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区熔硅碳棒的制备工艺

2024-03-13 17:37:21     点击:

       区熔硅碳棒制备难度非常大,要求原生多晶硅产品基磷电阻率大于5 000 iZ,基硼电阻率大于15 000SZcm,仅此两项性能指标就是非常大的挑战,具体参数见表1。除此之外,区熔用多晶硅要求以棒状形式供下游使用,从CVD反应器中取出的硅碳棒,要进行切割一辊磨一抛光一刻槽一磨锥一清洗一干燥后方能使用,经过处理后的硅碳棒要保证硅碳棒的椭圆度及同轴度小于1mm,而整个机加工过程中周转频次较多,对硅碳棒的强度和致密度要求非常高,更为严格的考验是区熔硅碳棒在下游单晶拉制时为定向高频区熔加热,若致密度不够则硅碳棒就直接断裂并无法使用。

       硅烷CVD法硅烷法根据所用物料的不同可以分为5种工艺路线,分别是日本小松硅镁合金法,美国UCC氢化铿还原三氯氢硅法和氯硅烷歧化法,美国MEMO四氟化硅还原法,俄罗斯烷氧基硅烷歧化法。由于硅镁合金法、四氟化硅还原法及烷氧基硅烷歧化法制备工艺复杂,制备过程中副产物较多,循环副产物较多,原料提纯难度大,最终生产成本较高,难以实现大规模化生产,目前主流以氯硅烷歧化法为代表。

       硅烷CVD工艺制备区熔用多晶硅技术路线主要采用工业硅粉与氯化氢合成氯硅烷,氯硅烷经过分离提纯后分别得到SiC14 ,SiHC13及SiH=CI=。以SiC14 ,H=和工业硅粉为原料,在3.2 MPa和500℃的流化床反应器内再生成SiHC13,再将SiHC13通入装有催化剂的歧化反应器内制备SiH=CI= ,SiH, Cl,再进一步通过歧化反应生成SiH、气体。硅烷制备过程中的反应方程式如下:

    Si+2H=+ 3SiC14 4SiHC13(1)

    2SiHC13SiH=C1=+ SiC14(2)

    3SiH=CI=SiH4+2SiHC13(3)

       上述反应均是可逆反应,并伴随着一些副反应,产物比较复杂。每一个反应都可能含有SiC14 , SiHC13 , SiH=CI= ,SiHa,只是在不同的条件下含量有所不同。制备的硅烷气体经过提纯后与氢气按照一定比例导入CVD炉内进行化学反应,反应腔体内的温度为800-900 ℃,硅烷在高温下进行热分解反应(SiH4Si+2H=,反应分解出的硅晶体颗粒在发热的硅芯载体表面不断沉积,反应后的气体主要为硅烷与氢气,再进入后续系统进行冷凝压缩收集,不凝气体经过活性炭吸附后分离出高纯氢气,如此往复循环实现闭路循环(具体工艺路线见图1)。http://www.zbqunqiang.cn/

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