ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗОПОТЕНЦИАЛОВ ПРИМЕСЕЙ ХЛОРИДОВ КРЕМНИЯ ПРИ ПРОЦЕССЕ ВОДОРОДНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

RESEARCH OF ISOPOTENTIALS OF SILICON CHLORIDE ALLOYS UNDER THE PROCESS OF HYDROGEN REDUCTION

Bekmoldo Chotonov

candidate of physical and mathematical sciences, senior researcher of NAS KR, “Energy Resources and Geoecology” Institute,

Kyrgyzstan, Jalal-Abad

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследований изопотенциалов примесей хлорида кремния при водородном восстановлении в температурном интервале от 1473 К до 1573 К с применением метода “экстенсивное состояние параметров”.

ABSTRACT

In the article research results of isopotentials of silicon chloride alloys under hydrogen reduction in the temperature range from 1473 K to 1573 K using the method of "an extensive state of parameters" are presented.

Ключевые слова: хлорид кремния, примеси, изопотенциал, поликремний

Keywords: silicon chloride; alloys; isopotential; polysilicone

Существуют две основные области применения высокочистого кремния: солнечная энергетика (кремний менее высокой чистоты) и электроника (более высокой чистоты). В последние годы в условиях дефицита поликремния на рынке производители отрасли солнечной энергетики и электроники развернули борьбу за этот материал. Это, в свою очередь, предопределяет актуальность инвестиций в данную отрасль. [1]

Качество веществ, подготовленных на основе микроэлектронных и нано технологических изделий, зависит от качества поли- и монокристаллического кремния [3]. Поэтому, повышение качества поли и монокристаллического кремния является мировой проблемой дня. Исходя из этого, проводимые исследования над повышением качества поликристаллического кремния не утратили актуальности. Над этой мировой проблемой работает научный институт “Энергоресурсов и геоэкологии” НАН КР с применением метода “экстенсивное состояние параметров”. Объектом исследования является  завод “Таш-Кумыр Солар”. Продукция заводом производится с помощью следующих  двух современных технологий:

1. Метод ректификации хлоридов примесей;
2. Метод водородного восстановления атомов кристалла кремния.

Наше исследование посвящено второму методу, т.е. водородному восстановлению атомов кристалла кремния, так как качество поликристаллического кремния, в свою очередь, определяется, главным образом, качеством трихлорсилана (ТХС), поступающего на водородное восстановление.

В настоящее время наиболее распространен метод производства поликремния с использованием процесса и реактора Сименс (Siemens). Технология производства продукции завода “Таш-Кумыр Солар” основана на этом методе. 

В этом процессе нагретые до высокой температуры поликремниевые стержни-затравки помещаются в Сименс-реактор, имеющий охлаждаемый куполообразный корпус. В реактор подается газообразный ТХС. При прохождении через реактор ТХС разлагается на поверхности нагретых стержней-затравок с образованием поликремния. Когда стержни достигают нужного размера, они извлекаются из реактора и затем могут подвергаться дроблению.

Современная технология поликристаллического кремния основана на процессе водородного восстановления трихлорсилана, восстановления тетрахлорида кремния цинком и пиролиза моносилана [2]. Большую часть кремния (около 80%) получают путем водородного восстановления трихлорсилана (ТХС). Достоинства этого процесса - легкость и экономичность получения ТХС, эффективность очистки ТХС, высокое извлечение и большая скорость осаждения кремния (извлечение кремния при использовании тетрахлорида кремния составляет 15%, а при использовании ТХС - не менее 30%), меньшая себестоимость продукции.

Наши исследования посвящены термодинамическим расчетам в температурном интервале 1473 К-1573 К с применением нового метода “экстенсивное состояние параметров” для определения изопотенциалов примесей в каждом шаге выбранного нами температурного интервала.

Изопотенциал - это одна из основных функций термодинамики, когда давление системы одинаково. Эта функция в термодинамической системе определяет направление процессов. А также на основании значений энергетических состояний может определить участвует примесь в реакции или нет. Во многих случаях протекание реакций системы зависит от энергетического уровня примесей.

Для проведения исследований мы с помощью спектрального анализа определили состав хлоридов кремния. В составе определены следующие примеси в виде хлоридов: AlCl₃, FeCl_3, MnCl₂, PbCl₂, SnCl₂, CrCl₂, NiCl₂, TiCl₄, CuCl₃, BCl₃, PCl₃, SbCl₃, ZnCl₂.

В процессе водородного восстановления трихлорсилана происходят следующие реакции с хлоридами примесей [4]:

С применением метода “экстенсивное состояние параметров” мы с помощью физико-математических расчетов определили изменение изопотенциалов в температурном интервале от 1473 К до 1573 К.

Для характеристики изопотенциала системы использована формула:

 ,

где - Энергия Гиббса,  - энтальпия системы,  - энтропия системы, Т-температура, С_р - теплоемкость системы при постоянном давлении.

Результаты расчетов показаны на следующей диаграмме:

Диаграмма 1. Изопотенциалы примесей в процессе водородного восстановления трихлорсилана

Из диаграммы можно сделать следующие выводы:

- из результатов исследований определено, что для всех примесей значения изопотенциалов положительные;

- изопотенциалы примесей во всем интервале температур убывающие;

- убывание изопотенциалов для всех примесей начинается с температуры 1473 К, поэтому оптимальной температурой водородного восстановления трихлорсилана является именно эта температура.

Список литературы:

1. База знаний "Allbest" / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://knowledge.allbest.ru/physics (дата обращения: 13.01.2017)
2. Чотонов Б.Б. Поликремнийди өндүрүү процессиндеги аралашмалардын экстенсивдүү абал параметрлерин изилдөө жана анык оптимумун аныктоо: учеб.для вузов – Жалал-Абад, 2016. – С.5-250.
3. Чотонов Б.Б. Влияние примеси ферумма на качество поликристаллического кремния при ректификации // International scientific review. – Boston, USA. 2016. – С.14-16.
4. 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.