等离子体还原SiCl_4一步法制备多晶硅实验研究

等离子体技术在多晶硅还原炉的应用

等离子体技术在多晶硅还原炉的应用李磊1,童烘辉2,蒲学森1,陈林1,钱峰1(1.深圳东方锅炉控制有限公司;2.核工业西南物理研究院,四川成都610041)摘要:针对内蒙多晶硅项目,在等离子体发生器对还原炉内部进行加热的条件下,对炉内温度场进行了试验测试,同时采用FLUENT软件对其进行了数值模拟。

理论和计算的综合结果表明,等离子体加热技术在多晶硅还原炉中有着良好的加热应用效果。

与同类型加热设备卤素灯相比,等离子发生器不仅加热效率高且运行成本相对较低,具有良好的应用前景。

关键词:多晶硅;等离子体发生器;等离子体加热中图分类号:TK229.1 文献标志码:B 文章编号:1009-3230(2010)07-0001-07 Plas m a Technology Applications i n Polysilicon Reduci ng FurnaceLI Lei1,TONG H ong hui2,PU Xue sen1,C H EN L i n1,Q IAN Feng1(1.Shenzhen Eastern Boiler Control Co.,L t d;2.South w estern Instit ute of Physics Nuc lear Industry,Chengdu610041,China)Abst ract:Th i s paper is for polysilicon pro ject i n I nner M ongo lia.On t h e condition that p las m a generator heat i n ner of reduc i n g fur nace,w e test i n ter nal te m perat u re field of reducing fur nace,wh ile usi n g FLUENT si m u lating i.t Theory and calc u lation o f the conso li d ated results sho w that t h e p las m a heati n g techno logy i n reduci n g fur nace has a good effect of heat application.And co m pared to the sa m e type of heati n g equ i p m en,t ha l o gen la m ps,plas m a generato r is no t on ly high effic iency i n heati n g and operati n g costs are re latively lo w,w it h good prospects.K ey w ords:Po l y silicon;Plas m a generator;P las m a heati n g0 前言等离子体加热技术应用于多晶硅提炼中是近年来发展起来的一种新技术。

SiCl4／H2为气源低温沉积多晶硅薄膜光电特性的研究

第２卷
第４
Ｖｏｌ２，｜ＮＯ．４Ｄｅｃ．２ＯＯ８
２ＯＯ８年ｌ２月
ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＣＬＩＡＴＩ）（Ｎ
文章编号：６３９８（０８Ｏ一４７Ｏｌ７ — ９１２０）４Ｏ３一４
钨灯作为光源，卤钨灯由变压器提供２直流电ＯＶ
压，光通过窗口垂直入射到样品上，由控温仪设置样
底温度３０℃，体总流量保持４ｍ。ｍｉ，中０气８ｃ／ｎ其
品温度．ｅｔｌｙ公司生产的型号为６７的可编程Ｋｉｅｈ１静电计可提供ＯＯＶ的电压输出，能测量相应～５Ｏ并
电极，电极间的狭缝为１ｍｍ×１Ｏｍｍ．验装置如实图１示．用伏安法测量样品的电导率，光照条所采无件下测量暗电导率．测量光电导率时采用３０ｗ卤０
１实验方法
采用频率１．６ＭＨｚ的ＰＣＤ方法制备多３５ＥＶ晶硅薄膜，制备工艺如下：反应室压强８ａ玻璃衬ＯＰ，
４８３
材
料
研
究
与
应
用
的电流大小．
在光照条件下，隔２℃测量样品的光电导，每一
２实验结果与分析
２１多晶硅薄膜的光、，暗电导率及晶化率和光敏性
的关系
直测到ｌＯ℃．５薄膜的光电导、电导和激活能的测暗

如何提炼硅

如何提炼硅&多晶硅生产工艺纯净的硅(Si)是从自然界中的石英矿石(主要成分二氧化硅)中提取出来的,分几步反应:1.二氧化硅和炭粉在高温条件下反应,生成粗硅:SiO2+2C==Si(粗)+2CO2.粗硅和氯气在高温条件下反应生成氯化硅:Si(粗)+2Cl2==SiCl43.氯化硅和氢气在高温条件下反应得到纯净硅:SiCl4+2H2==Si(纯)+4HCl以上是硅的工业制法,在实验室中可以用以下方法制得较纯的硅:1.将细砂粉(SiO2)和镁粉混合加热,制得粗硅:SiO2+2Mg==2MgO+Si(粗)2.这些粗硅中往往含有镁,氧化镁和硅化镁,这些杂质可以用盐酸除去:Mg+2HCl==MgCl2+H2MgO+2HCl==MgCl2+H2OMg2Si+4HCl==2MgCl2+SiH43.过滤,滤渣即为纯硅（一）国内外多晶硅生产的主要工艺技术1，改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢（或外购氯化氢），氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。

国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。

2，硅烷法——硅烷热分解法硅烷（SiH4）是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。

然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。

以前只有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产。

但美国Asimi和SGS 公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。

3，流化床法以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内（沸腾床）高温高压下生成三氯氢硅，将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅，继而生成硅烷气。

制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。

因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。

高纯硅等离子体冶炼新方法

1900 Sd.3000 1565 450 -69 2227
1860 57.6
Si 化学制备方法是利用 SiCl4 相变提纯，再分解还原成硅 SiCl4 冷热水分解、乙醇分解 K.保恩豪弗尔查明，氢原子同磷、硫、砷、锑反应，生成这些元素的挥发性氢化物。 /BdwlkjNews.asp?i3 1540 44.2 1410 4490 2015 >2200 1610 1975 3220
沸点/℃ 4000 2520 2860 277 3260 2980 2230
4400
Nd2O3 钕 BN Fe2O3 B2O3 SiCl4 铪
7.24 2.25 5.24 2.46 1.483 13.31
1685 298 .15
( 0 .0269 T 13 .8044 ) dT =56.14kJ/mol
液态焓值（按 1500℃（1773.15K）计算）： △H=27.196(1773.15-1685)=2.4kJ/mol 相变焓： △H=50.55 kJ/mol 总焓：△H 总=56.14+2.4+50.55=109.09kJ/mol 六、电源功率选择坩埚尺寸：Ф60，h150 2 3 坩埚容积：V=∏×3 ×15=423.9cm 3 Si 质量密度： ρ=2.329g/cm ， mol 质量：28 坩埚质量容量： m=423.9×2.329=987.3g 坩埚 mol 容量： M=987.3/28=35.3mol 按 1500℃计算所需总热量： △Q=35.3mol×109.09kJ/mol=3850.9kJ 电源功率选择：△Q=ηPt，加热效率取：η=60%；加热到 1500℃所用时间假定需要： t=10min P=3850.9/60%×600=10.7kW 因此，选择电源功率为 20kW 应该是有余量的。七、问题： Fe 如何弃除。Fe 的熔点：1534℃。部分物质的密度熔点及沸点名称密度/gcm-3 B硼 2.466 Al 2.698 Fe 7.873 P磷 1.820 Si 2.329 C 2.266 Al2O3 3.97 AlN 3.26 SiO2 2.65 ZnO 5.606 TiO ThO2 钍 9.86

多晶硅冷氢化过程模拟研究

多晶硅冷氢化过程模拟研究
王绪根;李梦丽;徐壮;郭俊恒;高素芳
【期刊名称】《石河子大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2021(39)6
【摘要】随着新能源和信息工业的快速发展,多晶硅生产的重要性日益凸显,我国企业主要采用改良西门子法生产多晶硅,并将四氯化硅(SiCl_(4)/STC)转换为三氯氢硅(SiHCl_(3)/TCS),STC冷氢化过程是其中重要一环,但对其研究还不够,STC冷氢化在氯化亚铜催化剂作用下于400~600℃下进行,较高的反应温度需要考虑热力学平衡,因此,本文主要运用Aspen Plus化工模拟软件对多晶硅生产过程中STC冷氢化过程的热力学和动力学反应过程进行模拟计算,系统分析反应过程,确定STC冷氢化反应4个独立反应和总反应,并对反应热随温度的变化进行分析,再计算H_(2)/STC 摩尔比、反应温度、反应压力等条件对产物平衡组成的影响,并给出其适宜条件,最后输入动力学模型参数,对活塞流反应器的换热方式进行研究,结果发现绝热式反应器结构简单、易于控制,更适合STC冷氢化反应过程。

【总页数】7页(P661-667)
【作者】王绪根;李梦丽;徐壮;郭俊恒;高素芳
【作者单位】石河子大学化学化工学院/新疆兵团化工绿色过程重点实验室;天津大学化工学院;石河子大学理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ032
【相关文献】
1.多晶硅定向凝固过程节能优化的数值模拟研究
2.多晶硅冷氢化反应器UNS No 8810厚壁封头焊接工艺研究
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5.国内多晶硅冷氢化技术应用研究
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等离子体制备纳米晶相氮化硅粉体的研究

ＥｇｎｅｉｇＳｕｈＣｉａＮｒａｎｖｒｉ，ｕｎｚｏ１０６Ｃｉａｎｉｅｒ，ｏｔｈｎｏｍｌＵｉｅｓｙＧａｇｈｕ５００，ｈｎ）ｎｔ
ＡｂｔａｔＩｒｅｏｉｒｖｌｓｉｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｍｐｏｅｅａｔｍｏｕｕｆｓｌｏｉｉｅｃｄｌｓｏｉｃｎｎｔｄｍａｅａｎｓｅｇｈａｔｒｓｎｅｉｇｈｄｐｓｔｎｏｈｉｉｒｔｒｌａｄｔｎｔｆｉｔｒｎ，ｔｅｅｏｉｏｆｔｅＳ３ｉｒｅｉＮ４ｎｎｐｗｅｓｏｔｉｅ．Ｔｅｄｓｌｓｓｇｎｒｔｄｉｎｕｔｅｙｃｕｌｄｐａｍａｒａｔｒｂ一ｃｍｐｓｇｏｉ４ａｄＮ２ａａｏｄｒｗａｂａｎｄｈｕｔｐａｍａｗａｅｅａｅｎｉｄｃｉｌｏｐｅｌｓｅｅｏｙ：ｏｏｉｆＳｌｎｙｖｌｅｎａｄｈＳ３ａｏｏｅ．ＡａｙｉｂＦＩｎｔｅｉＮ４ｎｎｐｗｄｒｎｌｓｓｙＴ— Ｒ，ＴＥＭａｄｎＸＲＤｒｖａｅｔｅｈｒｃｅｓｃｆＳ３．ＴｅｅｕｔｎｉａｅｔａｅｅｌｄｈｃａａｔｒｔｏｉｉｉＮ４ｈｒｓｌｉｄｃｔｄｈｔｓ
体技术制备的纳米Ｓ３体材料为球形，ｉ粉Ｎ均匀分布在２ｎ并且具有ＢＳ。０ｍ， — ｉ晶相。Ｎ关键词：埃等离子体；ｉ纳米粉体尘Ｓ；Ｎ

工业四氯化硅四级精馏的研究

工业四氯化硅四级精馏的研究周玲英;相文强【摘要】高纯四氯化硅是热氢化、催化氢化、等离子氢化、光纤生产的原料，其品质要求达到9N。

在改良西门子法生产多晶硅过程中，副产物工业四氯化硅，其中的各项金属杂质，硼磷杂质含量较高，并且含有高聚物，硅粉。

采用常规的精馏法，吸附法，易出现堵塞，采用络合法，易出现络合剂分离不开的问题。

通过采用四级精馏，一级脱重，去除其中的高聚物和大量的金属杂质，二级再脱重，去除金属杂质，回流采出轻组分，侧线采出产品，进入三级脱轻塔，去除其中的三氯氢硅，塔釜依靠压差，进入四级脱重塔，塔顶得到高纯四氯化硅产品。

四级精馏得到的高纯四氯化硅，避免外杂质的引入，易得到9N 产品。

%The high purity silicon tetrachloride is the raw material of thermal hydrogenation, cold hydrogenation, plasma hydrogenation and optical fiber production. In the modified Siemens polysilicon production process, the industrial silicon tetrachloride is one of byproducts, it contains many impurities, such as metal, boron and phosphorus, high-polymer components and silica fume. Conventional distillation method, adsorption method and complexing method cannot better remove these impurities.So four towers were usedto rectify the industrial silicon tetrachloride. The function of the first grade tower was to remove the high-polymer components and most of metallic impurities. The residual metal impurities were removed in the second grade tower, and lighter components were recovered by reflux. The side draw product from the second grade tower was fed into the third grade tower to remove trichlorosilane. The silicon tetrachloride from the thirdgrade tower’s bottoms was fed into the fourth grade towers by pressure. The high-purity silicon tetrachloride product was distilled from the top of the fourth grade tower. By using the four-grade distillation, high-purity silicon tetrachloride product could be easily obtained.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2016(045)003【总页数】3页(P599-601)【关键词】工业四氯化硅;高聚物;堵塞;四级精馏【作者】周玲英;相文强【作者单位】新特能源股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830011;新特能源股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830011【正文语种】中文【中图分类】TQ028随着化石能源挖掘越来越困难，以及二氧化碳排放造成全球变暖加剧，能源短缺问题日渐突出，环保问题成为焦点话题。

多晶硅生产工艺流程

多晶硅生产工艺流程(简介)-------------------------来自于网络收集多晶硅生产工艺流程,多晶硅最主要的工艺包括，三氯氢硅合成、四氯化硅的热氢化（有的采用氯氢化），精馏，还原，尾气回收，还有一些小的主项，制氢、氯化氢合成、废气废液的处理、硅棒的整理等等。

主要反应包括：Si+HCl---SiHCl3+H2（三氯氢硅合成）;SiCl4+H2---SiHCl3+HCl（热氢化）;SiHCl3+H2---SiCl4+HCl+Si （还原）多晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。

改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85％。

但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在美、德、日等7家主要硅料厂商手中。

这些公司的产品占全球多晶硅总产量的90%，它们形成的企业联盟实行技术封锁，严禁技术转让。

短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。

西门子改良法生产工艺如下：这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。

改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。

（1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅，其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑（2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。