CN102196611A - 石墨电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石墨电极。本发明尤其涉及由碳构成的电极，其中，该电极由比导热率不同的至少两个不同区域构成，其中，外部区域(A)形成该电极的基部并支撑一个或多个内部区域，其中，最里面的区域(B)在顶部从区域(A)突出，并且具有比区域(A)低的比导热率。本发明的石墨电极与常规设计相比可大大降低掉落率。
Description
技术领域
本发明涉及在电极和工件之间的热耗散有所改进的由碳组成的电极。
背景技术
石墨电极用于工业中多个不同应用领域。其实例包括制铝和制钢、熔融盐的电解、化学化合物的电解分解、热沉积反应、电弧焊、测量仪表等。
这种情况下，一种重要的应用是根据西门子法对多晶硅进行沉积，其中，高纯度元素硅从气相沉积到硅棒表面上。这种情况下，在沉积反应器中，来自氢和卤代硅烷的混合物或含氢硅化合物的元素硅从气相沉积在加热到900至1200℃的细硅棒表面上。
这种情况下，硅棒由一般由高纯度人工石墨(electrographite)制成的特定电极固定在反应器内。每种情况下，电极底座上具有不同电压极性的两个细棒通过桥连接在另一个细棒端部，以形成闭合电路。用于加热细棒的电能通过电极及其电极底座进行供给。这种情况下，细棒的直径增加。同时，电极从其尖部开始生长到硅棒的棒底部。达到硅棒所需给定直径后，结束沉积过程，冷却灼热硅棒并取下。
此处电极的材料和形状特别重要。首先，它们用于保持细棒，将电流传递到硅棒内，以及还传热，还用作反应器内的生长的细棒的固定台座(secure stage)。由于趋势为向更长更重的硅棒发展，而且同时能具有数百公斤重量的棒对仅通过反应器中的电极进行固定，因此形状和材料构造的精确选择非常重要。
此外，根据由此而制造的硅棒随后的使用情况，对硅棒和沉积工艺，以及从而电极有非常不同的要求。作为示例，如果多晶硅随后用在硅碎片中用于太阳能和电子应用，硅棒不得在沉积反应器内的沉积工艺期间或之后掉落。长和粗的多晶硅棒增加了沉积工艺的经济可行性，但也增加了在反应器内掉落的风险。
根据现有技术的电极由处于下部的圆柱形基体和处于上部的锥形尖部组成。锥形尖部设有用于容纳细棒并与细棒接触的空腔。这种情况下，电极的下端放置在金属电极底座内，电流经由底座供给。这种电极一般是已知的，用于进行例如US 5,284,640中的硅沉积。
原则上，石墨用作电极的材料，因为石墨可以非常高的纯度生产，并在沉积条件下具有化学惰性。另外，石墨具有的电阻率非常低。
US 6,639,192描述了具有常规形式的石墨电极。其由具有锥形尖部的圆柱形基体组成。尖部包含用于容纳细棒并与细棒接触的孔。电极一体制成，因此由具有均质材料特性的材料(此处为人工石墨)制成。特别地，其具有非常高的比导热率。该实施方式的缺点是，获得最终直径之前，沉积之前和沉积期间掉落的可能性较高。
DE-2328303描述了没有尖部的圆柱形电极。这种情况下，承载棒***平表面上的孔内。由于完全圆柱向下在硅棒直径小的情况下这种电极形状的热耗散仍然非常高。为了使小直径的硅棒不在沉积程序期间形成，电极必须具有低热耗散，即，直径要小，并且电极材料必须具有非常低的比导热率。粗棒，例如目前常见的粗棒，不能以这种电极形式沉积，因为，由于电极直径小、电极材料的比导热率低，棒大直径所需的高能无法从棒底部逸散。
其他领域已知有由多个层构成的石墨电极。但是，在这种情况下，设置不同层的目的在于优化化学转化。例如，US-3,676,324公开了由圆柱形内部部分和外部部分组成的圆柱形石墨电极，其中，内部部分具有非常高的导电率，外部部分为多孔石墨。多个层的目的在于避免高压损失，并在多孔表面获得较高化学转化率。在GB 2135334中，已知具有两个不同层的类似电极，其中，此处的外部多孔层用于以电解方式获得氟。
现有技术中已知的关于所有电极的缺点是，在电极与硅棒之间的过渡处或在电极附近的硅棒内，所述电极的趋势为，材料或多或少程度的裂缝或缺损(chipping-off)，因此使硅棒不稳定。
如果有成批硅棒掉落，将会产生较大的经济损失。因此，作为示例，在硅棒掉落的情况下，会对反应器的壁造成损坏。这种情况下，已经掉落的硅棒由于与反应器接触而受到污染，必须对表面进行清洁。另外，从反应器取下已经掉落的成批硅棒会增加额外费用。这种情况下，硅的表面进一步受到污染。
发明内容
本发明涉及由碳构成的电极，其中，电极由比导热率不同的至少两个不同区域构成，其中，外部区域(A)形成电极的基部并支撑一个或多个内部区域，其中，最里面的区域(B)在顶部从区域(A)突出，并且具有比区域(A)低的比导热率。
优选地，不同区域以这样的方式设置：最里面的区域具有最低比导热率，并完全地或部分地由具有更高导热率的区域包围。
优选地，内部区域(B)设置为未固定或可更换***件。
优选地，区域(B)通过外部区域内的圆锥形插塞连接部连接。
优选地，区域具有共同的热接触部和电接触部。
优选地，具有最低导热率的最里面的区域具有用于容纳丝棒的装置。
优选地，电极连接至位于其基部的热沉(散热装置，heat sink)上。
优选地，电极由具有不同导热率的高纯度或超高纯度人工石墨构成。
优选地，使用的碳材料具有如下参数的一个或多个：
a.)比导热率为20至200W/(m*K)，
b.)电阻率为30至5μOhm*m，
c.)在粗糙度轮廓Rt的总高度为10至200μm、平均粗糙度深度Rz为8至160μm的情况下，表面粗糙度Ra的算术平均粗糙度值为1至20μm，
d.)抗压强度为40至250MPa，
e.)抗弯强度为10至100MPa，
f.)弹性模量为1至20GPa，
g.)温度范围20至1000℃的线性热膨胀系数为2*10-6至10*10-61/K，
h.)开口孔隙率为5％至25％。
本发明还涉及通过从气相沉积高纯度元素硅到硅棒表面来制造多晶硅的方法，其中，硅棒由如根据本发明的一个或多个的电极固定在反应器内。
附图说明
图1示出了根据本发明的电极的一个实施例。
图2示出了现有技术的电极。
具体实施方式
本发明的一个目的是提供电极，与常规设计相比，其可大大降低掉落率。
惊人的发现是，由多个不同区域(多个不同区域由导热率不同的材料组成)构成的电极不具有现有技术中已知的缺点。
本发明涉及由碳构成的电极，其中，电极由具有不同比导热率(specific thermal conductivity)的至少两个不同区域构成，其中，外部区域(A)形成电极的基部并支撑一个或多个内部区域，其中，最里面的区域(B)在顶部从区域(A)突出，且具有的比导热率比区域(A)低。
根据本发明的电极由至少两个部分构成，电极基部(A)和***所述基部的至少一个进一步的内部区域(B)。另外，电极还在区域(A)和区域(B)之间具有进一步的区域，其中，最里面的区域容纳细棒并与细棒电接触。这种情况下，***件和基部由至少两种不同材料制成，其中最里面的***件(区域(B))由具有最低导热率的材料构成。进一步的***件由具有较高比导热率的材料制成，其中，比导热率从内部向外部理想地升高。
根据本发明的电极可用于电极内及其表面上要求有不同比导热率的所有应用。优选地，根据本发明的电极在多晶硅沉积期间使用。
由于分为由不同材料和不同导热率构成的不同区域，电极可在固定在其上的材料例如硅棒生长期间，理想地适应不同的要求。生长开始时，因而硅棒直径小，棒底部(rod foot)开始仅生长到具有较低导热率的***件上。因为所使用的石墨具有低比导热率，经由***件(区域B)的热耗散较低，因此，生长开始时少量热经由整个电极及其电极底座逸散，电极与硅棒的连接部处获得高温，而硅棒直径仍然较小。棒底部处不存在此处会由于温度过低而发生区域浸蚀(etching)的更冷区域。因此，棒底部快速生长并从区域(B)内的电极尖部生长，无任何缺陷。因而，在沉积工艺之前或期间，在硅棒直径较小的情况下，可完全防止掉落。随着沉积工艺进行、硅棒变得更粗，棒底部进一步经由***件(B)生长到基部(A)上和基部内。由于基部的导热率较高，能量可以很好地从棒底部逸散。因此大大降低了棒底部处的温度梯度和热应变。棒底部上的裂缝和断开的发生大大降低。
本发明的电极的不同区域可在生产电极期间直接组合或设置为未固定(loose)或可更换***件。如果电极由一体制成，不同区域和材料的过渡处也可为流体。
内部区域(B)优选地具有朝向顶部的尖部并通过远离该尖部的端部插在基部内。基部与***件的连接部可具有圆锥形、圆柱形或任何其他形状。实际上已经证明值得采用圆锥形插塞连接部(conical plug connection)，因为圆锥形连接部能确保基部和***件形成机械固定连接，并具有良好的热接触和电接触。区域A和B之间可设有添加剂，以提高传导率。
从电极突出的***件端部形成电极尖部。尖部具有用于容纳细棒并与细棒接触的装置。装置可为圆柱形、圆锥形或任何其他形状。相应地，随后在沉积程序中***的细棒端部具有与该装置配合的圆柱形、圆锥形或任何其他形状。
可以使用现有技术中已知的任何电极底座容纳沉积反应器中根据本发明的电极并与其接触。为了提高整个电极的热耗散，电极底座还可以具有额外的热沉(散热装置，heat sink)，热沉设置在基部的下端并/或伸入基部内。所述热沉一般为电极底座的一部分，优选地与电极底座一体制成。由高导热和高导电材料构成的所有已知材料，例如金属，适合作为其材料。热沉通过合适的热载体，例如水，进行冷却。热沉与基部的良好热接触和电接触很重要，以使***件的所有区域都有均匀的高导电率和导热率。热沉可以为任意所需形状；优选为圆柱形或圆锥形，特别优选为圆锥形。
根据本发明的电极能同时大大改善粗棒和细棒的情况下棒在反应器内掉落的问题。直径较小、达到最终直径时，在沉积工艺期间，以及取下成批棒时，掉落率比采用根据背景技术的电极大大降低。实际上，棒底部不会发生缺损。另外，与背景技术中已知的电极相比，在硅棒直径细的情况下，热耗散低，硅棒直径细时棒底部有非常好的向电极生长的特性。同时，在硅棒直径大时，根据本发明的电极的热耗散高。
适合用作电极的所有已知类型的碳可用作根据本发明的电极的材料。出于纯度原因，优选使用具有不同导热率的高纯度人工石墨。但是，也可使用其他材料，例如，碳化硅、碳纤维增强碳(CFC)复合材料、钨或熔点较高的其他金属。也可用硅、碳化硅、氮化硅、高温碳(pyrocarbon)、玻璃碳(glassy carbon)或硅烯(silicene)(即纳米硅)等材料作为电极的涂层。这种情况下，层的厚度优选为小于100μm。
按照DIN 51908在室温下测量的根据本发明的电极的区域(A)所采用的石墨材料的比导热率为80至200W/(m*K)，优选为100至180W/(m*K)，特别优选为130至160W/(m*K)。内部区域(B)的比导热率为20至100W/(m*K)，优选为30至80W/(m*K)，特别优选为30至70W/(m*K)。
按照DIN 51911在室温下测量的根据本发明的电极的区域A所采用的石墨材料的电阻率为15至5μOhm*m，优选为10至6μOhm*m，特别优选为9至7μOhm*m。内部区域B的电阻率为30至10μOhm*m，优选为25至15μOhm*m，特别优选为25至17μOhm*m。
在粗糙度轮廓(roughness profile)Rt的总高度为10至200μm，优选为10至150μm，特别优选为10至100μm，平均粗糙度深度(average roughness depth)Rz为8至160μm，优选为8至120μm，特别优选为8至80μm的情况下，按照DIN EN ISO 4287测量的根据本发明的电极所采用的石墨材料的表面粗糙度Ra的算术平均值为1至20μm，优选为1至8μm，特别优选为1至5μm。
按照DIN 51910在室温下测量的所采用的石墨材料的抗压强度为40至250MPa，优选为50至200MPa，特别优选为50至150MPa。
按照DIN 51902在室温下测量的所采用的石墨材料的抗弯强度为10至100MPa，优选为15至80MPa，特别优选为20至70MPa。
按照DIN 51915在室温下测量的所采用的石墨材料的弹性模量为1至20GPa，优选为2至15GPa，特别优选为3至15GPa。
按照DIN 51909在20至1000℃温度范围内测量的不同区域所采用的石墨材料的线性热膨胀系数为2*10-6至10*10-61/K，优选为3*10-6至8*10-61/K，特别优选为3.5*10-6至7*10-61/K。
按照DIN 51918测量的所采用的石墨材料的开口孔隙率(open porosity)为5至25％，优选为10至25％，特别优选为10至20％。
作为示例，图1示出了根据本发明的电极的一个实施例。电极的基部形成区域(A)，区域(A)体现为圆形本体(1)。在上端，所述区域具有内部区域(B)的容座(2)，如图中示例所示，内部区域(B)在区域之间具有圆锥形连接部。外部区域和***件一起形成共用圆锥，圆锥形成电极尖部。从外部区域(A)突出的内部区域(B)的尖部具有丝棒(6)的容座(3)。电极置于电极支座(4)上，电极支座(4)可选择地装配有冷却***。热沉(5)还能延伸到电极的基部内。
由外部区域和内部区域组成的整个电极的高度(L)为70至200mm，优选为70至150mm，特别优选为80至130mm。
圆柱长度(L1)为40至165mm，优选为45至100mm，特别优选为50至80mm。
电极的直径(D)为30至100mm，优选为40至80mm，特别优选为45至70mm。
锥角(α)为15°至40°，优选为20°至35°，特别优选为22°至32°。
***件的长度(LE)为30至90mm，优选为35至80mm，特别优选为35至65mm。
***件最宽位置的直径(D1)为20至50mm，优选为25至45mm，特别优选为30至40mm。
***件的下端的直径(D2)为15至40mm，优选为20至40mm，特别优选为20至35mm。
热沉的上端的直径(D3)为10至60mm，优选为10至50mm，特别优选为10至45mm，下端的直径(D4)为10至60mm，优选为10至50mm，特别优选为10至45mm。
热沉的长度(LK)为20至80mm，优选为20至60mm，特别优选为30至50mm。
实施例
现在将根据以下实施例对本发明进行详细说明。
直径为140至200mm的多晶硅棒在西门子沉积反应器中沉积。电极的多个实施例在该程序中进行了测试。在所有实验中的每种情况下，沉积工艺的参数都完全相同。实验的不同之处仅为电极的实施例。在批次生产的进行中，沉积温度为1000℃至1100℃。沉积工艺期间添加了由分子式为SiHnCl4-n(其中n＝0至4)的一种或多种含氯硅烷化合物和作为载气氢组成的进料。
比较示例1：
用根据现有技术的电极进行沉积(图2)。所使用的电极由比导热率为80W/(m*K)的超高纯度人工石墨构成。总长度L为118mm，圆柱长度(L1)为72mm。锥角(α)为32°，直径(D)为65mm。采用无热沉的电极。
反应结束时，打开反应器，记录已经掉落的多晶硅棒的批次数量。达到最终直径后，100批中有20批掉落。
比较示例2：
用根据现有技术的电极进行沉积(图2)。所使用的电极由比导热率为150W/(m*K)的超高纯度人工石墨构成。总长度L为118mm，圆柱长度(L1)为72mm。锥角(α)为32°，直径(D)为65mm。采用无热沉的电极。
反应结束时，打开反应器，记录已经掉落的多晶硅棒的批次数量。沉积期间，获得最终直径之前，100批中有10批掉落，达到最终直径后，有2批掉落。
实施例1：
采用根据本发明包括***件和热沉的电极进行沉积(图1)。所使用的电极的区域(A)由比导热率为135W/(m*K)的超高纯度人工石墨构成。内部区域(B)采用比导热率为50W/(m*K)的超高纯度人工石墨。
电极具有以下几何形状：
总长度(L)：118mm
圆柱长度(L1)：72mm
锥角(α)：32°
直径(D)：65mm
***件长度(LE)：46mm
***件直径(D1)：37mm
***件直径(D2)：22mm
热沉直径(D3)：25mm
热沉直径(D4)：45mm
热沉长度(LK)：50mm
反应结束时，打开反应器，记录已经掉落的多晶硅棒的批次数量。沉积期间，获得最终直径之前，100批中有0批掉落，达到最终直径后，有3批掉落。
Claims (10)
1.一种由碳构成的电极，其中，所述电极由比导热率不同的至少两个不同区域构成，其中，外部区域(A)形成所述电极的基部并支撑一个或多个内部区域，其中，所述最里面的区域(B)在顶部从区域(A)突出，并且具有比区域(A)低的比导热率。
2.根据权利要求1所述的电极，其中，所述不同区域以这样的方式设置：所述最里面的区域具有最低比导热率，并完全地或部分地由具有更高导热率的区域包围。
3.根据权利要求1至2任一项所述的电极，其中，所述内部区域(B)设置为未固定或可更换***件。
4.根据权利要求3所述的电极，其中，所述区域(B)通过外部区域内的圆锥形插塞连接部连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电极，其中，所述区域具有共同的热接触部和电接触部。
6.根据权利要求1至5任一项所述的电极，其中，具有最低导热率的最里面的区域具有用于容纳丝棒的装置。
7.根据权利要求1至6任一项所述的电极，其中，所述电极连接至位于其基部的热沉上。
8.根据权利要求1至7任一项所述的电极，其中，所述电极由具有不同导热率的高纯度或超高纯度人工石墨构成。
9.根据权利要求1至8任一项所述的电极，其中，使用的碳材料具有如下参数的一个或多个：
a.)比导热率为20至200W/(m*K)，
b.)电阻率为30至5μOhm*m，
c.)在粗糙度轮廓Rt的总高度为10至200μm、平均粗糙度深度Rz为8至160μm的情况下，表面粗糙度Ra的算术平均粗糙度值为1至20μm，
d.)抗压强度为40至250MPa，
e.)抗弯强度为10至100MPa，
f.)弹性模量为1至20GPa，
g.)温度范围20至1000℃的线性热膨胀系数为2*10-6至10*10-61/K，
h.)开口孔隙率为5％至25％。
10.通过从气相沉积高纯度元素硅到硅棒表面上来制造多晶硅的方法，其中，所述硅棒由如权利要求1至9任一项所述的电极固定在反应器内。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106470942A (zh) * | 2014-07-04 | 2017-03-01 | 信越化学工业株式会社 | 多晶硅棒制造用的硅芯线和多晶硅棒的制造装置 |
| CN107108235A (zh) * | 2014-11-04 | 2017-08-29 | 株式会社德山 | 芯线支架以及硅的制造方法 |
| CN110352177A (zh) * | 2017-03-08 | 2019-10-18 | 株式会社德山 | 多晶硅加工品的制造方法 |
| CN112424121A (zh) * | 2018-07-23 | 2021-02-26 | 株式会社德山 | 芯线支架、硅制造装置及硅制造方法 |
| CN114636314A (zh) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | 青海黄河上游水电开发有限责任公司新能源分公司 | 一种基于电子级多晶硅生产装置还原炉石墨预热器结构 |
| CN116443883A (zh) * | 2023-05-09 | 2023-07-18 | 内蒙古大全新能源有限公司 | 一种多晶硅生产用石墨-金属电极 |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102084028B (zh) * | 2008-06-23 | 2014-04-16 | Gt太阳能公司 | 在化学气相沉积反应器中用于管丝的夹头及电桥的连接点 |
| DE102010003069A1 (de) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Wacker Chemie Ag | Kegelförmige Graphitelektrode mit hochgezogenem Rand |
| JP5653830B2 (ja) * | 2011-04-27 | 2015-01-14 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン製造装置および多結晶シリコン製造方法 |
| KR20150035735A (ko) * | 2012-07-10 | 2015-04-07 | 헴로크세미컨덕터코포레이션 | 물질을 부착하기 위한 제조 장치 및 이에 사용하기 위한 소켓 |
| JP5868301B2 (ja) * | 2012-10-05 | 2016-02-24 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン製造装置 |
| DE102012025485A1 (de) | 2012-12-20 | 2014-06-26 | Gabriele Blume | Neuartige Vesikel für die topische Anwendung in der Pharmazie und Kosmetik |
| JP2016113302A (ja) * | 2013-04-10 | 2016-06-23 | 株式会社トクヤマ | シリコン製造用芯線ホルダ |
| TW201531440A (zh) * | 2013-12-30 | 2015-08-16 | Hemlock Semiconductor Corp | 用於耦合至設置在反應器內之電極上之插座以生長多晶矽的載體 |
| DE102014201096A1 (de) | 2014-01-22 | 2015-07-23 | Wacker Chemie Ag | Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silicium |
| US10450649B2 (en) | 2014-01-29 | 2019-10-22 | Gtat Corporation | Reactor filament assembly with enhanced misalignment tolerance |
| US20160122875A1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-05 | Rec Silicon Inc | Chemical vapor deposition reactor with filament holding assembly |
| WO2018058204A1 (en) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | Caete Engenharia Ltda | Carbonaceous anode for aluminium electrolysis with aluminium insert and process for construction thereof |
| TWI649003B (zh) * | 2017-12-19 | 2019-01-21 | 紘茂股份有限公司 | Heating element and method of manufacturing same |
| KR102519441B1 (ko) * | 2017-12-22 | 2023-04-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차전지용 음극활물질, 이를 포함한 음극, 및 리튬 이차전지 |
| JP6513842B2 (ja) * | 2018-02-02 | 2019-05-15 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン棒製造用のシリコン芯線および多結晶シリコン棒の製造装置 |
| US11965264B2 (en) | 2018-07-27 | 2024-04-23 | Wacker Chemie Ag | Electrode for depositing polycrystalline silicon |
| CN109327923B (zh) * | 2018-08-21 | 2024-05-24 | 宿州国威热敏新材料有限公司 | 一种ptc加热器件 |
| JP7047688B2 (ja) * | 2018-09-19 | 2022-04-05 | 三菱マテリアル株式会社 | 多結晶シリコンロッドの製造方法 |
| CN110933782A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-03-27 | 珠海烯蟀科技有限公司 | 柔性石墨烯电极作为高硼硅石墨烯导电层的方法及装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2435174A1 (de) * | 1974-07-22 | 1976-02-05 | Wacker Chemitronic | Vorrichtung zum kontaktieren des traegerstabes bei der abscheidung von halbleitermaterial aus der gasphase |
| EP0142476A2 (en) * | 1983-11-11 | 1985-05-22 | ELETTROCARBONIUM S.p.A. | A composite prebaked carbon electrode intended to be used in electric arc furnaces |
| US6639192B2 (en) * | 2001-01-11 | 2003-10-28 | Wacker-Chemie Gmbh | Deposition device for depositing semiconductor material on a heated substrate |
| CN101589544A (zh) * | 2006-01-31 | 2009-11-25 | 坦普罗尼克斯公司 | 具有均匀间隙的紧密分隔电极 |
| EP2161241A2 (en) * | 2008-09-09 | 2010-03-10 | Mitsubishi Materials Corporation | Manufacturing apparatus of polycrystalline silicon |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1444961A (en) * | 1919-06-11 | 1923-02-13 | Nat Carbon Co Inc | Arc-lamp electrode |
| US3676324A (en) | 1969-11-07 | 1972-07-11 | Phillips Petroleum Co | Composite carbon electrode structure having improved electrical conductivity |
| DE2328303C3 (de) | 1973-06-04 | 1979-11-15 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Vorrichtung zum Herstellen von Siliciumstäben |
| GB2135334A (en) | 1983-02-24 | 1984-08-30 | British Nuclear Fuels Plc | Composite carbon electrode |
| SE452862B (sv) * | 1985-06-05 | 1987-12-21 | Aga Ab | Ljusbagselektrod |
| KR950013069B1 (ko) | 1989-12-26 | 1995-10-24 | 어드밴스드 실리콘 머티어리얼즈 인코포레이티드 | 수소 침투 방지용 외부 코팅층을 갖는 흑연 척 및 탄소가 거의 없는 다결정 실리콘 제조 방법 |
| JP3819252B2 (ja) | 2001-05-21 | 2006-09-06 | 住友チタニウム株式会社 | シード保持電極 |
| US6952438B2 (en) | 2003-10-31 | 2005-10-04 | Sgl Carbon Ag | Threaded connection for carbon and/or graphite electrode columns |
| JP4031782B2 (ja) | 2004-07-01 | 2008-01-09 | 株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ | 多結晶シリコン製造方法およびシード保持電極 |
| JP2006240934A (ja) | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Tokuyama Corp | 多結晶シリコンの製造装置 |
| WO2010098319A1 (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | 株式会社トクヤマ | 多結晶シリコンロッド及びその製造装置 |
| JP4666114B2 (ja) | 2009-08-10 | 2011-04-06 | Ｊｆｅスチール株式会社 | フェロコークスの製造方法及び製造装置 |
| JP5431074B2 (ja) * | 2009-09-02 | 2014-03-05 | 東洋炭素株式会社 | シード保持部材及びそのシード保持部材を用いた多結晶シリコン製造方法 |
| JP5415914B2 (ja) * | 2009-11-26 | 2014-02-12 | 信越化学工業株式会社 | 炭素電極および多結晶シリコン棒の製造装置 |
| DE102010003068A1 (de) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Wacker Chemie Ag | Verfahren zur Herstellung von rissfreien polykristallinen Siliciumstäben |
| DE102010003069A1 (de) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Wacker Chemie Ag | Kegelförmige Graphitelektrode mit hochgezogenem Rand |
-
2010
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-
2011
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2435174A1 (de) * | 1974-07-22 | 1976-02-05 | Wacker Chemitronic | Vorrichtung zum kontaktieren des traegerstabes bei der abscheidung von halbleitermaterial aus der gasphase |
| EP0142476A2 (en) * | 1983-11-11 | 1985-05-22 | ELETTROCARBONIUM S.p.A. | A composite prebaked carbon electrode intended to be used in electric arc furnaces |
| US6639192B2 (en) * | 2001-01-11 | 2003-10-28 | Wacker-Chemie Gmbh | Deposition device for depositing semiconductor material on a heated substrate |
| CN101589544A (zh) * | 2006-01-31 | 2009-11-25 | 坦普罗尼克斯公司 | 具有均匀间隙的紧密分隔电极 |
| EP2161241A2 (en) * | 2008-09-09 | 2010-03-10 | Mitsubishi Materials Corporation | Manufacturing apparatus of polycrystalline silicon |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106470942A (zh) * | 2014-07-04 | 2017-03-01 | 信越化学工业株式会社 | 多晶硅棒制造用的硅芯线和多晶硅棒的制造装置 |
| CN107108235A (zh) * | 2014-11-04 | 2017-08-29 | 株式会社德山 | 芯线支架以及硅的制造方法 |
| CN107108235B (zh) * | 2014-11-04 | 2019-04-23 | 株式会社德山 | 芯线支架以及硅的制造方法 |
| CN110352177A (zh) * | 2017-03-08 | 2019-10-18 | 株式会社德山 | 多晶硅加工品的制造方法 |
| CN112424121A (zh) * | 2018-07-23 | 2021-02-26 | 株式会社德山 | 芯线支架、硅制造装置及硅制造方法 |
| TWI789542B (zh) * | 2018-07-23 | 2023-01-11 | 日商德山股份有限公司 | 芯線持具、矽製造裝置及矽製造方法 |
| CN114636314A (zh) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | 青海黄河上游水电开发有限责任公司新能源分公司 | 一种基于电子级多晶硅生产装置还原炉石墨预热器结构 |
| CN116443883A (zh) * | 2023-05-09 | 2023-07-18 | 内蒙古大全新能源有限公司 | 一种多晶硅生产用石墨-金属电极 |
Also Published As
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