WO2011092276A1 - Elektrode für einen reaktor zur herstellung von polykristallinem silizium - Google Patents

Elektrode für einen reaktor zur herstellung von polykristallinem silizium Download PDF

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WO2011092276A1
WO2011092276A1 PCT/EP2011/051191 EP2011051191W WO2011092276A1 WO 2011092276 A1 WO2011092276 A1 WO 2011092276A1 EP 2011051191 W EP2011051191 W EP 2011051191W WO 2011092276 A1 WO2011092276 A1 WO 2011092276A1
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reactor
electrode
electrode body
elastic elements
sealing element
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PCT/EP2011/051191
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Inventor
Robert Stöcklinger
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G+R Technology Group Ag
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/035—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds in the presence of heated filaments of silicon, carbon or a refractory metal, e.g. tantalum or tungsten, or in the presence of heated silicon rods on which the formed silicon is deposited, a silicon rod being obtained, e.g. Siemens process

Definitions

  • the present invention relates to an electrode for a reactor for producing polycrystalline silicon.
  • a plurality of electrodes is distributed on a bottom of the reactor.
  • filament rods made of high-purity silicon are attached, wherein the filament rods, the required power supply is supplied via an electrode body, so that the filament rods obtain a temperature required for the deposition of polycrystalline silicon temperature.
  • the polycrystalline silicon is deposited in reactors on the filament rods.
  • the processes differ essentially by the reaction partners, from which the polycrystalline silicon is deposited on the filament rods.
  • trichlorosilane SiHCl 3
  • SiHCl 3 trichlorosilane
  • U.S. Patent Application 2009/0081380 A1 discloses a reactor for producing polycrystalline silicon.
  • Polycrystalline silicon deposits on a filament rod made of ultra-pure silicon.
  • the ultra-pure silicon rods are attached in an electrode, which are also arranged distributed at the bottom of the reactor.
  • a plurality of inlet nozzles for the reaction gas is provided at the bottom of the reactor.
  • the outlet opening of the inlet nozzles is higher than the mounting plane of the filament rods in the electrode.
  • the electrodes are designed according to the embodiment shown in European Patent Application EP 2 108 619 and fastened to the reactor bottom.
  • the invention has for its object to design an electrode for holding the filament rods for the deposition of polycrystalline silicon such that during the ongoing production process and regardless of the prevailing production conditions a tightness of the electrode from the reactor interior is ensured to the environment.
  • a plurality of electrodes are mounted in a bottom of the reactor.
  • the electrodes carry filament rods, which sit in an electrode body and via which the power is supplied to the electrodes or filament rods.
  • the electrode body itself is with several elastic elements in the direction of Top side of the bottom of the reactor mechanically biased.
  • a radially encircling sealing element is used between the top of the bottom of the reactor and a parallel to the top of the bottom ring of the electrode body.
  • the sealing element itself is shielded in the region between the top of the bottom of the reactor and the parallel ring of the electrode body of a ceramic ring.
  • the bottom of the reactor can be designed as a bottom with a gap or with two spaces. In the event that only a gap is formed in the reactor bottom, cooling water is conducted in this intermediate space. Likewise, the conversion of the reactor is designed as a double wall, so as to achieve a cooling of the reactor interior. In the event that the reactor bottom consists of two spaces, gas is fed to the inlet nozzles in one of the intermediate spaces. In the other intermediate space, as already mentioned above, the cooling water required for the cooling of the interior of the reactor is conducted.
  • the electrode body extends along a longitudinal axis at least to beyond an underside of the bottom.
  • the radially encircling sealing element is designed in such a way that it also surrounds the electrode body at least likewise beyond the underside of the bottom.
  • the bottom of the reactor has multiple apertures extending from the top of the reactor bottom to the bottom of the reactor bottom. In these openings, the electrode body sits together with the sealing element.
  • the openings of course have a wall to the interstices of the reactor floor. Thus, it is ensured that the cooling water or the reaction gas does not come into contact with the electrodes.
  • the plurality of elastic elements are held by means of a threaded pin on the electrode body.
  • the elastic elements are supported at the top of the bottom of the soil.
  • two elastic elements are mounted offset by 180 ° C to each other on the electrode body.
  • the elastic elements, which bias the electrodes relative to the reactor bottom, are designed as helical springs.
  • the radially encircling sealing element consists of a material with a low thermal expansion.
  • the material of the radially encircling sealing element preferably consists of PTFE.
  • the electrode body has in the direction of a longitudinal axis a cavity into which cooling water can be supplied via a feed line.
  • a pipe is guided, via which, in conjunction with a discharge, the heated cooling water is discharged.
  • the cooling is necessary since, depending on the process used for the production of polycrystalline silicon in the interior of the reactor, a temperature of 800 to 1200 ° C is present.
  • the electrodes are cooled with the supplied cooling water to a temperature of 150 ° C.
  • the cooling should be regulated to +/- 20 ° C.
  • the reactor is cooled to a corresponding temperature by the double-walled design of the reactor.
  • Figure 1 shows a perspective and partially sectional view of a
  • FIG. 2 shows a sectional view of the electrode according to the invention, in which the
  • Reinst silicon rods are attached for the deposition of polycrystalline silicon.
  • FIG. 3 shows a side view of the electrode according to the invention, which in the
  • FIG. 4 shows a perspective view of the electrode according to the invention, which is used in the process for producing polycrystalline silicon.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of that marked A in FIG.
  • FIG. 6 shows an enlarged view of that marked B in FIG.
  • FIG. 1 shows a perspective and partially sectioned view of a reactor 10, which is used for the production of polycrystalline silicon.
  • the reactor 10 is known from the prior art and is used for the production of polycrystalline silicon after the monosilane process.
  • the reactor 10 has a bottom 12 carrying a plurality of nozzles 40. Fresh reaction gas, to which hydrogen has been added, is introduced into the interior 50 of the reactor 10 through the nozzles 40.
  • a plurality of filament rods 60 are mounted in dedicated electrodes 6. At the filament rods 60, the polycrystalline silicon is deposited during the process.
  • a gas discharge 51 is formed via an inner tube 52.
  • the inner tube 52 has a gas inlet opening 53 into which the partially consumed reaction gas enters. This exhaust gas or partially consumed reaction gas is present at a certain operating pressure. The pressure depends on the manufacturing process used.
  • the reactor, the supply lines and the discharge lines for the reaction gas are double-walled, thereby achieving a corresponding cooling.
  • the gas inlet opening 53 for the inner tube 52 is clearly spaced from the top 13 of the bottom 12 of the reactor 10. This spacing is therefore necessary to ensure that fresh reaction gas entering the reactor interior 50 does not immediately exit through the gas inlet opening 53 of the inner tube 52 again.
  • the reactor wall 58 and the inner tube 52 are double-walled and can be cooled with water.
  • the inner tube 52 is passed through the bottom 12 of the reactor. From the discharge line 51, the spent reaction gas is passed to a recycling system (not shown here). Likewise, a feed line 54 for fresh reaction gas is provided on the bottom 12 of the reactor 10.
  • the bottom 12 of the reactor 10 is constructed of two spaces.
  • fresh reaction gas is supplied, which distributes uniformly to the nozzles 40 at the bottom 12 of the reactor 10, so that the reaction gas enters the interior 50 of the reactor 10 via the upper side 13 of the bottom 12 of the reactor 10.
  • cooling water is guided, so that the bottom 12 of the reactor 10 can be cooled to a certain temperature or maintained at this temperature.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the electrode 6, which is arranged in the bottom 12 of the reactor 10.
  • the electrode 6 has an elongated shape and extends over the top 13 and the bottom 14 of the bottom 12 of the reactor 10.
  • the electrode 6 consists of an electrode body 14 in which the filament rods 16 are supported.
  • the bottom 12 of the reactor 10 has a plurality of holders for one of the plurality of electrodes 6.
  • the holders are formed as apertures 16 in the bottom 12 of the reactor 10 and through the apertures 16 extend the electrodes 6.
  • the electrode body 4 has an upper side 13 of the Bottom 12 of the reactor 10 parallel ring 7. Between the parallel ring 7 and the top 13 of the bottom 12 of the reactor 10, a radially encircling sealing element 3 is inserted.
  • the radial sealing element 3 also extends along the longitudinal axis of the electrode body and Also protrudes beyond the bottom 14 of the bottom 12 of the reactor 10.
  • a plurality of elastic elements 2 are attached to the electrode body 4. These elastic elements 2 are configured in such a way that they bias the electrode body 4 in the direction of the upper side 13 of the bottom 12 of the reactor 10.
  • the radially encircling sealing element 3 is preferably made of PTFE.
  • a ceramic ring 15 is provided on the upper side 13 of the bottom 12 of the reactor 10. The ceramic ring 15 thus surrounds the radially encircling sealing element 3, which would protrude into the reactor interior 50.
  • the electrode body 4 has a cavity 22 along the longitudinal axis L of the electrode body 4.
  • the cavity 22 can be supplied via a supply line 20 cooling water.
  • a tube 23 is guided, via which, in conjunction with a discharge line 21, the heated cooling water can be removed from the electrode 4.
  • FIG. 3 shows a side view of the electrode 6 according to the invention and its installation in the bottom 12 of the reactor 10.
  • the electrode 6 has a height H along its longitudinal axis L and a width B in the interior 50 of the reactor 10.
  • the ceramic sleeve 15 On the upper side 13 of the bottom 12 of FIG Reactor 10 sits the ceramic sleeve 15, with which the radially encircling sealing element (not shown here) is substantially protected from temperature influences from the interior of the reactor.
  • the opening 16 extends through which the electrode 6 from the top 13 of the bottom 12 of the reactor 10 to the bottom 14 of the bottom 12 of the reactor 10 is guided.
  • an adjustment 25 is provided for fixing and clamping the electrode 6, an adjustment 25 is provided.
  • cooling water is supplied via a supply line 20 and discharged via a discharge line 21.
  • the bottom 12 of the reactor 10 is formed with a gap. In this space, the cooling water for the cooling of the bottom 12 of the reactor 10 is guided.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the electrode 6 according to the invention, which is used in a reactor 10 for the production of polycrystalline silicon.
  • the holder 27 of the electrode 6 for the filament rods 60 is provided above the radially encircling ring 7 of the electrode 6, the holder 27 of the electrode 6 for the filament rods 60 is provided.
  • the electrode 6 is supported relative to the underside 14 of the bottom 12 of the reactor 10.
  • the supply line 20 is provided for the cooling water and the discharge 21 for the heated in the interior of the electrode 6 cooling water.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of the area marked A in FIG.
  • the elastic elements 2 are arranged in 180 ° C opposite.
  • the elastic elements 2 are designed as helical springs.
  • the elastic elements 2 are held on the electrode body 4 via threaded pins 29.
  • a support 28 is provided between the top 30 of the elastic elements 2 and the bottom 14 of the bottom 12 of the reactor 10.
  • the elastic body 2 are thus supported with the top 30 against the bottom 14 of the bottom 12 of the reactor 10 from.
  • the underside 32 of the elastic elements 2 is supported relative to the electrode body 4.
  • the adjusting element 25 is provided for the support of the elastic elements 2 with their underside 32 on the electrode body 4.
  • the elastic element 2 is designed as a helical spring and held on the electrode body 4 by means of a threaded pin 29. Characterized in that the adjusting element is provided on the electrode body 4, one reaches a tension or a bias voltage of the elastic elements 2, so that the radially encircling light element 3 between the top 13 of the bottom 12 of the reactor 10 and the parallel thereto ring 7 of the electrode body 4th is clamped and thus causes a seal.
  • This tension is always ensured that regardless of the different expansion coefficients of the different materials of the electrode 6 is always a tightness is ensured, so that no reaction gas from the interior 50 of the reactor 10 passes to the outside.

Abstract

Es ist eine Elektrode (6) für einen Reaktor (10) zur Herstellung von polykristallinem Silizium offenbart. Mehrere Elektroden (6) sind hierzu in einem Boden (12) des Reaktors (10) befestigt. Die Elektroden (6) tragen Filamentstäbe (60) aus Reinst-Silizium. Der Elektrodenkörper (4) ist mit mehreren elastischen Elementen (2) in Richtung (5) einer Oberseite (13) des Bodens (12) des Reaktors (10) hin mechanisch vorgespannt. Zwischen der Oberseite (13) des Bodens (12) des Reaktors (10) und einem zur Oberseite (13) des Bodens (12) parallelen Ring (7) des Elektrodenkörpers (4) ist ein radial umlaufendes Dichtelement (3) eingesetzt.

Description

ELEKTRODE FÜR EINEN REAKTOR ZUR HERSTELLUNG VON
POLYKRISTALLINEM SILIZIUM
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für einen Reaktor zur Herstellung von polykristallinem Silizium. Eine Vielzahl von Elektroden ist dabei auf einem Boden des Reaktors verteilt. In den einzelnen Elektroden sind Filamentstäbe aus Reinst- Silizium befestigt, wobei über einen Elektrodenkörper den Filamentstäben die erforderliche Stromzufuhr zugeleitet wird, damit die Filamentstäbe eine für die Abscheidung von polykristallinem Silizium erforderliche Temperatur erlangen.
Das polykristalline Silizium wird in Reaktoren auf den Filamentstäben abgeschieden. Bei der Abscheidung des polykristallinen Siliziums unterscheidet man im Wesentlichen zwei Prozesse, den Monosilan-Prozess oder das Siemens-Verfahren. Die Verfahren unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Reaktionspartner, aus denen sich das polykristalline Silizium auf den Filamentstäben abscheidet.
Bei dem Siemens-Verfahren wird Trichlorsilan (SiHCI3) in Anwesenheit von Wasserstoff an den beheizten Reinst-Siliziumstäben bei ca. 1000 bis 1200 °C thermisch zersetzt. Das elementare Silizium wächst dabei auf den Filamentstäben auf. Der dabei frei werdende Chlorwasserstoff wird in den Kreislauf zurückgeführt. Der Prozess läuft bei einem Druck von ca. 6,5 bar ab.
Bei dem Monosilan-Prozess wird Monosilan (SiH4) in Anwesenheit von Wasserstoff an den beheizten Reinst-Siliziumstäben bei 850 bis 900 °C thermisch zersetzt. Das elementare Silizium wächst dabei auf den Filamentstäben auf. Der Monosilan- Prozess läuft bei einem Druck von ca. 2 bis 2,5 bar ab. Die europäische Patentanmeldung EP 2 108 619 A2 offenbart einen Reaktor für die Herstellung von polykristallinem Silizium. Auf dem Reaktorboden ist eine Vielzahl von Elektroden angeordnet, von denen jede einen Siliziumstab trägt, an dem sich das polykristalline Silizium während des Reaktionsprozesses abscheidet. Der Halter für die Elektrode hat eine im Wesentlichen längliche Gestalt und besteht aus Material, das keine Korrosion zeigt. Isolierendes Material ist im Durchlass des Reaktorbodens vorgesehen und isoliert somit die Elektrode gegenüber dem Reaktorboden und hält somit die Elektrode in Position.
Die U.S.-Patentanmeldung 2009/0081380 A1 offenbart einen Reaktor zur Herstellung von polykristallinem Silizium. Polykristallines Silizium scheidet sich dabei auf einem Filamentstab aus Reinst-Silizium ab. Die Reinst-Siliziumstäbe sind dabei in einer Elektrode befestigt, welche ebenfalls verteilt am Boden des Reaktors angeordnet sind. Ebenso ist am Boden des Reaktors eine Vielzahl von Einlassdüsen für das Reaktionsgas vorgesehen. Die Austrittsöffnung der Einlassdüsen liegt dabei höher als die Befestigungsebene der Filamentstäbe in der Elektrode. Die Elektroden sind entsprechend der in der europäischen Patentanmeldung EP 2 108 619 dargestellten Ausführungsform ausgestaltet und am Reaktorboden befestigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode für die Halterung der Filamentstäbe für die Abscheidung von polykristallinem Silizium derart auszugestalten, dass während des laufenden Produktionsprozesses und unabhängig von den herrschenden Produktionsbedingungen eine Dichtigkeit der Elektrode vom Reaktorinnenraum zur Umgebung gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode, die die Merkmale im Anspruch 1 umfasst.
Erfindungsgemäß sind mehrere Elektroden in einem Boden des Reaktors befestigt. Die Elektroden tragen dabei Filamentstäbe, die in einem Elektrodenkörper sitzen und über den die Stromzufuhr zu den Elektroden bzw. Filamentstäben erfolgt. Der Elektrodenkörper selbst ist mit mehreren elastischen Elementen in Richtung der Oberseite des Bodens des Reaktors hin mechanisch vorgespannt. Zwischen der Oberseite des Bodens des Reaktors und einem zur Oberseite des Bodens parallelen Ring des Elektrodenkörpers ist ein radial umlaufendes Dichtelement eingesetzt. Das Dichtelement selbst ist im Bereich zwischen der Oberseite des Bodens des Reaktors und dem dazu parallelen Ring des Elektrodenkörpers von einem Keramikring abgeschirmt.
Der Boden des Reaktors kann dabei als Boden mit einem Zwischenraum oder mit zwei Zwischenräumen ausgebildet sein. Für den Fall, dass lediglich ein Zwischenraum im Reaktorboden ausgebildet ist, wird in diesem Zwischenraum Kühlwasser geführt. Ebenso ist die Umwandung des Reaktors als Doppelwandung ausgebildet, um somit eine Kühlung des Reaktorinnenraums zu erzielen. Für den Fall, dass der Reaktorboden aus zwei Zwischenräumen besteht, wird in einem der Zwischenräume Gas zu den Eintrittsdüsen geführt. In dem anderen Zwischenraum wird, wie bereits oben erwähnt, das für die Kühlung des Reaktorinneren erforderliche Kühlwasser geführt.
Der Elektrodenkörper erstreckt sich dabei entlang einer Längsachse zumindest bis über eine Unterseite des Bodens hinaus. Das radial umlaufende Dichtelement ist dabei derart ausgebildet, dass es den Elektrodenkörper zumindest ebenfalls bis über die Unterseite des Bodens hinaus umgibt.
Der Boden des Reaktors hat mehrere Durchbrüche ausgebildet, die von der Oberseite des Reaktorbodens bis zur Unterseite des Reaktorbodens reichen. In diesen Durchbrüchen sitzt der Elektrodenkörper zusammen mit dem Dichtelement. Die Durchbrüche besitzen selbstverständlich eine Wandung zu den Zwischenräumen des Reaktorbodens hin. Somit ist es sichergestellt, dass das Kühlwasser bzw. das Reaktionsgas nicht mit den Elektroden in Kontakt tritt.
Die mehreren elastischen Elemente sind mittels eines Gewindestifts am Elektrodenkörper gehaltert. Die elastischen Elemente sind an deren Oberseite von der Unterseite des Bodens abgestützt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind jeweils zwei elastische Elemente um 180 °C zueinander versetzt am Elektrodenkörper gehaltert. Die elastischen Elemente, welche die Elektroden gegenüber dem Reaktorboden vorspannen, sind als Schraubenfedern ausgebildet.
Das radial umlaufende Dichtelement besteht aus einem Material mit geringer thermischer Ausdehnung. Bevorzugt besteht das Material des radial umlaufenden Dichtelements aus PTFE.
Der Elektrodenkörper besitzt in Richtung einer Längsachse einen Hohlraum, in den über eine Zuleitung Kühlwasser zuführbar ist. Im Hohlraum ist ein Rohr geführt, über das in Verbindung mit einer Ableitung das erwärmte Kühlwasser abgeführt wird. Die Kühlung ist erforderlich, da je nach dem verwendeten Prozess für die Herstellung von polykristallinem Silizium im Innenraum des Reaktors eine Temperatur von 800 bis 1200 °C vorliegt. Die Elektroden werden mit dem zugeführten Kühlwasser auf eine Temperatur von 150 °C gekühlt. Die Kühlung soll dabei auf +/- 20 °C geregelt sein. Ebenso wird, wie bereits erwähnt, durch die doppelwandige Ausbildung des Reaktors der Reaktor auf eine entsprechende Temperatur gekühlt.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
Figur 1 zeigt eine perspektivische und zum Teil geschnittene Ansicht eines
Reaktors für die Herstellung von polykristallinem Silizium gemäß dem Stand der Technik.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Elektrode, an der die
Reinst-Siliziumstäbe für die Abscheidung von polykristallinem Silizium befestigt werden.
Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Elektrode, die im
Reaktorboden sitzt, der aus lediglich einem Zwischenraum gebildet ist. Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Elektrode, die bei dem Prozess zur Herstellung von polykristallinem Silizium Verwendung findet.
Figur 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht des in Figur 2 mit A gekennzeichneten
Bereichs.
Figur 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht des in Figur 2 mit B gekennzeichneten
Bereichs.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur oder für die Einordung einer Figur in den Kontext anderer Figuren erforderlich sind.
Figur 1 zeigt eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht eines Reaktors 10, welcher für die Herstellung von polykristallinem Silizium Verwendung findet. Der Reaktor 10 ist aus dem Stand der Technik bekannt und dient zur Herstellung von polykristallinem Silizium nach dem Monosilan-Prozess. Der Reaktor 10 besitzt einen Boden 12, der eine Vielzahl von Düsen 40 trägt. Durch die Düsen 40 wird frisches Reaktionsgas, dem Wasserstoff beigemischt ist, in den Innenraum 50 des Reaktors 10 eingebracht. Ebenfalls ist auf dem Boden 12 des Reaktors 10 eine Vielzahl von Filamentstäben 60 in dafür vorgesehenen Elektroden 6 befestigt. An den Filamentstäben 60 scheidet sich während des Prozesses das polykristalline Silizium ab.
In der hier gezeigten Ausführungsform ist eine Gasabführung 51 über ein Innenrohr 52 ausgebildet. Das Innenrohr 52 besitzt eine Gaseintrittsöffnung 53, in die das zum Teil verbrauchte Reaktionsgas eintritt. Dieses Abgas bzw. zum Teil verbrauchte Reaktionsgas liegt dabei bei einem bestimmten Betriebsdruck vor. Der Druck hängt dabei von dem verwendeten Herstellungsprozess ab. Der Reaktor, die Zuleitungen und die Ableitungen für das Reaktionsgas sind doppelwandig ausgebildet, um dadurch eine entsprechende Kühlung zu erreichen. Die Gaseintrittsöffnung 53 für das Innenrohr 52 ist deutlich von der Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 beabstandet. Diese Beabstandung ist deshalb notwendig, damit sichergestellt ist, dass frisches in den Reaktorinnenraum 50 eintretendes Reaktionsgas nicht sofort wieder durch die Gaseintrittsöffnung 53 des Innenrohrs 52 austritt. Die Reaktorwand 58 und das Innenrohr 52 sind doppelwandig ausgebildet und können mit Wasser gekühlt werden. Das Innenrohr 52 ist durch den Boden 12 des Reaktors geführt. Aus der Ableitung 51 wird das verbrauchte Reaktionsgas zu einem Wiederaufbereitungssystem (hier nicht dargestellt) geführt. Ebenso ist am Boden 12 des Reaktors 10 eine Zuleitung 54 für frisches Reaktionsgas vorgesehen.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Boden 12 des Reaktors 10 aus zwei Zwischenräumen aufgebaut. In dem ersten Zwischenraum 12 wird frisches Reaktionsgas zugeführt, dass sich gleichmäßig auf die Düsen 40 am Boden 12 des Reaktors 10 verteilt, so dass das Reaktionsgas über die Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 in den Innenraum 50 des Reaktors 10 eintritt. Im zweiten Zwischenraum 122 ist Kühlwasser geführt, damit der Boden 12 des Reaktors 10 auf eine bestimmte Temperatur gekühlt bzw. bei dieser Temperatur gehalten werden kann.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht der Elektrode 6, welche im Boden 12 des Reaktors 10 angeordnet ist. Die Elektrode 6 besitzt dabei eine längliche Gestalt und erstreckt sich über die Oberseite 13 und die Unterseite 14 des Bodens 12 des Reaktors 10. Die Elektrode 6 besteht aus einem Elektrodenkörper 14, in dem die Filamentstäbe 16 gehaltert sind. Der Boden 12 des Reaktors 10 besitzt mehrere Halterungen für eine der Vielzahl von Elektroden 6. Die Halterungen sind als Durchbrüche 16 im Boden 12 des Reaktors 10 ausgebildet und durch die Durchbrüche 16 erstrecken sich die Elektroden 6. Der Elektrodenkörper 4 besitzt einen zur Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 parallelen Ring 7. Zwischen dem parallelen Ring 7 und der Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 ist ein radial umlaufendes Dichtelement 3 eingesetzt. Analog zum Elektrodenkörper 4 erstreckt sich das radiale Dichtelement 3 ebenfalls entlang der Längsachse des Elektrodenkörpers und überragt ebenfalls die Unterseite 14 des Bodens 12 des Reaktors 10. Unterhalb der Unterseite 14 des Bodens 12 des Reaktors 10 sind am Elektrodenkörper 4 mehrere elastische Elemente 2 befestigt. Diese elastischen Elemente 2 sind dabei derart ausgestaltet, dass sie den Elektrodenkörper 4 in Richtung der Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 hin vorspannen. Dadurch, dass zwischen dem parallelen Ring 7 des Elektrodenkörpers 4 und der Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 das radial umlaufende Dichtelement 3 vorgesehen ist, ist somit gewährleistet, dass unabhängig von der thermischen Ausdehnung der unterschiedlichen Materialien der Elektrode 6 immer eine ausreichende Dichtigkeit zwischen dem Elektrodenkörper 4 und dem Reaktorboden 12 bzw. der Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 gewährleistet ist. Das radial umlaufende Dichtelement 3 besteht bevorzugter Weise aus PTFE. Um das radial umlaufende Dichtelement 3 bzgl. der Temperatureinflüsse zu schützen, ist auf der Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 ein Keramikring 15 vorgesehen. Der Keramikring 15 umgibt somit das radial umlaufende Dichtelement 3, welches in den Reaktorinnenraum 50 ragen würde.
Der Elektrodenkörper 4 hat einen Hohlraum 22 entlang der Längsachse L des Elektrodenkörpers 4 ausgebildet. In den Hohlraum 22 kann über ein Zuleitung 20 Kühlwasser zugeführt werden. Im Hohlraum 22 ist ein Rohr 23 geführt, über das in Verbindung mit einer Ableitung 21 das erwärmte Kühlwasser aus der Elektrode 4 abgeführt werden kann.
Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Elektrode 6 und deren Einbau in den Boden 12 des Reaktors 10. Die Elektrode 6 besitzt entlang ihrer Längsachse L eine Bauhöhe H und im Innenraum 50 des Reaktors 10 eine Breite B. Auf der Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 sitzt die Keramikhülse 15, mit der das radial umlaufende Dichtelement (hier nicht dargestellt) im Wesentlichen von Temperatureinflüssen aus dem Innern des Reaktor geschützt ist. Von der Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 erstreckt sich der Durchbruch 16, durch den die Elektrode 6 von der Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 zu der Unterseite 14 des Bodens 12 des Reaktors 10 geführt ist. Für die Befestigung und Verspannung der Elektrode 6 ist eine Einstellelement 25 vorgesehen. Wie bereits in der Beschreibung zu Figur 2 erwähnt, wird über eine Zuleitung 20 Kühlwasser zugeführt und über eine Ableitung 21 abgeführt. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Boden 12 des Reaktors 10 mit einem Zwischenraum ausgebildet. In diesem Zwischenraum ist das Kühlwasser für die Kühlung des Bodens 12 des Reaktors 10 geführt.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Elektrode 6, die in einem Reaktor 10 für die Herstellung von polykristallinem Silizium Verwendung findet. Oberhalb des radial umlaufenden Rings 7 der Elektrode 6 ist die Halterung 27 der Elektrode 6 für die Filamentstäbe 60 vorgesehen. Mittels einer Abstützung 28 wird die Elektrode 6 gegenüber der Unterseite 14 des Bodens 12 des Reaktors 10 abgestützt. Ferner erfolgt eine Abstützung über das Einstellelement 25, welches auf dem Elektrodenkörper 4 aufgeschraubt ist. Am unteren Ende der Elektrode 6 ist die Zuleitung 20 für das Kühlwasser und die Ableitung 21 für das im Innenraum der Elektrode 6 erwärmte Kühlwasser vorgesehen.
Figur 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung des in Figur 2 mit A gekennzeichneten Bereichs. In Figur 5 wird dabei im Wesentlichen die Verspannung des Elektrodenkörpers 4 dargestellt. In der hier gezeigten Ausführungsform sind zwei elastische Elemente 2 in 180 °C gegenüber angeordnet. Die elastischen Elemente 2 sind als Schraubenfedern ausgebildet. Die elastischen Elemente 2 werden über Gewindestifte 29 am Elektrodenkörper 4 gehaltert. Zwischen der Oberseite 30 der elastischen Elemente 2 und der Unterseite 14 des Bodens 12 des Reaktors 10 ist eine Abstützung 28 vorgesehen. Die elastischen Körper 2 stützen sich somit mit deren Oberseite 30 gegenüber der Unterseite 14 des Bodens 12 des Reaktors 10 ab. Die Unterseite 32 der elastischen Elemente 2 ist gegenüber dem Elektrodenkörper 4 abgestützt. Für die Abstützung der elastischen Elemente 2 mit deren Unterseite 32 am Elektrodenkörper 4 ist das Einstellelement 25 vorgesehen. Figur 6 zeigt eine vergrößerte Darstellung des in Figur 2 mit B gekennzeichneten Bereichs. Das elastische Element 2 ist als Schraubenfeder ausgebildet und am Elektrodenkörper 4 mittels eines Gewindestifts 29 gehaltert. Dadurch, dass das Einstellelement am Elektrodenkörper 4 vorgesehen wird, erreicht man eine Verspannung bzw. eine Vorspannung der elastischen Elemente 2, so dass das radial umlaufende Lichtelement 3 zwischen der Oberseite 13 des Bodens 12 des Reaktors 10 und dem dazu parallelen Ring 7 des Elektrodenkörpers 4 eingespannt wird und somit eine Abdichtung herbeiführt. Durch diese Verspannung ist immer gewährleistet, dass unabhängig von den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien der Elektrode 6 immer eine Dichtigkeit gewährleistet ist, so dass kein Reaktionsgas aus dem Innenraum 50 des Reaktors 10 nach außen gelangt.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1 . Elektrode (6) für einen Reaktor (10) zur Herstellung von polykristallinem Silizium wobei mehrere Elektroden (6) in einem Boden (12) des Reaktors (10) befestigt sind und Filamentstäbe (60) aus Reinst-Silizium tragen, die in einem
Elektrodenkörper (4) sitzen und über den die Stromzufuhr erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkörper (4) mit mehreren elastischen Elementen (2) in Richtung (5) einer Oberseite (13) des Bodens (12) des Reaktors (10) hin mechanisch vorgespannt ist und dass zwischen der Oberseite (13) des Bodens (12) des Reaktors (10) und einem zur Oberseite (13) des Bodens (12) parallelen Ring (7) des Elektrodenkörpers (4) ein radial umlaufendes
Dichtelement (3) eingesetzt ist.
2. Elektrode nach Anspruch 1 , wobei das Dichtelement (3) im Bereich zwischen der Oberseite (13) des Bodens (12) des Reaktors (10) und dem dazu parallelen Ring (7) des Elektrodenkörpers (4) von einem Keramikring (15) abgeschirmt ist.
3. Elektrode (6) nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei der Elektrodenkörper (4)
entlang einer Längsachse (L) zumindest bis über eine Unterseite (14) des Bodens (12) erstreckt und dass das radial umlaufende Dichtelement (3) derart ausgebildet ist, dass es den Elektrodenkörper (4) zumindest ebenfalls bis über die Unterseite (14) des Bodens (12) hinaus umgibt.
4. Elektrode (6) nach Anspruch 3, wobei der Elektrodenkörper (4) zusammen mit dem Dichtelement (3) in einem Durchbruch (16) im Boden (12) des Reaktors (10) sitzt.
5. Elektrode (6) nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei die mehreren elastischen
Elemente (2) mittels eines Gewindestifts (29) am Elektrodenkörper (4) gehaltert sind, wobei die elastischen Elemente (2) an deren Oberseite (30) an der
Unterseite (14) des Bodens (12) abgestützt sind und wobei die elastischen Elemente (2) an deren Unterseite (32) am Elektrodenkörper (4) abgestützt sind.
6. Elektrode (6) nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei zwei elastische Elemente (2) um jeweils 180 °C zueinander versetzt am Elektrodenkörper (4) gehaltert sind.
7. Elektrode (6) nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei die elastischen Elemente (2) Schraubenfedern sind.
8. Elektrode (6) nach Anspruch 1 , wobei das radial umlaufende Dichtelement (3) aus einem Material mit geringer thermischer Ausdehnung besteht.
9. Elektrode (6) nach Anspruch 8, wobei das Material des radial umlaufenden
Dichtelements (3) PTFE ist.
10. Elektrode (6) nach den Ansprüchen 1 bis 9, wobei der Elektrodenkörper (4) einen Hohlraum (22) entlang der Längsachse (L) ausgebildet hat, in den über eine Zuleitung (20) Kühlwasser zuführbar ist und wobei im Hohlraum (22) ein Rohr (23) geführt ist, über das in Verbindung mit einer Ableitung (21 ) das erwärmte Kühlwasser abführbar ist.
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