燥环节提出了更高要求。本文将就多晶硅小料干燥技术及设备研制进行详细论述。

2 小料干燥特点分析

在多晶硅行业，小料能降低拉制晶棒的成本从而受到越来越多行业内多晶硅生产企业的重视。同时由于经破碎、清洗后小料堆积的致密性比大料要大的多，因此导致堆积后处于中间位置的硅料非常难干燥。传统的微波红外加热方法，需将硅料加热至200℃以上，这对设备工装及厂务环境带来了耐高温难题和增加厂务成本，同时硅料冷却也需要更长时间，严重影响产能。

本文针对小料堆积密、实穿透性差的特点，创造性提出采用热风压力进入堆积小料之间的缝隙从而对堆积小料进行均匀加热，同时采用冷风压力进入堆料缝隙之间快速带走水汽并迅速降温，这样极大的提高了干燥效果和效率，方便后续快速密封包装。同时，依托该技术已进行设备（见图2）研发并投入实际生产。其中最关键的为干燥冷却槽体的整体结构设计及风道布局。

3 干燥冷却槽体结构

由上文可知，依据堆积小料特点有针对性的采用热风干燥、冷风冷却的处理方法，其中关键槽体具体设计介绍如下。

3.1 热风干燥槽体

热风干燥槽体工作时需持续保持内部高温，同时从节能减排角度考虑，一次加热后续保温，整体结构采用快速热风循环干燥设计，具体设计（图3）如下。

热风循环槽是用于快速烘干硅料的专业设备，通过温度控制系统对槽体快速高温加热、快速热风循环达到快速烘干的要求。如上图3所示，开机经预热后热风在风道内循环干燥，针对小料堆积密实难以干燥的特点，采取热风经风机加压从小料料框右下部进入同时出风口设置在对应左上位置，强制热风完全穿透堆积小料提高干燥效果。

整体结构设计包括工作槽、热风循环风管、加热系统、风道循环系统以及整体电控系统等组成。

3.2 冷风冷却槽体

冷风冷却槽体工作时需快速冷却硅料同时带走残余水汽，是硅料包装出厂前的最后一步，十分重要。据此进行槽体结构设计如下图4。

冷风槽为实现冷却效果需不断从室内引入新鲜气体作为介质进行冷却，穿过堆積小料后的介质可直接从槽体上部排入厂房或者根据需要将其引入厂务排风系统统一排出。

如上图4，整体结构设计包括工作槽、循环风管、冷却盘管、风机、料渣接盘、过滤网等。冷却盘管通入厂务循环冷却水，根据客户客户需要可增加快速干燥效果。另外在料框槽体出风口处设置铂电阻温度检测探头，当穿过堆积小料冷风温度明显降低时说明已达到冷却效果，通过温控器设定该值进行判断提示，该批次堆积小料已完成冷却干燥可进行密封包装。

4 结论

本文针对多晶硅小料干燥技术难点，成功研制一种干燥冷却设备，并已投入实际生产，取得了良好的使用效果。另外，从多晶硅生产企业考虑，可利用其它生产环节厂务热能进行能源二次利用引入干燥装置，降低企业成本，实现环保节能。

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