三维钟罩式多晶硅还原炉 刘鑫.doc

中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:143157
三维钟罩式多晶硅还原炉
沉积特性的数值研究
刘鑫,安莉莎,刘迎文
(西安交通大学能源与动力工程学院,热流科学与工程教育部重点实验室,陕西,西安,710049)
(Tel:029-82668727 E-mail: ywliu76@)
高纯多晶硅材料是太阳能光伏产业的重要原材料,是无法替代的重要战略资源和解决能源危机的重要物质保障。
西门子法生产多晶硅是在一钟罩式还原炉中进行,该过程涉及许多复杂的物理化学现象,由于实际还原炉结构的复杂性及缺乏对化学反应沉积机理的认识,三维多晶硅还原炉CVD过程的数值研究一直是该领域的难点和热点。
本文以12对硅棒还原炉为例,首次详细开展三维还原炉内多物理多化学场的耦合数值研究,讨论了两种进气情况下还原炉内流场、温度场及硅沉积率分布的变化情况,揭示出CVD过程中多晶硅的沉积特性,为工业多晶硅的生产和还原炉反应器的优化设计提供重要的理论指导和数据支撑。

图1多晶硅还原炉结构图
本研究得到中央高校基本科研资金和热流科学与工程教育部重点实验室基金资助
图6 低速进气下,还原炉外环硅沉积速率的分布
图7 高速进气下,还原炉外环硅沉积速率的分布
本文主要结论如下:
低速进气时,在还原炉中上部会形成速度滞止区,化学反应及流动换热较差,硅沉积主要发生在硅棒中下部;而高速进气后,该速度滞止区迅速减小,硅棒附近气流速度和对流换热增加,且反应生成物的交换速度和化学气相沉积速率加快,导致还原炉内的温度较低速的分布更加均匀,同时改善了多晶硅沿硅棒轴向表面沉积的不均匀度。
关键词: 多晶硅;沉积特性;数值模拟