Курсовая работа: Химико-технологические системы производств кремния высокой чистоты

H2SiF6 = SiF4 + 2HF.

Далее процесс получения моносилана протекает по реакции:

SiF4 + NaAlH4 = SiH4 + NaAlF4.

Моносилан подвергается комплексной очистке, включающей конденсацию, ректификацию. В данной схеме использован вариант гомогенного разложения очищенного моносилана с получением гранулированного кремния.

???.2 ?????????????? ????? ???????????? ???????????????????? ????????????????? ??????? ????????? ??????????

Особенности процесса термического разложения силана

Силан начинает разлагаться на кремний и водород при ~ 653К. температурная зависимость степени разложения силана приведена на рис. из которго видно, что в интервале 653-723К разложение силана незначительно. В промежутке между 723 и 773К степень разложения растет и уже при 773К достигает ~75%. В дальнейшем с ростом температуры степень разложения снова постепенно увеличивается и при 973К достигает ~100%.

Начальной стадией процесса является гомогенная реакция с образованием силана:

SiH4 ®SiH2 + H2

Далее на активном участке (*) поверхности кремниевой подложки происходит адсорбция силана:

SiH2 +(*) ®SiH2 (адс)

После чего образуется вторая связь Si-Si (кристаллизация кремния) и происходит десорбция водорода:

SiH2 (адс) ®Siтв+ H2 + (*)

При этом образуется активный участок (*) поверхности и процесс осаждения по приведенному механизму возобновляется.

Энергия активации, как полагают, состоит из ряда слагаемых: - газофазная реакция

SiH4 ®SiH2 + H2, DН = 217,88 кДж/моль

- адсорбция SiH2 на поверхности кремния

SiH2(г) +(*) ® SiH2(адс), Н = - 215,79 кДж/моль

- образование второй связи

Si-Si, H=-215,79 кДж/моль

- десорбция 2Н из связей Si-H

H=2Hx кДж/моль

Экспериментальная Н=146,65кДж/моль

Отсюда следует энергия активации для десорбции водорода, Нх = 180,17кДж/моль, что находится в хорошем соответствии с экспериментальными значениями (167,6-192,7 кДж/моль).

Анализ температурной зависимости скорости осаждения кремния из силана показывает, что при высоких температурах (1273К) скорость роста кремния определяется процессом переноса силана к поверхности, при более низких температурах (~ 773-1123К) - скоростью химической реакции.

Экспериментальная зависимость скорости осаждения кремния от температуры, полученная для одного из типов промышленных реакторов, показана на рис. . Снижение скорости осаждения кремния с ростом температуры связано с увеличением числа гомогенных реакций и образованием порошка полисиланов. Таким образом процесс образования полисиланов играет существенную роль в кристаллизации стержней, и его следует учитывать при разработке программ осаждения и конструкции реакторов.

Расход силана в течении процесса меняют по специальной программе, которая учитывает повышение температуры в объеме ректора с ростом диаметра стержней и увеличения поверхности осаждения. Наряду с обеспечением приемлемой скорости осаждения кремния задача программного расхода силана состоит в том, чтобы избежать образование порошка полисиланов в объеме реактора. Одна из программ приведена на рис. .

Для уменьшения вероятности образования порошка полисиланов предлагается наряду с силаном в реактор подавать галогенсиланы (SiH3Cl, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4) в количестве 0,1-20,0%.

Однако такой технологический прием требует весьма высокой чистоты галогенсиланов, которая не должна уступать чистоте силана.

Аппаратурное оформление процесса разложения силана

Термическое разложение силана осуществляют, как правило, при избыточном давлении в металлических водоохлаждаемых реакторах. Конструкция реакторов в целом близка к используемой для производства кремниевых стержней водородным восстановлением хлорсиланов, хотя и имеет ряд отличительных элементов. Например, в одном из реакторов подача силана в реакционный объем производится снизу, а вывод абгазов сверху реактора. Верхняя крышка реактора имеет коническую форму и съемная.

Главное достоинство этой конструкции – то, что уменьшает вероятность попадания порошка полисиланов в растущие кремниевые стержни.