Высокоэффективные реакторы с флюидизированным покрытием для непрерывного производства кремния высокой чистоты

Мировой спрос на высокочистый поликремний, основой фотоэлектрической и полупроводниковой промышленности, требует высокоэффективных, менее энергоемких методик производства.В то время как традиционный серийный процесс Siemens остается широко распространенным, индустрия стремительно переходит кТехнология непрерывного реактора с жидкостным покрытием (FBR). Системы FBR используют термическое разложение газа силана (SiH4) или трихлоросилана (SiHCl3) над флюидизированным слоем частиц семян,Снижение энергопотребления до 80% и обеспечение непрерывной, автоматизированной производственной парадигмы.

Производство гранулированного поликремния в ФБР основывается на гетерогенном термическом пиролизе газа моносилана (SiH4).

В активном реакторе силановый газ смешивается с носителем газа (обычно водородом) и впрыскивается в дно реакторной камеры.Поток газа проходит вверх через слой высокочистых частиц кремниевых семянПо мере достижения температуры зоны реакции (600-700 C), силановый газ распадается, откладывая чистый элементарный кремний непосредственно на поверхности суспендированных семян.

Это непрерывное отложение приводит к увеличению размера гранул, пока они не достигнут целевого веса,в какой момент они преодолевают скорость текучести и опускаются на дно сосуда для непрерывного сбора урожая.

Основной движущей силой внедрения технологии FBR для высокочистого кремния является ее термодинамическая эффективность и непрерывный эксплуатационный профиль, в отличие от традиционного процесса Siemens.

Для поддержания непрерывной работы конструкция ФБР должна идеально сбалансировать скорость газа с распределением массы частиц.

Скорость газа должна точно сохраняться между минимальной скоростью флюидизации (umf) и конечной скоростью (ut) гранулированного слоя.

1. Удар по лицу:Происходит, когда скорость газа плохо распределена, в результате чего газовые пузыри обходят частицы семян, что останавливает эффективное химическое отложение паров (CVD).

2. Обучение:Происходит, когда скорость газа превышает ut, случайно выдувая ценные мелкие частицы семян из верхнего выхлопного газа, прежде чем они вырастут.

Кремний полупроводникового класса требует чистоты 99,999999999% (11N чистоты).и никель в кремниевой матрице, разрушая его электронные свойства.

Для достижения нулевого уровня загрязнения:

• Линеры:Реакционная зона заключена во внутренний корпус высокой чистотыКварц (SiO2)или сверхплотныйСиликоновый карбид (SiC).

• Газовые шторы:В кольцевом пространстве между внутренней оболочкой и внешней оболочкой сосуда под давлением содержится инертный или чистый водородный газ, защищающий процесс от металлического контакта.

Непрерывная работа создает уникальные механические и физические проблемы, которые требуют профилактических инженерных стратегий:

• Осаждение стен (аморфная кора):Силан может преждевременно разлагаться на горячих стенках реактора, а не на частицах семян.Специализированные охлаждающие жилеты поддерживают внешние стены реактора чуть ниже критического порога реакции, сохраняя ядро постели нагретым с помощью локализованных микроволновых или инфракрасных нагревателей.

• Поколение штрафов:Однородное нуклеационное образование может привести к разложению силана непосредственно в газовой фазе, образуя сверхтонкую кремниевую пыль, а не гранулированные покрытия.Минимизация свободного пространства газа под зоной жидкости постели контролирует это явление.

• Непрерывное посев:Чтобы сбалансировать непрерывный сбор тяжелых бисеров с самого дна,автоматический микрокормильщик в верхней части непрерывно впрыскивает в систему небольшие частицы кремниевых семян без снижения внутреннего давления.

Вопрос: Почему гранулированный кремний из FBR предпочтительнее для извлечения солнечных кристаллов?

Ответ: Граникулярный кремний легко протекает, как жидкость, что делает его идеальным для непрерывного процесса роста кристаллов Цзохральски (CCZ).Это позволяет тигров постоянно наполняться сырьем без охлаждения печи, резко увеличивая производственную мощность.

Вопрос: Что является основной причиной непланированного простоя в системе FBR?

Ответ: Основной причиной является засорение ноздри из-за преждевременного термического разложения силана в точках введения.Современные конструкции используют водяные или маслоохлажденные впрыски для охлаждения силанового газа до того момента, когда он соприкасается с нагретым жидкостным слоем.

Вопрос: Может ли технология FBR достичь чистоты 11N (полупроводниковый класс)?

Ответ: Да. Исторически FBR боролся с загрязнением мелкой пыли и выщелачиванием линий, ограничивая его солнечными сортами (9N).с современными ультрачистыми газами для флюидизации и передовыми линерами карбида кремния, системы FBR могут успешно достичь 11N полупроводниковой спецификации.

Непрерывные реакторы с жидкостным покрытием представляют собой смену парадигмы в производстве высокочистого кремния.Системы ФБР снижают потребности в энергии для производства до части прежнего уровня, обеспечивая при этом высокий спрос на гранулированную продукциюПоскольку наука о материалах решает старые препятствия загрязнения, архитектура FBR готова доминировать в глобальной электронике и цепочках поставок возобновляемой энергии.