本发明专利技术涉及一种电极，其包括保持器区段、具有容纳所述保持器区段的切口的基部区段和任选地至少一个布置在所述基部区段和所述保持器区段之间的中间区段，其中相邻的区段具有相对界面，所述界面至少部分地彼此机械接触并形成共用接触区域，其特征在于，为了减小接触区域，所述界面中的至少一个具有至少一个凹陷和/或凸起。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于沉积多晶硅的电极
本专利技术涉及一种电极，其具有保持器区段、具有容纳保持器区段的切口的基部区段、以及布置在基部区段和保持器区段之间的任选存在的至少一个中间区段，其中相邻区段具有相对界面，所述界面至少部分地彼此机械接触，从而形成至少一个共用接触区域。
技术介绍
电极，特别是石墨电极，是工业过程中的重要组成部分，所述工业过程例如是铝和钢的生产、盐熔体的电解、化学化合物的电解分解、热沉积反应和弧焊)。热沉积反应领域的一个重要应用是通过西门子工艺(Siemensprocess)生产多晶硅(多晶体硅)。这包括通过直接通电在由硅制成的钟形反应器长丝棒(细棒)中加热和引入含有含硅组分和氢的反应气体。含硅组分通常是甲硅烷或一般组成为SiHnX4-n(n＝0、1、2、3；X＝Cl、Br、I)的卤代硅烷。它典型地是氯硅烷或氯硅烷混合物，通常是三氯硅烷。典型的西门子反应器的构造描述于例如US2009/0136408A1中。反应器底部(floor)通常设置有多个电极保持器，其中电极保持器以电绝缘的方式穿过反应器底部，并且以增厚的端部(电极保持器的顶部)突出至反应器中。用于电极保持器的穿通件(feedthrough)通常用密封元件密封。电极保持器的顶部通常具有切口，电极可正向装配至该切口中。电极保持器通常由导电的材料制成，例如由金属制成。电极通常可容纳长丝棒并将其保持在适当位置。电极通常由高纯度石墨制成。高纯度石墨具有<50ppm的冷灰化残余物。两个长丝棒通常通过桥(由与长丝棒相同的材料制成)连接以形成对(长丝棒对)，所述对通过电极保持器和电极形成电路。用于加热长丝棒的电能通过布置在反应器底部下方的电极保持器的端部供应。长丝棒的表面温度通常超过1000℃。在这些温度下，含硅组分分解并且元素硅作为多晶硅从气相沉积至棒表面上。这导致细长棒的直径增加。电极通常至少部分封闭。在实现规定直径后，终止沉积并卸下所获得的棒对。在去除桥之后，获得大致圆柱形的多晶硅棒。因此，电极用作长丝棒的固定构件，用于将电流流动和由此产生的热量转移至长丝/多晶硅棒中，且特别是用作用于生长的、越来越重的多晶硅棒的保持器。取决于待沉积的多晶硅棒的目标直径和长度，可实现50至400kg/棒的棒重量。此外，电极将热能从多晶硅棒的下端耗散至大体冷却的电极保持器。因此，电极的形状和材料的选择至关重要。通常使用石墨作为电极材料，因为石墨能以非常高的纯度生产，并且在高于1200℃的温度下也是化学惰性的。此外，石墨具有5至50μΩ*m范围内的非常低的比电阻。具有常规形状的石墨电极描述于例如US6,639,192B2中。它由具有圆锥形尖端的圆柱形主体组成。尖端含有用于容纳和接触长丝棒的孔。电极由石墨形成为一件，并且所用的石墨类型通常具有>145W/m*K的高比热导率。缺点是这种电极由于其圆柱形状和高比热导率而在低棒直径下展现出高热耗散。为了不利于在沉积开始时细多晶硅棒的翻倾(fallingover)，电极应当具有非常低的热耗散。这需要具有低比热导率的电极材料和/或具有小直径的电极。相比之下，为了不利于在沉积即将结束时粗多晶硅棒的翻倾，电极原则上应当具有非常高的热导率(即由具有非常高的比热导率的材料制成)和/或大直径。这使得更容易耗散产生大棒直径所需的能量。电极进一步要求机械稳定性，即要求取决于棒重量的最小直径，以适应高棒重量。通常，细棒可理解为意指小于石墨电极的直径1.5倍的棒直径，并且粗棒可理解为意指超过石墨电极的直径1.5倍的棒直径。US9,150,420B2中所述的不仅包括圆锥形尖端而且还包括围绕所述尖端的边缘的碳电极构成了改进。已发现，这种电极展现出改善的热耗散和电流密度相对于棒厚度的分布。然而，面对对提供非常大的棒直径的更高性能的沉积工艺的需要以及对非常低的(如果有的话)翻倾率的需要，该电极也达到其极限。US8,366,892B2描述了由两种组分制成的石墨电极。所述电极由基部元件和插入件组成，其中插入件装配至基部元件中，并且这两个部件由不同的石墨类型制成。插入件的石墨类型具有比基部元件的石墨类型更低的比热导率。这满足了在沉积开始时对非常低的热导率的需要以及在沉积即将结束时对非常高的热导率的需要。然而，问题在于对于石墨，可实现的最小比热导率为约30W/m*K。原则上不能实现尤其是在沉积开始时针对进一步工艺优化所期望的甚至更低的热导率。可减小电极的直径，但这会带来上述问题并延长(advancing)沉积时间。因此，本专利技术的目的是提供不发生或至少显著减少所述问题的电极。
技术实现思路
该目的是通过一种电极来实现的，该电极具有保持器区段、具有容纳保持器区段的切口的基部区段以及布置在基部区段和保持器区段之间的任选存在的至少一个中间区段，其中相邻区段具有相对界面，所述界面至少部分地彼此机械接触，从而形成至少一个共用接触区域。为了减小接触区域，界面中的一个具有至少一个凹陷和/或凸起。因此，接触区域是各区段之间的机械接触区域，并确保热导率和电导率。如果电极仅包括例如基部区段和保持器区段，则接触区域由基部区段和保持器区段的相对界面形成。与保持器区段相对的基部区段的界面可对应于切口的表面。如果电极还包括例如中间区段，则接触区域既由基部区段和中间区段的相对界面形成，也由中间区段和保持器区段的相对界面形成。接触区域的减小降低了从保持器区段至基部区段的热耗散。因此，保持器区段的热导率原则上可降低至小于石墨的最小比热导率(约30W/m*K)。还发现，由于至少一个界面处的凹陷/凸起，电极的稳定性和结构完整性得以维持。当通过凹陷和/或凸起减小的接触区域是在没有凹陷和/或凸起存在的情况下所产生的接触区域的10％至90％、优选30％至90％、特别优选60％至90％时，是优选的。当所述区段一个装配在另一个内部并且特别地具有同轴配置，即具有共同的旋转轴线时，是优选的。然而，原则上可根据期望选择区段的几何形状，优选圆柱形配置(不考虑任何凹陷和/或凸起)。然而，所述区段不一定必需都具有相同的几何形状。关于电极的可能几何形状，还可特别参考US9,150,420B2。用于容纳保持器区段的切口优选为圆柱形并且可以是例如孔。任何中间区段优选同样具有切口，优选孔，用于容纳又一中间区段或用于容纳保持器区段。切口的几何形状原则上同样可自由选择并且可彼此不同。当电极是由基部区段和保持器区段制成的2区段电极或者进一步包括中间区段的3区段电极时，是优选的。当至少或仅仅保持器区段的界面具有至少一个凹陷和/或凸起，是进一步优选的。所述区段优选由碳制成，特别优选由石墨制成，特别是由高纯度或最高纯度的石墨制成。高纯度石墨具有<50ppm的冷灰化残余物。最高纯度的石墨具有<10ppm的冷灰化残余物。保持器区段还可由碳纤维增强碳(CFC)制成。出于纯度的原因，优选最高纯度的石墨。当至少两个区段其比热导率不同时，是优选的，其中优选地，保持器区段具有最低的比热导率并且基部区段具本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.电极(10)，其包括保持器区段(12)、具有容纳所述保持器区段(12)的切口(16)的基部区段(14)和布置在所述基部区段(14)和所述保持器区段(12)之间的任选存在的至少一个中间区段(18)，其中相邻的区段具有相对界面，所述界面至少部分地彼此机械接触并因此形成接触区域(K、K1、K2)，其特征在于，为了减小接触区域(K、K1、K2)，所述界面中的至少一个具有至少一个凹陷(20、21、22、23、24)和/或凸起。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.电极(10)，其包括保持器区段(12)、具有容纳所述保持器区段(12)的切口(16)的基部区段(14)和布置在所述基部区段(14)和所述保持器区段(12)之间的任选存在的至少一个中间区段(18)，其中相邻的区段具有相对界面，所述界面至少部分地彼此机械接触并因此形成接触区域(K、K1、K2)，其特征在于，为了减小接触区域(K、K1、K2)，所述界面中的至少一个具有至少一个凹陷(20、21、22、23、24)和/或凸起。
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，至少或仅所述保持器区段(12)的所述界面具有至少一个凹陷(20)和/或凸起。
3.根据权利要求1或2所述的电极，其特征在于，所述保持器区段具有用于容纳长丝棒的凹部(30)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述凹陷(20、21、22、23、24、25)和/或凸起是点状和/或线性的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述区段(12、14、18)由石墨制成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述区段(12、14、18)中的至少两个其比热导率不同。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述保持器区段(12)具有最低的比热导率，并且所述基部区段(14)具有最高的比热导率。
8.根据前述权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：海因茨·克劳斯，彼得·菲拉尔，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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