還原爐運(yùn)行間隔時(shí)間對(duì)三氯氫硅總進(jìn)料平穩(wěn)性的影響

楊　楠，詹水華

還原爐運(yùn)行間隔時(shí)間對(duì)三氯氫硅總進(jìn)料平穩(wěn)性的影響

楊楠1，詹水華2

（1. 新疆東方希望新能源有限公司，新疆 昌吉 831799； 2. 江蘇雙良新能源裝備有限公司，江蘇 江陰 214444）

根據(jù)單臺(tái)24對(duì)棒還原爐的SiHCl3進(jìn)料曲線，采用Matlab編程，分析了30臺(tái)還原爐的運(yùn)行間隔時(shí)間對(duì)SiHCl3總進(jìn)料量平穩(wěn)性的影響，并計(jì)算出最合理的運(yùn)行間隔時(shí)間為4 h，方法和結(jié)果可作為實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的參考和指導(dǎo)。

多晶硅；還原爐；間隔時(shí)間；三氯氫硅；平穩(wěn)性

三氯氫硅（SiHCl3）在鐘罩式還原爐內(nèi)，與H2在熾熱的硅芯表面（～1 100 ℃）發(fā)生化學(xué)氣相沉積，生成多晶硅。隨著沉積時(shí)間的延長(zhǎng)，硅棒逐漸變粗，直至達(dá)到一定直徑而停爐。每臺(tái)還原爐為間歇操作方式。為維持較高的沉積速率，SiHCl3的進(jìn)料量需隨生長(zhǎng)時(shí)間不斷變化，進(jìn)料曲線具有時(shí)間相關(guān)性。同一類(lèi)型的還原爐，SiHCl3進(jìn)料曲線基本是相同的。對(duì)于配置有多臺(tái)還原爐的多晶硅裝置，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)每臺(tái)還原爐的開(kāi)、停順序做出合理的安排，并確定出各臺(tái)還原爐之間的運(yùn)行間隔時(shí)間，避免SiHCl3的總進(jìn)料量出現(xiàn)較大的起伏波動(dòng)，導(dǎo)致全廠工藝裝置發(fā)生供料不足或漲庫(kù)的問(wèn)題。本文采用Matlab軟件編程，以24對(duì)棒還原爐的SiHCl3進(jìn)料曲線為基礎(chǔ)，在整個(gè)還原爐運(yùn)行周期內(nèi)，對(duì)30臺(tái)還原爐的SiHCl3總進(jìn)料量變化情況進(jìn)行了分析，并得到較合理的運(yùn)行間隔時(shí)間以及不同間隔時(shí)間對(duì)應(yīng)的SiHCl3總進(jìn)料量的波動(dòng)情況。本文的方法和結(jié)果可以為實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行提供參考，也可為多晶硅裝置SiHCl3緩沖罐的總?cè)莘e設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1 單臺(tái)還原爐SiHCl3進(jìn)料曲線

24對(duì)棒還原爐，單臺(tái)SiHCl3進(jìn)料曲線如圖1。

單臺(tái)還原爐的生產(chǎn)周期為120 h，包括100 h的進(jìn)料沉積時(shí)間和20 h的停爐及輔助時(shí)間。整個(gè)周期內(nèi)，SiHCl3的進(jìn)料量呈現(xiàn)較大的變化。在前20 h，SiHCl3的進(jìn)料量從300 kg/h呈直線增加到最大值2850 kg/h，維持40 h左右，開(kāi)始緩慢減小，到100 h后停爐停料。

圖1 24對(duì)棒多晶硅還原爐進(jìn)料曲線

2 計(jì)算與結(jié)果

將單臺(tái)還原爐的進(jìn)料曲線按1小時(shí)取點(diǎn)，作為一個(gè)含120個(gè)元素的數(shù)組。同時(shí)，對(duì)30臺(tái)還原爐進(jìn)行編號(hào)，依次按不同的間隔時(shí)間進(jìn)行開(kāi)爐，計(jì)算并分別做出對(duì)應(yīng)的總進(jìn)料量的變化曲線，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同運(yùn)行間隔時(shí)間SiHCl3總進(jìn)料曲線

從圖2可見(jiàn)：

①當(dāng)間隔時(shí)間為0h（即30臺(tái)還原爐同開(kāi)同停），SiHCl3總進(jìn)料曲線與單臺(tái)進(jìn)料曲線形式一樣。所有還原爐同時(shí)達(dá)到最大和最小進(jìn)料量，SiHCl3供料波動(dòng)最大，最大進(jìn)料量達(dá)到85.5t/h，對(duì)整個(gè)多晶硅工藝裝置的物料平衡非常不利。

②當(dāng)還原爐運(yùn)行間隔時(shí)間從1 h延長(zhǎng)至4 h，進(jìn)料平衡狀況不斷得到改善。并且運(yùn)行間隔時(shí)間為4 h時(shí)進(jìn)料最平穩(wěn)，基本呈水平線趨勢(shì)。整個(gè)周期內(nèi)進(jìn)料量都維持在60.5 t/h左右，波動(dòng)不超過(guò)2.38%。

③當(dāng)還原爐運(yùn)行間隔時(shí)間再增加到5 h和6 h，總進(jìn)料平衡狀況則又變差。

故，對(duì)30臺(tái)還原爐，運(yùn)行間隔時(shí)間為4 h時(shí)，SiHCl3總的進(jìn)料曲線最為平穩(wěn)，對(duì)系統(tǒng)的SiHCl3物料平衡影響最小。

圖3為不同間隔時(shí)間（0～23 h）對(duì)應(yīng)SiHCl3總進(jìn)料曲線波動(dòng)情況。

從圖3可見(jiàn)，當(dāng)間隔時(shí)間為4、7、12、16 h時(shí)為極小值，其中當(dāng)4 h為最小值，表示SiHCl3總進(jìn)料曲線最平穩(wěn)。

為4 h時(shí)就對(duì)應(yīng)著最平穩(wěn)的SiHCl3總進(jìn)料曲線。間隔時(shí)間的長(zhǎng)短，與單爐進(jìn)料曲線形式，以及還原爐臺(tái)數(shù)不同而不同。

圖3　不同間隔時(shí)間SiHCl3總進(jìn)料曲線波動(dòng)情況

3 結(jié)論

還原爐的運(yùn)行間隔時(shí)間對(duì)總進(jìn)料曲線的平穩(wěn)性有重要影響。根據(jù)SiHCl3單爐進(jìn)料曲線，通過(guò)Matlab編程，可以對(duì)多臺(tái)還原爐的的SiHCl3總進(jìn)料量進(jìn)行分析，并計(jì)算出最佳的運(yùn)行間隔時(shí)間，使SiHCl3總進(jìn)料曲線保持平穩(wěn)。對(duì)于30臺(tái)24對(duì)棒的還原爐進(jìn)料曲線，運(yùn)行間隔時(shí)間4 h時(shí)，SiHCl3總進(jìn)料曲線最平穩(wěn)。此方法也可對(duì)不同爐型，不同臺(tái)數(shù)的還原裝置，在周期內(nèi)對(duì)SiHCl3、包括H2和SiCl4等物料流量的波動(dòng)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中及時(shí)做出調(diào)整，對(duì)整個(gè)多晶硅工藝裝置的物料平衡和生產(chǎn)穩(wěn)定性有利。

Influence of the Run Time Interval of Polysilicon CVD Reactor on the Stability of Total TCS Feeding

1,2

（1. Xinjiang East Hope New Energy Co.,Ltd.,Xinjiang ChangJi 831799, China；2. Jiangsu Shuangliang New Energy Equipment Co.,Ltd.,Jiangsu Jiangyin 214444, China）

According to the TCS feeding curve of only one polysilicon CVD reactor, by Matlab programming, influence of the run time interval of 30 polysilicon CVD reactors on the stability of total TCS feeding was analyzed, and it's calculated that 4 h is reasonable time interval. The method and result can be applied into the actual operation run.

polysilicon; CVD reactor; time interval ; TCS; stability

2016-11-15

楊楠（1977-），男，工程師，碩士，四川眉山人，2004年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)，研究方向：改良西門(mén)子工藝制備多晶硅。

TQ 110.6

A

1004-0935（2017）01-0074-02