ВЛИЯНИЯ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ НА КАЧЕСТВО ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

INFLUENCE ON THE QUALITY OF NATURAL POLYSILICON

Bekmoldo Chotonov

candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Research Institute, “Energy and geo-ecology”, lead researcher,

Kyrgyzstan, Jalal-Abad

АННОТАЦИЯ

В статье предлагается результаты исследований по влиянию природных условий на качество поликристаллического кремния выпущенный заводом «Таш-Кумыр Солар».

ABSTRACT

In the article the results of research on the effects of environmental conditions on the quality of polysilicon plant released “Tash Kumyr Solar”.

Ключевые слова: полупроводниковые материалы, атмосферное давление, хлорид кремния, температура, ректификация

Keywords: semiconductor materials, atmospheric pressure, silicon tetrachloride, the temperature rectification.

На сегодняшний день среди полупроводниковых материалов основным считается кремний (Si). С помощью развитых технологий достигли очищения технического кремния от 10^-8 до 10^-11. Из таких чистых полупроводниковых материалов можно изготавливать солнечные батареи, диоды, триоды, выпрямители и компьютерные микросхемы. Значит получение высококачественного поли и монокристаллического кремния вызывает интерес мировой общественности.

На пороге III тысячелетия производство и высококачественное очищение полупроводниковых материалов, а также его экспорт обратились в мировую проблему. Поэтому, главным требованием сегодняшнего дня является производство и реализации высококачественного поли и монокристаллического кремния производимого завода «Таш-Кумыр Солар».

Атмосферное давление и природные условия играют важную роль в эффективности очищения хлоридов кремния при производстве высококачественного кремния. В этой области работали великие ученые Г. Тамман и Н.С. Курнакова. Г. Тамман исследовал гетерогенные равновесия конденсированных систем без учета паровых фаз. Курнакова Н.С. исследовала его физико-химическую сторону.

На сегодняшний день исследования в этой области проводит Институт «Энергоресурсов и геоэкологии».

Здесь мы исследовали прямое влияния повышенного давления, температуры и природных условий на качество продукции завода «Таш-Кумыр Солар».

На основе химических методов технический кремний вступает в реакцию с HCl и получается трихлорсилана.

Si+3HCl=H₂+SiHCl₃                                                                                         (1)

Здесь показана эффективность метода ректификации (тарелчатоситчатая колонна) при получении высококачественного трихлорсилана в лабораторных условиях.

В доказательство этому представляем таблицу результатов научных исследований продукции завода «Таш-Кумыр Солар» (табл. 1).

Здесь, если достигнуть качественного очищения хлоридов кремния, то качество полученного поли и монокристаллического кремния будет высоким [1; 2]. Также некоторые природные условие положительно влияют на качество получаемого кремния. К числу этих условий относятся следующие:

Таблица 1.

Количество примесных элементов в составе трихлорсилана

1. высокая чистота воды, применяемая заводом «Таш-Кумыр Солар»;
2. температура воды для охлаждения составляет 6⁰С;
3. качественное очищение O_2, N, Ar.

Значит, исходя из вышеуказанных исследований и природных условий, нет сомнения, что продукция, выпускаемая заводом «Таш-Кумыр Солар», высокого качества. Несмотря на это, для улучшения качества мы проведем углубленное научное исследование.

В методе ректификации самым дешевым простым способам накопление тепла в дефлегматоре считается охлаждение водой. При нормально давлении т. е., 0,1 МПа накопление температуры в дефлегматоре затрудняется из-за низкой температуры кипения хлоридов кремния. В связи с этим, приходится пользоваться охлажденными агрегатами. А это увеличивает расходы на очищение хлоридов кремния. Чтобы выйти из ситуации необходимо проводить ректификацию хлоридов кремния при повышенном давлении. т. е., Р= 0,4 МПа. А так, как температура кипения прямо пропорционально давлению, то с повышением давления повышается температура

PV=νRT (2) ν= m/μ (3) PV = m/μ RT                           (4)

Результат проведенных исследований предоставим в виде таблицы.

Таблица 2.

Величины при Р=0,1 МПа в ректификационном очистке

Таблица 3.

Величины при Р=0,4МПа в ректификационном очистке

Сравнив две таблицы, мы пришли к выводу, что в ректификационном очистке при повышенном давлении (Р=0,4 МПа), происходит следующие изменение:

1. уменьшение расходов воды на 2/3;
2. расходы на охлаждение воды уменьшается в 9,5 раз;
3. с помощью ступенчатых давлений достигаем уменьшение общих расходов завода в 2 раза.

В качестве дополнения к вышеуказанной схеме, предложим следующие изменения для повышения качества продукции в 2 раза. Для очищения хлоридов кремния в схеме 1, установлено 4 колонны. В каждой колонне расположено 18 тарелок. Увеличив, число тарелок в 2 раза и немного уменьшив расстояние между ними, мы достигнем вышеуказанных целей.

Давление охлаждающей воды внутри колонны зависит от своей плотности и высоты (һ) столба. Вследствие малой сжимаемости воды ее плотность на различных глубинах одинакова. Поэтому при вычислении давления плотность воды (ρ) можно считать постоянной и иметь в виду только изменение уровня. Отсюда, чем больше высота столба воды, тем ниже атмосферное давление(Р) [3].

Исходя из этой теории, взяв расстояние между тарелками в колонне һ=0,30 м, тем самым повысив давление можно достигнуть высокого качества продукции.

Для доказательство представим таблицу результатов научных исследований для Таш-Кумырского завода.

Таблица 4.

Характеристика требуемых величин

Исключая природное влияние для завода «Таш-Кумыр Солар», приведем следующие научные предложения:

• чем высота выше над уровнем моря, тем меньше атмосферное давление:

P=ρgһ                                                         (5)

Высота города над уровнем моря равняется от 950 м до 1000 м, плотность воздуха ρ = 9 кг/м³ тогда, из формулы (6) атмосферное давление равняется на Р = 0,09 Мпа.

Такое условие отрицательно влияет на качество продукции, потому что повышение давлении сильно затрудняется. Значит, для положительного результата необходимо, чтобы высота была ниже уровня моря. В таких случаях повышение давления заметно облегчается уменьшая расходы.

Научные результаты можно представит следующим графиком.

Рисунок 1. График зависимости атмосферной давлении от высоты

Выводы

Во-первых, вследствие результатов, взятых из таблицы № 1, а также положительного влияния ряда природных условий можно сказать, что продукция завода высококачественная.

Во-вторых, по таблице № 3, с повышением давления р=0,4 МПа уменьшаются в несколько раз расходы.

В-третьих, имея в виду зависимость давления от высоты, увеличивая количество тарелок в колонне и уменьшая расстояние между ними можно добиться эффективности очищения хлоридов кремния.

Исходя из вышеуказанной теории (Р=һ), положительное влияние природных условий на качество продукции, а также необходимость высоты должно быть равной уровню моря или ниже его, как показано в графике № 1.

Список литературы:

1. Данлеп У. «Введение в физику полупроводников», Издат. Иностранной литературы, Москва-1959.
2. Иоффе А.Ф. «Физика полупроводников». Издательство АНСССР Москва-Ленинград – 1957 С. 3–486.
3. Чотонов Б.Б. Исследование термодинамических процессов очистки кремния и разработка системы контроля его качества: – дис. … канд.физ.-мат. наук: 01.04.10. – Андижан, 2002. – 127 с.