三氯氢硅和氢气系统的气相沉积三维模拟

建立了氢气和三氯氢硅系统的多晶硅气相沉积反应模型,通过Chemkin4.0耦合气相反应、表面反应机理,利用流体力学软件Fluent 6.3.26数值求解.根据模拟结果绘制了进气温度、进气组成、沉积表面温度以及反应压力与硅沉积速率的关系曲线,阐述了这些条件对于硅沉积速率的影响,同时把模拟结果与文献中的实验数据和计算结果进行对比.结果表明,硅沉积速率随反应温度和反应压力的提高而提高,随进气温度的提高而提高,当氢气摩尔组成低于0.8时,与氢气物质的量组成成正比,氢气物质的量组成大于0.8时,与氢气摩尔组成成反比.     

多晶硅化学气相沉积反应的三维数值模拟

建立了多晶硅化学气相沉积反应的三维模型,同时考虑质量、能量和动量传递,利用CFD软件对炉内的流动、传热和化学反应过程进行了数值模拟,并分析了硅沉积速率、SiHC13转化率、硅产率以及单位能耗随H2摩尔分数的变化规律.结果表明:计算结果与文献数据吻合较好;随着硅棒高度的增加,硅沉积速率不断增大;最佳的进气H2摩尔分数范围为0.8 ～0.85.     

流态化多晶硅化学气相沉积过程的数值模拟

利用基于欧拉-欧拉两相流模型,建立硅烷热分解的均相和非均相反应模型,模拟了二维流态化的多晶硅化学气相沉积过程,以及硅烷、硅烯和硅沉积速率在反应器中的分布规律.模拟结果表明多晶硅的沉积主要发生在流化床中的密相区及气泡的周围,浓度相对较小的硅烯非均相反应对多晶硅沉积的贡献约为硅烷的10;.分析了硅烷入口浓度和反应温度对硅沉积速率及转化率的影响,模拟的硅沉积速率与文献中的实验数据做了比较.     

硅烷热解多晶硅气相沉积反应模型分析与验证

在综述现有硅烷热解反应机理的基础上,针对Ho等人提出的气相和表面反应机理,采用二维边界层反应模型和CHEMKIN软件,对水平单基片CVD反应器进行模拟分析,计算结果与文献报道的实验数据拟合良好;通过改变硅烷进气浓度和进气温度,分析沉积速率的变化和各表面反应的贡献率,得到硅微粉再沉积过程随浓度和温度的变化规律;使用上述机理模型,计算了硅烷流化床对应的操作温度和硅烷浓度条件下的沉积速率,与文献报道测量结果比较,误差在合理范围,表明该机理适用于硅烷流化床化学气相沉积过程的CFD耦合模拟.     

西门子CVD还原炉辐射换热数值模拟

本文考虑包括热辐射在内的质量传递、动量传递、能量传递三维模型,利用流体力学计算软件,对12对棒西门子多晶硅CVD还原炉硅沉积过程的传热情况进行数值模拟.应用传热模型计算了实际还原过程的总能耗,并与实际生产运行测量值进行比较,相对误差为7.1;,表明传热模型准确可靠.基于DO离散坐标辐射模型,详细分析了硅棒与反应器壁间的辐射换热情况,探讨了硅棒生长过程中内、外环硅棒辐射能的变化趋势以及不同器壁发射率对还原炉内辐射能的影响.结果表明:辐射换热是硅沉积过程最主要的热量传递形式;外环硅棒的辐射能远大于内环硅棒的辐射能,并且外环硅棒的辐射能随硅棒直径的增大而增大;硅棒辐射能随着反应器壁材料发射率的增大而增大,并采用典型工况数据,计算了不同反应器壁材料发射率条件下的产品单位质量理论能耗.     

三氯氢硅和氢气系统中多晶硅化学气相沉积的数值模拟

本文建立了三氯氢硅和氢气系统中混合气体动量、热量和质量同时传递,并且耦合气相反应、表面反应的多晶硅气相沉积模型,利用流体力学计算软件(Computational Fluid Mechanics, CFD)Fluent6.2数值分析了气体进口速率、反应压力、表面温度和气体组成对硅化学气相沉积特性的影响,数值结果表明计算结果与相关实验数据吻合较好.分析表明在一定的条件下,硅沉积速率随温度、压力的升高而增加,在氢气浓度较高的情况下,硅沉积速率随氢气浓度增加而线性地降低.     

西门子反应器中硅棒热电行为数值模拟与分析

改良西门子法制备多晶硅过程中,化学气相沉积所需能量全部由电流加热硅棒提供.本文考虑多晶硅还原炉中辐射和对流热量传递形式,耦合频率控制的焦耳电加热方程,建立了12对棒多晶硅还原炉热场-电磁场耦合模型,并通过工业数据验证了其模拟结果的合理性.分析了硅棒半径、交流电频率以及反应器壁发射率对西门子还原炉内、外硅棒内部温度及电流密度分布的影响.结果表明:当硅棒半径增长到所用交流电频率引起的趋肤深度时,交流电趋肤效应开始显著影响硅棒内部温度梯度;交流电频率的增大,硅棒内部温度梯度逐渐减小;反应器壁发射率增加,低频时硅棒内部温差增大,而高频时发射率对硅棒内部温度分布影响不再显著.     

西门子CVD还原炉内硅棒生长环境的数值模拟

考虑包括热辐射在内的质量传递、动量传递、热量传递三维模型,利用流体力学计算软件,对18对棒西门子多晶硅CVD还原炉实际情况进行数值模拟.考察了两种进气方式下还原炉内的流场和温度场分布.计算结果表明,为了实现硅棒均匀沉积,与底盘上分散进气、中心集中出气的还原炉结构相比,中心集中进气、中环与外环之间分散出气的流场及温度场分布更为合理.后者可能有效避免气体在进出口间的“短路”现象,又使炉内各处温度分布更为均匀,减小硅棒不均匀生长现象.模拟结果还表明,采用典型工况的数据,还原炉中总能量损失占能量输入的78.9;,辐射热损失占总能量损失的70.9;,产品单位质量能耗为72.8 kWh/·kg-1,与很多其他研究结果及实际相一致.     

钟罩式硅烷反应器内流动与传热的数值模拟

针对硅烷热分解生产多晶硅的过程,建立了基于动量、质量、能量同时传递并耦合硅烷热分解反应的硅烷-氢气化学气相沉积模型,采用计算流体力学方法分析了传统钟罩式硅烷反应器内的流场、温度场和浓度场.针对普通反应器内存在的死区以及沉积速率不均匀的问题,提出了新型的带出气筒的反应器结构,并对结构进行了数值模拟.计算结果表明,与普通钟罩式硅烷反应器相比,新型反应器的流场、温度场以及硅烷浓度分布更加合理,有效减小了反应器内的漩涡,缓解了气体在进出口间的“短路”现象,使硅棒表面的沉积速率更加均匀.     

PECVD法制备不同衬底微晶硅薄膜的研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法分别在玻璃衬底和p型薄膜硅衬底上制备了微晶硅薄膜。使用拉曼谱仪、紫外-可见分光光度计、傅里叶红外光谱仪等对微晶硅薄膜进行检测,重点研究了硅烷浓度、衬底温度对薄膜沉积速率和晶化率的影响。实验结果表明:两种衬底上薄膜的沉积速率均随硅烷浓度的增大、衬底温度的升高而变大。硅烷浓度对两种衬底的薄膜晶化率影响规律相同,即均随其升高而降低;但两种衬底的衬底温度影响规律存在差别:对玻璃衬底而言,温度升高,样品晶化率减小;而p型薄膜硅衬底则在温度升高时,样品晶化率先增大后减小。此外还发现,晶化率与薄膜光学性能及含氧量存在较密切关联。