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        以硅碳棒為沉積基底的分解爐仍占主要地位

          基于硅烷熱分解的總體反應模型,利用Fluent軟件模擬了鐘革式硅烷分解爐內同時發生的傳熱、傳質和熱化學反應過程。模擬結果定量地表述了傳統硅烷分解爐內發生的各個過程,借此探討了分解爐內的氣壓、硅碳棒溫度和硅烷流量等工藝條件對硅烷熱分解沉積硅轉化率及能耗等技術指標的影響。指出硅碳棒溫度為700-800℃,爐內壓力升高至0.3MPa時,有利于提高硅烷分解率,抑制硅粉的產生和降低能耗。
          硅烷法制造多晶硅具有低能耗、清潔、產品純度高等優點,是一種有前途的方法。但硅烷分解沉積多晶硅是傳熱、傳質和化學反應同時發生的復雜過程。硅烷在高溫下會發生均相也會發生異相分解反應,均相分解會干擾多晶硅沉積,限制沉積速率,降低結晶質量,成為該法擴大規模、實現節能必需解決的關鍵問題之一。
          硅烷法制備多晶硅過程的模擬已有多篇文獻報道,然而除了的模擬是基于單硅碳棒分解爐外,其余如模擬均基于流化床反應器。而且,目前尚未見文獻報道有針對傳統分解爐的模擬計算。目前生產實際中以硅碳棒為沉積基底的分解爐仍占主要地位,所以,對傳統分解爐進行模擬,并定量描述分解爐主要工藝指標(壓力、溫度和流量)對硅烷轉化率、單位能耗等技術指標的影響,對節約能耗,降低成本意義重大。
          本文采用計算流體力學(CFD)研究硅烷分解爐內氣體傳熱、傳質和反應過程。依據硅烷分解過程熱力學、動力學基本理論,對照實際經驗,利用標準IC'E湍流模型,DC輻射模型、有限反應速率模型,通過在流動和傳熱領域運用相當廣泛的計算流體力學軟件對爐中硅烷分解過程進行模擬,從而定量地表述傳統分解爐內發生的復雜過程,借以得出各項工藝參數對硅烷分解沉積特性的影響。
          傳統分解爐可簡化為圖1所示模型。其中圖1(a)為爐內傳熱情況示意圖,硅碳棒由硅芯通電發熱,爐壁由水冷卻,氣體由爐底人口通人,爐內氣體高低溫差很大,產生強烈自然對流。硅碳棒表面發出的熱量一部分通過氣體的對流傳到爐壁,另一部分通過輻射傳到水冷爐壁。此外,出口排出的尾氣也帶走一定的熱量。根據氣體分子運動論,氣體的傳熱和傳質實質上是氣體分子碰撞導致的能量和物質的轉移和傳輸過程,形成了動態的不均勻的溫度和濃度分布。氫氣中的硅烷分子就處在特定的溫度和濃度分布狀態下。http://www.reviewszon.com/

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