本申請(qǐng)要求2014年6月11日提交的美國(guó)非臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.14/301,968的優(yōu)先權(quán)，由此所述申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用而整體地并入于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及一種流化床反應(yīng)器，并且更具體地涉及用于流化床反應(yīng)器的感應(yīng)加熱的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

多晶硅是一種用于生產(chǎn)包括例如半導(dǎo)體晶片在內(nèi)的很多產(chǎn)品的原材料，所述半導(dǎo)體晶片用于集成電路和光伏(即太陽(yáng)能)電池。多晶硅一般通過(guò)化學(xué)氣相沉積機(jī)制生產(chǎn)，其中，硅在流化床反應(yīng)器中從可熱分解的硅化合物沉積到硅種子顆粒或粒狀多晶硅上。在這個(gè)沉積過(guò)程中，在流化床反應(yīng)器中的溫度影響氣體密度和速率，所述氣體密度和速率影響氣體-固體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)情況和所引起的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。因此，對(duì)流化床反應(yīng)器施加熱以增加并且保持所提升的溫度，以用于優(yōu)化多晶硅的生產(chǎn)。

控制在反應(yīng)器中的溫度的一個(gè)方法是在入口氣體進(jìn)入反應(yīng)器前以受控的方式預(yù)加熱入口氣體，即，硅烷和稀釋氣體。但是，預(yù)熱入口氣體引起硅烷的過(guò)早分解，這導(dǎo)致硅在入口的沉積。因此，在工業(yè)應(yīng)用中在反應(yīng)器中的溫度通常通過(guò)加熱反應(yīng)器壁控制，以防止硅烷的過(guò)早分解。

已使用感應(yīng)加熱器系統(tǒng)通過(guò)加熱反應(yīng)器壁的方式來(lái)提升在流化床反應(yīng)器中的溫度。感應(yīng)加熱器系統(tǒng)大致包括導(dǎo)電工件頭座(work head)或線(xiàn)圈和在所述線(xiàn)圈內(nèi)部的位于反應(yīng)器壁周?chē)膶?dǎo)電工件或感受器。交流電流通過(guò)所述線(xiàn)圈以產(chǎn)生圍繞工件的強(qiáng)磁場(chǎng)。所述磁場(chǎng)在導(dǎo)電工件中產(chǎn)生電流、或渦(電)流，其在工件中通過(guò)電阻或焦耳加熱產(chǎn)生熱。隨著交流電流通過(guò)線(xiàn)圈，工件在反應(yīng)器壁中產(chǎn)生熱并且增加溫度。但是，用于流化床反應(yīng)器的感應(yīng)加熱的已有系統(tǒng)會(huì)在反應(yīng)器壁中制造熱點(diǎn)，所述熱點(diǎn)使流化床反應(yīng)器的壽命周期降低。

因此，需要提供更好的控制的感應(yīng)加熱器系統(tǒng)和方法，以便例如減少反應(yīng)器壁中的熱點(diǎn)和延長(zhǎng)反應(yīng)器的可用壽命。

此背景技術(shù)部分用于向讀者介紹可能與在下面描述和/或?qū)懭霗?quán)利要求中的本發(fā)明的各個(gè)方面相關(guān)的技術(shù)的各個(gè)方面。這些討論被認(rèn)為有助于向讀者提供背景信息以便于本發(fā)明的各個(gè)方面的更好的理解。相應(yīng)地，應(yīng)當(dāng)理解的是，這些陳述應(yīng)在此思想下閱讀，而非對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一個(gè)方面是一種用于多晶硅產(chǎn)品的生產(chǎn)的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括反應(yīng)腔室、感受器、感應(yīng)單元和多個(gè)能量源。所述反應(yīng)腔室具有反應(yīng)器壁。感受器包圍所述反應(yīng)器壁。所述感應(yīng)加熱器圍繞所述感受器，并且具有用于在所述感受器中產(chǎn)生熱的多個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈。所述線(xiàn)圈被分組成多個(gè)區(qū)域。所述多個(gè)能量源向所述線(xiàn)圈提供電流。每一能量源與至少一個(gè)區(qū)域的線(xiàn)圈相連接。

本發(fā)明的第一個(gè)方面是一種用于在反應(yīng)器中生產(chǎn)多晶硅產(chǎn)品的方法，所述反應(yīng)器具有分組成多個(gè)區(qū)域的多個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈和多個(gè)能量源以及一感受器。所述多個(gè)能量源中的每一個(gè)與至少一個(gè)區(qū)域的線(xiàn)圈連接。所述方法包括從每一能量源向至少一個(gè)區(qū)域的線(xiàn)圈提供電流以產(chǎn)生圍繞線(xiàn)圈的電磁場(chǎng)。從每一能量源的電流的供應(yīng)與來(lái)自另一能量源的交流電流是獨(dú)立的。所述方法還包括在所述感受器中產(chǎn)生渦流，以及在所述感受器中產(chǎn)生熱。

存在與上述各個(gè)方面相關(guān)的所提及的各個(gè)特征的各種改進(jìn)。另外的特征也可結(jié)合在上述各個(gè)方面中。這些改進(jìn)和另外的特征可單獨(dú)存在或以任何組合存在。例如，與任一示出的實(shí)施例相關(guān)的下述各個(gè)特征可以單獨(dú)地或以任意組合的方式結(jié)合至任何上述的方面。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的感應(yīng)加熱器系統(tǒng)的剖視圖；

圖2是圖1的感應(yīng)加熱器系統(tǒng)的單個(gè)可控制加熱區(qū)域的放大視圖；

圖3是示出溫度場(chǎng)的圖1的感應(yīng)加熱器系統(tǒng)的部分剖視圖；

圖4是示出磁通量密度的2D等值線(xiàn)圖的圖1的感應(yīng)加熱器系統(tǒng)的部分剖視圖；

圖5A是示出感應(yīng)功率密度的2D等值線(xiàn)圖的圖1的感應(yīng)加熱器系統(tǒng)的部分剖視圖；

圖5B是示出感應(yīng)電流密度的2D等值線(xiàn)圖的圖1的感應(yīng)加熱器系統(tǒng)的部分剖視圖。

在附圖的若干個(gè)視圖中相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件。

具體實(shí)施方式

這里所描述的實(shí)施例總體涉及用于粒狀多晶體硅(多晶硅)生產(chǎn)的流化床反應(yīng)器的感應(yīng)加熱的系統(tǒng)和方法。使用流化床反應(yīng)器(FBR)的多晶硅的生產(chǎn)過(guò)程包括將硅烷在反應(yīng)器內(nèi)分解成硅和氫，然后硅在硅種子顆?；蛄疃嗑Ч枭线M(jìn)行化學(xué)氣相沉積。所述硅還可以通過(guò)其它反應(yīng)途徑沉積到硅種子顆粒上。

為了增加多晶硅的生產(chǎn)速率，在升高的壓力下操作具有直徑增加的反應(yīng)器壁的較大的流化床反應(yīng)器。這些流化床反應(yīng)器可以在相對(duì)較高的壓力下操作，所述相對(duì)較高的壓力在1巴以上、高達(dá)10巴或者甚至高達(dá)20巴。這些已知為高壓流化床反應(yīng)器(HP-FBR)。對(duì)于給定尺寸的高壓流化床反應(yīng)器，生產(chǎn)速率可隨著操作壓力而線(xiàn)性增加。但是，這些高壓流化床反應(yīng)器需要另外的能量以用于保持在該增加的生產(chǎn)速率期間的例如在420℃和650℃之間的較高溫度。例如，具有20-55英寸之間的直徑和3-20巴之間的操作壓力的高壓流化床反應(yīng)器需要約50-150KW/m²的熱通量。

因此，所施加的熱必須被控制為保持在反應(yīng)器壁內(nèi)的精確溫度場(chǎng)，以防止反應(yīng)器壁內(nèi)的使反應(yīng)器的壽命周期降低的熱點(diǎn)。如這里所公開(kāi)的，反應(yīng)器壁的加熱使用多區(qū)域感應(yīng)加熱系統(tǒng)來(lái)控制，所述多區(qū)域感應(yīng)加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)為用于沿反應(yīng)器壁的長(zhǎng)度的精確溫度控制。

一種用于多晶體硅生產(chǎn)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)使用在高壓下操作的流化床反應(yīng)器，所述高壓流化床反應(yīng)器具有高效感應(yīng)加熱器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)總體以10標(biāo)記并且在圖1中示出。所述系統(tǒng)10包括圍繞高壓流化床反應(yīng)器(反應(yīng)器)30和感應(yīng)加熱器系統(tǒng)70的封殼20，所述感應(yīng)加熱器系統(tǒng)70具有感受器72、絕緣體80以及感應(yīng)單元100。在一些實(shí)施例中，所述流化床反應(yīng)器30是低壓反應(yīng)器并且在0和1巴之間的大氣壓力下或接近該大氣壓力下操作。

流化床反應(yīng)器30包括由反應(yīng)器壁40包圍的反應(yīng)腔室32，所述反應(yīng)器壁40具有內(nèi)表面42和外表面44。所述反應(yīng)腔室32限定底部34、頂部36和從中延伸通過(guò)的縱向軸線(xiàn)“LA”。所述反應(yīng)器腔室32容納有粒狀多晶硅的流化床，其用于來(lái)自熱分解硅烷的硅的化學(xué)氣相沉積。

所述反應(yīng)器壁40可由石墨制成，或由提供用于有效操作的較高導(dǎo)熱性的其它合適材料制成，并且沿著內(nèi)表面42具有非污染涂層或材料，例如硅、碳化硅、或類(lèi)似的非污染材料，以防止在反應(yīng)腔室32中的極純硅的污染。

在一些實(shí)施例中，所述反應(yīng)器壁40可具有約20英寸或更大尺寸的相對(duì)較大的直徑。在另一些實(shí)施例中，反應(yīng)器壁40的直徑可以在40和60英寸之間，或者高達(dá)150英寸。

分配器50跨反應(yīng)腔室32的底部34延伸以限定下部反應(yīng)腔室邊界。所述分配器50具有與一個(gè)或多個(gè)氣源連接的多個(gè)開(kāi)口52，所述氣源可包含硅烷。所述開(kāi)口52沿反應(yīng)腔室32的底部34提供并且分布(一種或多種)進(jìn)入氣體。分配器50具有抽取管54以用于從所述反應(yīng)腔室32移除過(guò)程產(chǎn)物或多晶硅。

蓋部60封閉反應(yīng)腔室32的頂部36以限定上部反應(yīng)腔室邊界。所述蓋部60包括允許廢氣從所述反應(yīng)腔室32排出的出口62。所述蓋部60或反應(yīng)器壁40可包括用于向反應(yīng)腔室32供應(yīng)原材料或未處理材料例如粒狀多晶硅的入口(未示出)。

向外側(cè)間隔開(kāi)的感受器90圍繞反應(yīng)器壁40的外表面44，所述感受器與感應(yīng)單元100一起工作以產(chǎn)生熱和向反應(yīng)器壁40供應(yīng)熱。感應(yīng)單元100將反應(yīng)腔室32內(nèi)的溫度保持在420℃和650℃之間、450℃以上、450℃和500℃之間、或600℃和650℃之間。另外參照?qǐng)D2，感應(yīng)單元100被分成加熱區(qū)域102和子區(qū)域104。每一子區(qū)域104包括精確位于與反應(yīng)腔室32的縱向軸線(xiàn)對(duì)齊的位置處的多個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈110。加熱區(qū)域102可被分別控制以提供軸向溫度曲線(xiàn)的控制。加熱區(qū)域102允許系統(tǒng)10在反應(yīng)腔室32內(nèi)具有不同溫度曲線(xiàn)的情況下操作。在一些實(shí)施例中，反應(yīng)腔室32的下部或底部部分被維持在450℃和500℃之間，而反應(yīng)腔室的上部或頂部部分被維持在600℃和650℃之間。

如在圖1中示出的，該實(shí)施例的感應(yīng)單元100具有八個(gè)區(qū)域102。每一加熱區(qū)域102的高度相等。在一些實(shí)施例中，區(qū)域的數(shù)量和每一區(qū)域的高度可根據(jù)它被使用的工藝要求而變化。例如，一些實(shí)施例可包括具有不同高度的更多或更少的區(qū)域。在另一些實(shí)施例中，感應(yīng)單元100可具有一至二十個(gè)區(qū)域。

如在圖2中示出的，每一可控制的加熱區(qū)域102被分成與獨(dú)立的電流或能量源108連接的子區(qū)域104。每一子區(qū)域104包括多個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈110。在該實(shí)施例中，每一加熱區(qū)域102被分成具有三個(gè)線(xiàn)圈110的兩個(gè)子區(qū)域104。每一子區(qū)域104的線(xiàn)圈110與同一獨(dú)立能量源108連接。在另一些實(shí)施例中，可以使用更多或更少的(包括一個(gè))子區(qū)域104、能量源108和感應(yīng)線(xiàn)圈110。在這些實(shí)施例中，單個(gè)區(qū)域102的子區(qū)域104可被連接到相同或不同的能量源108。在另一些實(shí)施例中，每一子區(qū)域104的線(xiàn)圈110可與相同或不同的能量源108連接，從而對(duì)每一子區(qū)域提供相同或不相同的電流。

每一子區(qū)域104具有連接線(xiàn)圈110和能量源108的獨(dú)立的輸入/輸出連接件112?？刂泼恳荒芰吭?08以維持跨子區(qū)域104中被分組在一起的全部感應(yīng)線(xiàn)圈110的相同的電流供應(yīng)。

所述感應(yīng)線(xiàn)圈110載有來(lái)自能量源108的交流電流。這些交流電流產(chǎn)生電磁場(chǎng)，所述電磁場(chǎng)在感受器90中而不是在反應(yīng)器壁40中產(chǎn)生用于加熱反應(yīng)腔室32的渦電流。在一些實(shí)施例中，所述電流可以為DC或斬波DC電流(例如，在處于1-20KHz或2-4KHz范圍內(nèi)的頻率下)。感應(yīng)線(xiàn)圈110沿感應(yīng)單元100和感受器72的長(zhǎng)度均勻分布以形成沿感受器的縱向長(zhǎng)度的均勻電磁場(chǎng)，以用于反應(yīng)腔室32的均勻加熱。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)線(xiàn)圈110不是均勻分布的。在這些實(shí)施例中，感應(yīng)單元100沿其長(zhǎng)度的一部分可具有更高密度(較多)的感應(yīng)線(xiàn)圈100，并且沿其長(zhǎng)度的另一部分具有更低密度(較少)的感應(yīng)線(xiàn)圈。

使用高壓流化床反應(yīng)器的工藝過(guò)程需要在約50到約150KW/m²范圍內(nèi)的熱通量。為了實(shí)現(xiàn)這些熱通量，交流電流的范圍從約100到約800安培，線(xiàn)圈電流密度的范圍從約1e⁵到約1e⁸A/m²。在一些實(shí)施例中，交流電流的范圍從約1000到約3500安培。這些高電流密度在感應(yīng)線(xiàn)圈內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱并且因此必須被主動(dòng)地冷卻。如這里所公開(kāi)的，感應(yīng)線(xiàn)圈110的溫度通過(guò)使冷卻去離子水循環(huán)通過(guò)在感應(yīng)線(xiàn)圈中的通道114而調(diào)節(jié)。在另一些實(shí)施例中，可使用用于冷卻感應(yīng)線(xiàn)圈110的其它合適的方法。

感受器72是包圍反應(yīng)器壁40的圓筒形管。如上面描述的，均勻電磁場(chǎng)在感受器72中產(chǎn)生電流或渦電流72，所述感受器通過(guò)電阻或焦耳加熱來(lái)產(chǎn)生熱，以通過(guò)輻射和對(duì)流來(lái)加熱反應(yīng)器壁40。從感受器72提供到反應(yīng)器壁40的加熱的主要部分是通過(guò)輻射。感受器72由導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料制成以實(shí)現(xiàn)有效的加熱。感受器72的操作溫度可高達(dá)1800℃以實(shí)現(xiàn)非常高的熱通量。因此，感受器72能夠承受長(zhǎng)時(shí)間的較高的溫度。核能級(jí)石墨對(duì)于感受器72是合適的材料，因?yàn)樗哂休^高的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性。

感受器72和反應(yīng)器壁40彼此間隔開(kāi)以允許感受器和反應(yīng)器壁之間的熱膨脹系數(shù)的不同。該空間還可阻止熱量通過(guò)傳導(dǎo)被傳送到反應(yīng)器壁。在一些實(shí)施例中，感受器72與反應(yīng)器壁40間隔開(kāi)0.03125英寸至2英寸?？臻g的減小會(huì)增加熱傳遞的效率，增加的空間允許所容許的公差的增加并且導(dǎo)致制造和安裝的便利性。

進(jìn)入反應(yīng)器壁40或反應(yīng)腔室32內(nèi)的磁場(chǎng)在反應(yīng)器壁中產(chǎn)生渦電流，所述渦電流在反應(yīng)器壁中產(chǎn)生焦耳加熱。這可導(dǎo)致反應(yīng)器壁40的不均勻加熱、熱點(diǎn)，其減少了反應(yīng)器壁的壽命周期。因此，感受器72阻止或屏蔽了磁場(chǎng)以避免在反應(yīng)器壁40中產(chǎn)生渦電流。感受器72的厚度決定了感受器屏蔽磁場(chǎng)的能力并且阻止其進(jìn)入反應(yīng)器壁40。

在反應(yīng)器30中產(chǎn)生的超過(guò)95％的熱在感受器72內(nèi)部產(chǎn)生，其與感受器的厚度成比例。但是，增加感受器72的厚度也增加了在所需要的高熱通量下的跨感受器72的溫度梯度，這引起較高的熱應(yīng)力。因此，感受器72的厚度可被優(yōu)化，以用于在感受器中產(chǎn)生較高比例的熱而同時(shí)降低了熱應(yīng)力。感受器72的優(yōu)化厚度取決于穿過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈110的電流的頻率。在約500和約2000Hz之間的低頻率電流將需要較厚的感受器72，而在約2000和約10000Hz之間的高頻率電流將需要較薄的感受器。

在一些實(shí)施例中，感受器72具有高達(dá)6英寸的厚度。在另一些實(shí)施例中，系統(tǒng)10不具有感受器。在該實(shí)施例中，熱量在反應(yīng)器壁32中感應(yīng)產(chǎn)生。在另一實(shí)施例中，可使用分區(qū)段的感受器和反應(yīng)器壁以減少由于陡峭的軸向溫度梯度所導(dǎo)致的熱應(yīng)力。

所述絕緣體80位于感受器72和感應(yīng)單元100之間，以阻止從感受器到周?chē)h(huán)境的熱損失并且改進(jìn)系統(tǒng)10的效率。絕緣體80與感受器72以及反應(yīng)器壁40間隔開(kāi)以允許它們之間熱膨脹系數(shù)的不同。絕緣體80由不導(dǎo)電材料制成以防止在絕緣體內(nèi)產(chǎn)生大量的渦電流，所述渦電流將導(dǎo)致熱的產(chǎn)生。

通過(guò)絕緣體80的熱損失與絕緣體的厚度成反比例。但是，增加絕緣體80的厚度會(huì)由于增加感應(yīng)線(xiàn)圈110和感受器72之間的空間而減少了它們之間的耦合。因此，增加絕緣體的厚度減少了系統(tǒng)10的效率。因此，優(yōu)化絕緣體80的厚度以在提供感應(yīng)線(xiàn)圈110和感受器80之間的有效耦合的同時(shí)使通過(guò)絕緣體的熱損失最小化。在一些實(shí)施例中，絕緣體80具有在0.5英寸和8.0英寸之間的厚度。

封殼20配置成容納在高壓操作中使用的壓力并且屏蔽雜散磁場(chǎng)。封殼20由導(dǎo)電材料制成。常用的金屬合金，例如碳鋼和奧氏體不銹鋼是用于封殼20的合適的材料。圍繞感應(yīng)線(xiàn)圈110的磁場(chǎng)可在封殼20中產(chǎn)生由弱到強(qiáng)的渦電流，其導(dǎo)致在封殼中熱的產(chǎn)生。因此，封殼20可通過(guò)被冷卻套殼26圍繞而從外部被冷卻。也可使用冷卻容器的另外的常見(jiàn)方法，例如半管(half pipes)。

封殼20與感應(yīng)線(xiàn)圈110間隔開(kāi)。封殼20和感應(yīng)線(xiàn)圈110之間的空間被保持在中性氣氛中。該中性氣氛通過(guò)供應(yīng)惰性氣體例如氮?dú)饣驓鍤獾剿鱿到y(tǒng)10中而被保持。感應(yīng)線(xiàn)圈110和封殼20之間的空間大于感應(yīng)線(xiàn)圈110和感受器72之間的空間，以提供比感應(yīng)線(xiàn)圈和封殼20之間的耦合更大的、在感應(yīng)線(xiàn)圈110和感受器72之間的耦合，這增加了系統(tǒng)10的效率。在一些實(shí)施例中，封殼20的直徑是線(xiàn)圈110的直徑的1.25到4.0倍。

在利用系統(tǒng)10生產(chǎn)多晶硅的方法中，來(lái)自每一能量源108的交流電流被供應(yīng)到至少一個(gè)區(qū)域102或子區(qū)域104的線(xiàn)圈110，以產(chǎn)生圍繞線(xiàn)圈的電磁場(chǎng)。該電磁場(chǎng)在傳導(dǎo)感受器72中產(chǎn)生渦電流，其在所述感受器中產(chǎn)生熱。所產(chǎn)生的熱取決于通過(guò)線(xiàn)圈110的電流。

從每一能量源108的交流電流的供應(yīng)獨(dú)立于從另一能量源的交流電流。因此，每一區(qū)域102被獨(dú)立地控制。供應(yīng)到其中一個(gè)區(qū)域102或子區(qū)域104的線(xiàn)圈110的交流電流可被調(diào)節(jié)以使所供應(yīng)的交流電流增大或減小，而同時(shí)保持向其它區(qū)域或子區(qū)域的線(xiàn)圈供應(yīng)的交流電流恒定。因此，由于通過(guò)每一區(qū)域或子區(qū)域的不同電流，可以具有均勻的線(xiàn)圈布置的不同區(qū)域或子區(qū)域可產(chǎn)生不同數(shù)量的熱。

本發(fā)明的系統(tǒng)不限于從硅烷生產(chǎn)多晶硅。系統(tǒng)10還可用于從三氯甲硅烷(SiHCl³)生產(chǎn)多晶硅。另外，系統(tǒng)10還適用于多晶硅的脫氫作用。脫氫作用過(guò)程涉及加熱粒狀多晶硅的流化床到約1000℃和約1300℃之間，以從粒狀多晶硅內(nèi)去除不想要的氫。脫氫操作通常在相對(duì)較低的壓力下執(zhí)行。盡管熱通量要求與多晶硅生產(chǎn)過(guò)程類(lèi)似，但是由于較高的反應(yīng)器溫度，在脫氫作用期間反應(yīng)器壁40和感受器72的溫度可高很多。

下面討論使用典型參數(shù)對(duì)具有大直徑高壓流化床反應(yīng)器的系統(tǒng)10的多個(gè)模擬過(guò)程。模擬的代表性結(jié)果在圖3-5中示出。

圖3示出了使用上面討論的感應(yīng)式的感應(yīng)單元100加熱的高壓流化床反應(yīng)器30的一個(gè)區(qū)段內(nèi)的溫度場(chǎng)。所述結(jié)果使用耦合的電磁和熱的數(shù)字模擬生成。所示出的溫度場(chǎng)是無(wú)量綱化的，其使用標(biāo)稱(chēng)溫度。

示出了在約50KW/m²和約150KW/m²之間的熱通量以保持在反應(yīng)腔室32內(nèi)的希望的溫度。系統(tǒng)10具有65％-90％的較高的效率。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)10具有80％-90％的效率。能量效率被定義為：供給到所述工藝過(guò)程的能量除以由感應(yīng)線(xiàn)圈110所消耗的能量。能量效率排除了能量源的效率。

圖4、5A和5B示出了在系統(tǒng)10的一般操作期間在高壓流化床反應(yīng)器30內(nèi)的磁通量密度、所感應(yīng)的功率密度和所感應(yīng)的電流密度的等值線(xiàn)圖。如圖所示出的，感受器72和金屬封殼20有效地屏蔽了磁通量以避免磁通量進(jìn)入到感應(yīng)器壁30內(nèi)并且避免磁通量離開(kāi)金屬封殼20。因此，系統(tǒng)10被示出為在保證工藝過(guò)程安全的同時(shí)正確地工作。

另外，所述圖示出了在反應(yīng)器壁30內(nèi)的最小感應(yīng)電流。因此，大多數(shù)感應(yīng)功率在感受器72內(nèi)產(chǎn)生。如所示出的，多于97％的熱在感受器內(nèi)產(chǎn)生。

圖4是在高壓流化床反應(yīng)器30內(nèi)的磁通量密度的2維等值線(xiàn)圖。所述值是無(wú)量綱的，其使用磁通量密度的標(biāo)稱(chēng)值。

圖5A是反應(yīng)器壁30、感受器72和絕緣體80內(nèi)的所感應(yīng)的功率密度的2維等值線(xiàn)圖，并且圖5B是反應(yīng)器壁30、感受器72和絕緣體80內(nèi)的所感應(yīng)的電流密度的2維等值線(xiàn)圖。所述值是無(wú)量綱的，其分別使用感應(yīng)功率密度和感應(yīng)電流密度的標(biāo)稱(chēng)值。

使用符合本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供了高壓流化床反應(yīng)器的有效加熱。另外，有最少的磁通量進(jìn)入反應(yīng)器壁40內(nèi)和金屬封殼20的外部。另外，在高壓流化床反應(yīng)器30的操作期間，所述裝置能夠以在約80％到約90％之間的非常高的效率產(chǎn)生高達(dá)約150KW/m²的熱通量。系統(tǒng)10具有每平方米反應(yīng)腔室橫截面積100kg/hr以上的多晶硅產(chǎn)量。在一些實(shí)施例中，對(duì)于多晶硅生產(chǎn)，系統(tǒng)10具有每平方米反應(yīng)腔室橫截面積約4000kg/hr的產(chǎn)能。

當(dāng)介紹本發(fā)明或其實(shí)施例的元件時(shí)，術(shù)語(yǔ)“一”、“一個(gè)”、“該”、“所述”旨在表示存在一個(gè)或一個(gè)以上的元件。術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”、“具有”旨在是包括性的并且表示除了列出的元件還可以有另外的元件。表示特定取向的術(shù)語(yǔ)(例如，“頂部”、“底部”、“側(cè)面”等)的使用是為了描述的方便，并且不要求所描述的物體的任何特定的取向。

由于在以上結(jié)構(gòu)和方法中可以做出各種改變而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍，以上描述中包含的和在附圖中所示出的所有內(nèi)容應(yīng)當(dāng)被理解為闡釋性的，而沒(méi)有限制性的意義。