硅碳棒內部溫度及電流密度分布進行詳細分析
2024-02-22 16:46:54 點擊：
考慮西門子反應器中對流、輻射以及化學反應熱三種熱傳遞形式，建立了硅碳棒的二維軸對稱熱傳遞模型。相比于對流和化學反應熱，輻射是最主要的傳熱方式。基于此模型分析了12對棒西門子反應器中硅碳棒輻射位置和反應器壁發(fā)射率對硅碳棒內部徑向溫度分布以及電流密度分布的影響。結果表明:直流電加熱時，硅碳棒內部徑向方向上形成了明顯的溫度梯度，且外環(huán)硅碳棒內部溫度梯度要大于內環(huán)硅碳棒溫度梯度;降低反應器壁發(fā)射率，外環(huán)硅碳棒溫度梯度減小，電流密度分布更為均勻。
改良西門子法是生產(chǎn)多晶硅的主流技術，其主要核心生產(chǎn)設備是西門子反應器，又稱為西門子CVD還原爐。西門子反應器所需要的能量全部通過電流加熱的方式提供，由于電流加熱會引起硅碳棒內部非均勻的溫度梯度，即硅碳棒中心的溫度遠遠高于表面溫度，而硅碳棒的熔點為1687 K，所以在硅碳棒電加熱過程中應保證硅碳棒中心的溫度低于1687 K，否則硅碳棒會由于熱應力的作用而斷裂。因此，研究西門子反應器中硅碳棒電加熱過程，已成為近幾年國內外西門子多晶硅工程技術研究的重點。
半導體級硅的電阻在低溫時是非常高的，因此需對硅碳棒進行預加熱，然后用直流電DC或交流電AC加熱硅碳棒至反應溫度，使得反應得到的硅沉積在硅碳棒上，理解加熱過程中硅碳棒內部溫度分布，對西門子反應器的控制條件優(yōu)化有著重要意義。目前，關于硅碳棒電加熱過程的究，國內少有報道，探究了硅碳棒直流電加熱時硅碳棒內部溫度分布，得到了硅碳棒中心溫度與硅碳棒半徑的關系。國外相關研究也甚少，研究了硅碳棒加熱過程中硅碳棒內部非均勻溫度分布，建立了硅碳棒的交流電加熱模型，提出利用高頻率交流電產(chǎn)生的集膚效應，來降低硅碳棒中心和表面的溫度差，從而達到增大硅碳棒直徑的目的。對直流電加熱過程中硅碳棒體積生成熱以及內部電流密度變化進行了模擬計算，得到了不同電壓下硅碳棒內部徑向溫度分布以及電流密度分布。但這些研究并未對12對棒西門子反應器硅碳棒電加熱過程中，不同輻射位置以及反應器壁發(fā)射率對硅碳棒內部溫度及電流密度分布進行詳細分析。http://zsrider.com/
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