在还原炉中，载体芯是作为加热电阻与电器设备一起组成一个电阻加热系统。常用的载体
芯有两种：一种是钼芯，另一种是硅芯。载体芯是钼芯的，称为钼芯炉；载体芯是硅芯的，称
为硅芯炉。
钼是金属，而硅是半导体，因此它们的电学性质不同，电器设备也有所不同。
（１）硅芯炉的加热电器设备。由于硅是半导体，所以硅芯在常温下的电阻很大，需要高压
6000V 2000V
P2 P3
P1
高压击穿装置
启动 （高压击穿）。一般３对棒还原炉的高压启动电压
为６０００Ｖ，转入中压时电压为７００～９５０Ｖ，电流在
３０Ａ左右。而目前１２对棒还原炉的高压启动电压已超
出１２０００Ｖ。
因此除了要有一套低压电器设备外，还需要增加
一套高压击穿和一套中压装置 。
还原炉启动时用高压击穿。当硅芯被电流击穿，
而且温度也稳定后，再送入低压电。送入低压电后硅
芯就进入了正常生长期，由细变粗，渐渐地变成了硅
棒。随着硅芯变粗，还原炉的加热电源的电压和电流
也随之变化，见表８７。
表８７ 高压启动后硅芯炉的电压和电流变化
硅棒生长时间／ｈ ８ １６ ２４ ３２ ４０ ４８ ５６ ６４ ７２ ８０ ８８ ９６ １０４ １１２ １２０
电压／Ｖ ７５０ ５６０ ４５０ ４１０ ３７０ ３５０ ３３０ ３１０ ２９０ ２７５ ２７０ ２５０ ２３０ ２３０ ２２５
电流／Ａ ３５ ６０ ９０ １１０ １４０ １８０ ２１０ ２３０ ２７０ ３１０ ３３０ ４００ ４２０ ４５０ ４７０
硅棒生长时间／ｈ １２８ １３６ １４４ １５２ １６０ １６８ １７６ １８４ １９２ ２００ ２０８ ２１６ ２２４ ２３２ ２４０
电压／Ｖ ２２０ ２１０ ２００ ２００ ２００ １９５ １９０ １９０ １８０ １８０ １７０ １７０ １６５ １６５ １６０
电流／Ａ ４９０ ５３０ ５７０ ５９０ ６３０ ６８０ ７１０ ７４０ ７７０ ８００ ８１０ ８２０ ８４０ ８５０ ８６０
从表中可以看到，硅棒在不断生长，电功率在不断加大，电流也随之在不断升高，而电压
却渐渐变低，从高压变中压，最后变成低压。
（２）钼芯炉的加热电器设备。由于是金属，常温下的电阻较小，不用高压击穿，所以钼芯
炉的加热电器设备是单独的低压设备，比较简单，其加热系统主要是由电源、钼芯、调压器或
磁放大器及控制系统组成的。钼芯炉在生产过程中，需要电源的电压、电流能够随载体的电阻
变化而变化，并且始终能将载体的表面温度保持在还原反应所需的温度范围内。在由调压器组
成的钼芯炉加热系统中，载体的表面温度的控制是靠人工或微机指令控制系统调节调压器来完
成的 （；在由磁放大器组成的钼芯炉加热系统中，载体的表面温度的控制是靠人工或
微机指令控制系统调节磁放大器来完成的 （
调压器调电流 磁放大器调电流
!)'以上两种电器设备体积很大，而且一台要用数量很大的铜线和硅钢片。近几十年来，可控
硅整流器得到应用，使多晶硅还原炉的电器部分体积和重量大大减小了，而且用铜量少多了。
这给多晶硅还原炉电器的发展开创了一条新路。
可控硅调压器虽好，但要注意，为还原炉供电不宜使用可控硅整流的直流调压器，而一定
要使用可控硅交流调压器。实践证明，直流供电比用一般交流供电耗电更多，特别是当硅棒长
粗后，容易烧断硅棒。其原因是，经该可控硅调压器后送到还原炉里的是直流电。直流电在硅
棒截面的分布较均匀，按理说，硅棒的整个截面的温度分布也应是较均匀的，可实际上并非如
此，而是截面芯部的温度要高于外表。其原因是，四氯化硅和三氯氢硅的氢还原都是吸热反
应，硅棒表面的热量要供给还原反应，因此才造成截面芯部的温度高、表面温度低的现象。硅
棒长粗后，当外表满足还原反应的温度要求时，其芯部温度已经很高，甚至接近硅的熔点，而
使硅棒烧断。
交流电具有集肤效应，电流在硅棒截面的分布不均匀，表面多，芯部少。这样正好适于硅
棒生长的需要，所以使用交流电加热，硅棒不易被烧断。
为还原炉加热可以采用的可控硅交流调压器。经过可控硅调压器调压后送出
的是交流电。交流电与直流电不同，它存在趋肤效应，硅棒截面电流的分布不均匀，芯部的电
流小，表面的电流大。这样一来，正好解决了因还原反应吸热使硅棒表面温度过低的问题，从
而就可以防止硅棒因表面温度过低、芯部过高而被烧断。
三相全波星形联结的可控硅调压器调电流
为具有稳压输出功能的三相交流调压系统，负载可以是 Ｙ形联结，也可以是△形
联结。电压调节输入端１０脚由外接电位器进行手动控制，也可用外加控制电压进行自动控制。
手动控制时，电位器的中心抽头接１０脚，电位器的另两端分别接９脚和８脚；自动控制时，
１０脚为控制电压的正输入端，８脚为控制电压的负输入端。反馈信号取自于主回路输出端两相
间的分压电阻网络。分压电阻的取值应使系统在全压输出时，反馈电压值应≤１０Ｖ。
多晶硅生产上对电器部分的要求是可调、稳定。采用调压器、磁放大器和可控硅整流器等
!)(就可以满足可调要求。反应初期电流比较稳定，后期常出现电流不稳现象。造成不稳定的原因
有电源电压波动、线路接触不良等。在高温下，多晶硅棒温度的微小变化，会使其电阻发生很
大的变化，如电源电压向上波动时，会使炉温上升，使硅棒电阻变小，电流就随之增大。电流
一增大，就会使炉温再升，电阻又变小，电流再增大。这样恶性循环下去，就会使硅棒烧断。
要想硅棒不被烧断并使其不断长粗就必须首先稳定电压，常用的稳定电压方法有以下几种。
（１）用电流互感器取出信号，经整流送至双位毫伏指温计上，用毫伏指温计的上、下限继
电器控制中间继电器，中间继电器再控制一个三相电动机，最后带动调压器升降。
（２）用电流反馈信号，控制可控硅触发脉冲的相位移，调节可控硅的开放角。
为使生产正常进行，还原反应的温度自动控制是非常必要的。根据还原反应的周期和特
性，选定一个时间，使之由反应开始到停炉实现自动控制。
在通常情况下，电器容量与炉产量有很大关系，电器容量越大，炉产量就越高。电流的大
小和硅棒的直径有关，电流越大，硅棒的直径就越粗；电压的高低与硅棒的长短有关，电压越
高，硅棒就越长。
一般采用水冷套冷却的还原炉生产的多晶棒，电流与硅棒直径的关系。
电流与硅棒直径的关系
电流／Ａ ４００ ５００ ６００ ７００ ８００ １０００ １２００
硅棒直径／ｍｍ ３０～３５ ３５～４０ ４０～４５ ４５～５０ ５０～５５ ５５～６０ ＞６０
为了提高产量，还原炉就应该采用大电流大容量的电器设备。目前，我国生产的硅棒直径
大多都超过１００ｍｍ，以后，还要进一步提高还原炉电器设备的容量，从而提高多晶硅的产量。
