多晶硅CVD反應(yīng)器的計(jì)算傳遞學(xué).pdf

1、本文旨在開發(fā)低能耗的新型多晶硅CVD反應(yīng)器,并采用計(jì)算流體力學(xué)的方法研究反應(yīng)器的動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞及化學(xué)反應(yīng)過程,以指導(dǎo)反應(yīng)器的優(yōu)化與設(shè)計(jì),進(jìn)一步降低反應(yīng)器的還原電耗。
　　本文第二部分首先介紹了現(xiàn)有多晶硅CVD反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及操作流程,分析了現(xiàn)有反應(yīng)器的硅棒的排布方式,討論了現(xiàn)有反應(yīng)器的進(jìn)氣和出氣方式,列舉了現(xiàn)有一些反應(yīng)器的底盤冷卻結(jié)構(gòu)。
　　本文第三部分采用多表面輻射傳熱模型(S2S)研究了多晶硅CVD反應(yīng)器的輻射傳熱過

2、程,計(jì)算結(jié)果表明反應(yīng)器從12對棒放大到18對棒和27對棒,反應(yīng)器的輻射能耗分別降低7.8％和20.8%;將多晶硅的沉積速率從5μmmin-1提高到20μmmin-1,反應(yīng)器的輻射能耗可降低75%;將反應(yīng)器壁面的溫度從373K提高到773K,反應(yīng)器的輻射能耗可降低9.6%;將反應(yīng)器內(nèi)壁面的發(fā)射率從0.2降低到0.1,反應(yīng)器的輻射能耗可降低的61.6%;另外通過比較了兩種不同的硅棒排布的反應(yīng)器輻射能耗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)圓周排布反應(yīng)器的硅棒與反應(yīng)器壁

3、面之間的輻射功率更低,硅棒與硅棒之間的輻射功率更高,這表明了在圓周排布反應(yīng)器的硅棒排布更加密。
　　本文第四部分在傳統(tǒng)多晶硅CVD反應(yīng)器基礎(chǔ)上提出了一種新型反應(yīng)器,并根據(jù)工業(yè)尾氣組分推導(dǎo)反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)方程式,耦合這一反應(yīng)模型,建立了描述反應(yīng)器內(nèi)動(dòng)量、熱量、質(zhì)量同時(shí)傳遞及化學(xué)反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用該模型分析了兩反應(yīng)器的性能。模擬結(jié)果表明:首先新型反應(yīng)器內(nèi)混合氣的流場更加均勻,基本上為“平推式流動(dòng)”,解決了傳統(tǒng)反應(yīng)器原料氣走短路問題;其

4、次新型反應(yīng)器解決了傳統(tǒng)反應(yīng)器頂部區(qū)域溫度過高的問題,避免了硅粉的生成,長期保持反應(yīng)器內(nèi)壁面的光潔度,從而降低了反應(yīng)器的輻射能耗;第三,新型反應(yīng)器內(nèi)三氯氫硅在徑向和軸向方向上都存在著較大的濃度差,這種濃度差可能造成多晶硅棒的直徑不同,但是與上述兩點(diǎn)相比,這種濃度分布不均勻?qū)Χ嗑Ч璋糁睆降挠绊懯强梢越邮艿?最后與傳統(tǒng)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的還原電耗相比,新型反應(yīng)器的還原電耗至少可降低10%以上。
　　本文第五部分提出了一種新型多晶硅CVD反應(yīng)器的