Проект цеха по производству мультикремния для солнечных элементов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
обогащенных примесями и газами, кроме того, предотвращает разбрызгивание кремния из расплавленной зоны.
Современные технологические схемы получения поликристаллического кремния включают в себя регенерацию и повторное использование всех компонентов и продуктов реакций восстановления (пиролиза), что улучшает технико-экономические показатели процесса, снижает себестоимость получаемого кремния, делает процесс экологически более чистым.
Рассмотренный процесс осаждения поликристаллического кремния используется также для получения на его основе полукристаллических труб на углеродных оправках. Вследствие высокой чистоты и прочности эти трубы применяются вместо кварцевых в печах высокотемпературных процессов (свыше 1200С) в технологии полупроводниковых и микроэлектронных приборов.
Кремниевые трубы не подвержены просаживанию или другой деформации в течение нескольких лет эксплуатации, несмотря на постоянное температурное циклирование между 900 и 1250С, тогда как кварцевые трубы имеют ограниченный срок службы при тех же процессах.
Потребление поликристаллического кремния электронной промышленностью составляет несколько тысяч тонн в год.
Для получения кремния высокой чистоты полукристаллические стержни подвергают кристаллизационной очистке методом зонной плавки в вакууме. При этом помимо кристаллизационной очистки кремния от нелетучих примесей (преимущественно акцепторов) происходит существенная очистка его от летучих доноров за iет испарения их из расплавленной зоны. Так, после 15 проходов расплавленной зоны со скоростью 3 мм/мин, получают монокристаллы кремния р-типа электропроводности с остаточной концентрацией примеси менее 10-13 см-3 и удельным сопротивлением (по бору) более 104 Ом*см.
1.3.2 Получение поликристаллического кремния карботермическим методом
Метод основан на последовательности операций:
1. Образование карбида кремния (первая стадия) ,
SiO2 + 3С = SiC + 2СО (8)
. Получение кремния (конечная стадия) ,
SiO2 + 2SiC = 3 Si + 2СО (9)
. Дополнительная очистка кремния.
Последовательность операций представлена блок-схемой (рис.10):
Карботермическое восстановление диоксида кремния протекает через стадии образования промежуточных продуктов.
Выделим две основные стадии:
а) образование карбида кремния (первая стадия) ,
SiO2 + ЗС = SiC + 2СО (8)
б) получение кремния (конечная стадия) .
SiO2 + 2SiC = 3 Si + 2СО (9)
Суммарная реакция:
+ 2С = Si + 2СО,Н=689,35 кДж/моль (10)
Рис.10. Блок-схема 2: получение поликристаллического кремния методом карботермии.
Отметим следующие важные обстоятельства. Теоретически из полной энергии, требуемой на проведение эндотермической реакции (10), на первую стадию (8) расходуется большая часть энергии; температура процесса на первой стадии 1700К, на второй более 2200К; скорость реакции (9) значительно выше; две трети газовых выделений в виде СО приходится на первую стадию. Из этого следует, что раздельное проведение этих процессов термодинамически выгодно. Двухстадийный режим дает возможность подобрать для каждой стадии оптимальные условия, что в конечном итоге позволит оптимизировать в целом технологию производства кремния высокой чистоты.
Процесс получения карбида кремния достаточно хорошо изучен. Взаимодействие же кварца и карбида кремния требует уточнения параметров процесса. При температуре 1900К начинается активное взаимодействие кварца с карбидом кремния с образованием газообразного оксида кремния, количество которого резко возрастает с повыѿрисутствует в системе при температуре выше 1950К. Зависимость выхода жидкого кремния от температуры носит экстремальный характер, причем с увеличением х в системе xSiC+SiO2 максимум смещается в область более высоких температур: от 2450К при х=1,4 до 2900 К при х=2,2 [7].
Максимальный выход жидкого кремния 85% достигается при х=1,8. В области более низких температур в составе конденсированных продуктов присутствует карбид кремния, при более высоких температурах только жидкий кремний. Это очень важно, поскольку технологически очень трудно отделить мелкодисперстные частицы карбида кремния от расплава кремния. При температуре выше 2600 К становится заметным количество газообразного кремния, которое быстро увеличивается с повышением температуры, причем концентрация газообразного кремния практически не зависит от состава шихты (значения х).
Т.е. в процессе плавки имеют место потери кремния в виде SiC, SiO и Si. Для снижения потерь в виде SiO необходимо, чтобы температура плавки была выше 2200К. Выделение газообразного кремния уменьшается при температуре процесса ниже 2800 К. Потери карбида кремния уменьшаются, если плавка проводится при температуре, соответствующей максимальной равновесной концентрации Si для каждого состава шихты. Из соображений обеспечения оптимальной эксплуатации печи желательно, чтобы температура плавки при давлении 0,1 МПа не превышала 2500К. Затраты энергии (Н) на получение 1 кг жидкого кремния минимальны при температурах, соответствующих его максимальному выходу, 2600-2800 градусов.
Наименьшая удельная энергия 5,61 кВт*ч/кг отмечается для состава шихты х = 1,8 при температуре 2700 К.
На примере системы (Si02 + 1,6 % SiC) исследовано влияние на процесс восстановления общего давления в интервале 0,001-0,1 МПа.
Установлено, что темп