西门子体系中SiHCl3和SiCl4的热力学行为

在选取与实际生产相近的温度、氢气配比(H2与SiHCl3的初始比例)和压力的基础上,计算西门子体系中硅源气体SiHCl3的剩余量与副产物SiCl4的生成量,分别绘制二者随所选条件的变化图,并利用这些热力学图,分析温度、氢气配比及压力对西门子法生产多晶硅反应体系中SiHCl3和SiCl4热力学行为影响的规律。结果表明:当压力、氢气配比一定时,SiHCl3的剩余量与温度呈反比,SiCl4的生成量则是先随温度的升高而增加,后又变小;当温度和压力一定时,增大氢气配比SiCl4生成量减少,只有在氢气配比大于5以后SiHCl3的剩余量才与它呈反比关系;当温度和氢气配比一定时,随着压力的降低,SiHCl3的剩余量减少,SiCl4则呈先增加再减少的变化趋势。

SiCl_4氢化转化为SiHCl_3过程的热力学

应用有关热力学数据研究了与多晶硅主要生产工艺即西门子法相关的"Si-Cl-H"三元系的复杂化学反应,研究SiCl4氢化转化为SiHCl3过程中可能发生的15个反应,给出15个反应的ΔG mΘ—T图;并确定5个独立的反应,给出这5个独立反应的K pΘ—T图;高温时主反应(1)的K pΘ增长较慢,而反应(2)和(5)的K pΘ快速增大,1 373 K时,主反应(1)的K pΘ较小,为0.157 1。进一步研究温度、压强和进料配比n H 2/nSiCl4对SiCl4氢化率的影响,并绘制出SiCl4氢化率随这些因素的变化曲线。结果表明:当压强和进料配比一定时,SiCl4的氢化率随温度的升高先增加后降低;增大压强或增加进料配比n H 2/nSiCl4都会提高SiCl4的氢化率;SiCl4氢化转化为SiHCl3过程的最佳操作条件为温度为1 000℃,压强为0.3 MPa,进料配比n H 2/nSiCl4为4,在此条件下,SiCl4的氢化率为25.78%。

以SiHCl_3和SiCl_4的混合物为原料制备多晶硅热力学

根据相关热力学数据,首先计算并拟合得到Si-Cl-H三元系中气相Cl与H原子的摩尔比(nCl/nH)与反应达到平衡时的气相Si与Cl原子的摩尔比(nSi/nCl)Eq的关系。为了得到合理的SiCl4(STC)和SiHCl3(TCS)的进料配比,详细分析TCS与STC的3种配比(nTCS/nSTC分别为1/4、1和4)时温度、压强以及进料配比对Si沉积率的影响。结果表明:以STC和TCS的混合物为原料时,最佳温度为1400K,压强为0.1MPa。为了保证硅产率达到可工业化生产的35%以上,当原料摩尔比(nTCS/nSTC)为1/4时,原料中nCl/nH为0.055;当原料摩尔比(nTCS/nSTC)为1时,原料中nCl/nH比为0.07;当原料摩尔比(nTCS/nSTC)为4时,原料中nCl/nH为0.09。随着硅原料中TCS所占比例的增大,在较高的nCl/nH下,就可以得到较高的硅产率。最后分析得到:当选定原料配比时,要得到合理的硅产率,所需要控制nCl/nH的范围;当进料中nCl/nH一定时,要得到合理的硅产率,需选择原料配比的理想范围。

气体在Si(111)面吸附的密度泛函研究

运用广义梯度密度泛函理论(GGA)的PBE方法结合周期平板模型,计算了SiCl4,SiHCl3,H2,HCl在Si(111)表面的垂直吸附能和吸附结构。发现SiCl4,SiHCl3和Si衬底表面原子间的吸附结构不稳定,相比之下SiCl4,SiHCl3分子都容易吸附在凸起的Si原子上。衬底对SiHCl3的吸附能要大于对SiCl4的。SiCl4和SiHCl3分子断开1个Si Cl键后更容易吸附在Si(111)表面的悬挂键上。H2在Si(111)表面的2个位置的吸附能比较接近,HCl倾向于以H端吸附在电荷多的表面硅原子上。Si(111)表面对HCl的吸附能最大,当产物HCl出现后,其在Si(111)表面表面的脱附将成为反应的控制步骤。

多晶硅生产过程中SiHCl_3分析准确性探讨

SiHCl_3中杂质的含量直接影响多晶硅的品质,其杂质含量一般在×10-9级别,同时样品挥发性极强,因此分析的准确性受到极大的挑战。本文从各方面阐述了准确性的影响因素,并提出相应的措施,确保过程分析的指导意义。

三氯氢硅除硼工艺研究进展

重点介绍了目前去除SiHCl3中硼杂质的先进方法,主要有萃取法、络合物法、吸附法、部分水解法和精馏法,并展望了后续SiHCl3的除硼工艺,指出应将不同的提纯工艺优化结合,建立严格科学的痕量杂质全过程技术管理控制体系,进一步优化杂质监测分析技术,才能高效、经济地去除SiHCl3中的杂质。

高纯三氯氢硅精馏节能工艺的模拟分析

针对多晶硅生产中高纯三氯氢硅精馏提纯过程能耗较高的特点,分别将热泵和差压热耦合精馏节能工艺应用到高纯三氯氢硅精馏提纯过程中,并使用Aspen Plus软件对这2种节能工艺进行模拟分析比较,计算得到各工艺流程的能耗,实现了过程的节能和优化。模拟结果表明,热泵和差压热耦合精馏节能工艺对三氯氢硅传统二塔精馏过程均起到了显著的节能效果,其中塔顶蒸汽压缩型、塔釜液闪蒸型热泵精馏过程分别节能66.1%、62.8%,差压热耦合精馏过程节能50.1%。

用CH_3SiHCl_2作第三组分催化异戊二烯本体聚合的研究

研究了以Nd(naph)_3-Al(i-Bu)_2H-CH_3SiHCl_2催化体系引发异戊二烯的本体聚合的规律和所得产物的结构。结果表明,催化剂的活性取决于Al(i-Bu)_2H和CH_3SiHCl_2两组分与Nd(naph)_3的摩尔比及陈化时间,与催化剂的相态无关;Al(i-Bu)_2H的链转移反应使得聚合产物的分子量较低;经IR测定各种不同聚合条件下得到的胶样的微观结构,发现其顺-1,4含量都在95％左右,从而可推论不同的活性中心对单体具有相同的聚合效果,都有利于生成高顺式的产物。

运用P-R方程预测H_2-SiHCl_3汽相混合物的温度

介绍了在已知氢气与三氯氢硅混合物压力和汽相组成的条件下,运用P-R方程预测汽相温度的方法。该方法运用了既能解决大范围收敛问题,又能解决计算效率问题的"双层法"。经过与实验数据对比,预测的结果与试验数据很接近,说明了所建立的机理模型的正确性和可靠性,可以运用到工程设计中。

中和-混凝法处理三氯氢硅尾气洗涤废水

采用中和—混凝法处理三氯氢硅生产中的尾气洗涤废水.实验确定的最佳工艺条件:中和后的悬浮液pH为7～9,混凝剂聚合氯化铝投加质量浓度为30 mg.L-1,快速搅拌30 min,慢速搅拌40 min,静置60 min.结果表明:在最佳工艺条件下对该废水进行处理,出水无色透明,浊度和悬浮物(SS)去除率都在97%以上,SiO2去除率在92%以上,可全部返回洗涤系统循环使用.

三氯氢硅生产现存问题及发展前景

随着我国经济的快速发展,尤其是电子产品市场,光纤通讯市场的扩大化,使得SiHCl_3的发展速度迅速提升。但是由此带来的SiHCl_3项目的盲目扩建,又为SiHCl_3的发展带来了一定的挑战和风险,因此,研究SiHCl_3生产现存问题及发展前景有很大必要。

硅和四氯化硅耦合加氢反应体系的热力学分析

基于Gibbs自由能最小原理,对硅和四氯化硅(SiCl4,STC)耦合加氢反应体系进行了热力学分析。通过化学平衡产物组成分布的分析,确定了反应体系主要产物为三氯硅烷(HSiCl3,TCS)、二氯硅烷(H2SiCl2,DCS)、盐酸(HCl),并构造了3个相应的独立反应,讨论了对应的反应热(ΔrHθm)、自由能(ΔrGθm)和平衡常数(Kθp)与温度的关系。计算所采用的温度为673～923 K,压力为101.325～2 026.5 kPa,原料H2与SiCl4物质的量比为1～5。结果表明,生成TCS和DCS的反应为体系随着温度升高,四氯化硅平衡转化率及三氯硅烷产率降低;高压和适中的原料配比(H2与SiCl4物质的量比)有利于四氯化硅转化率及三氯硅烷产率的提高。

SiHCl_3流化床制备粒状多晶硅研究进展

综述了近年来关于三氯氢硅(Si HCl3)流化床制备颗粒状多晶硅工艺技术研究状况,详细介绍了国内外关于颗粒状多晶硅制备流化床设备的设计思路及制备情况,并讨论了反应器制备方法对产品纯度的影响,分析了"热壁流化床"的技术缺陷,"冷壁流化床"的技术优势,对下一步流化床技术发展进行了展望。

三氯硅烷储罐区火灾爆炸事故分析与控制

应用事故树分析法,将某公司三氯硅烷储罐区火灾爆炸事故作为顶上事件,分析其罐区发生泄漏、火灾爆炸事故的关键因素及内在联系,计算出各基本事件的结构重要度,并提出了预防与控制该类火灾爆炸事故的有效措施。

以SiHCl_3为工作介质生产高丰度^(28)Si

为了获得高丰度的28S i同位素,生产高纯度的单晶硅,利用气体离心机对硅同位素进行离心分离。通过对S iH-C l3中组成元素的不同同位素丰度的分析,计算了天然S iH-C l3中不同相对分子质量的分子组成。分析结果表明:虽然氯有两种同位素,但也可以将S iHC l3作为分离28S i同位素的工作介质。通过4台离心级联的分离实验,得到了28S i丰度达到99%的S iHC l3样品。离心分离得到的高丰度S iHC l3不用经过化学转化就可以直接用于单晶硅的生产。实验结果表明,采用离心法分离S iHC l3可以得到高丰度28S i。

SiCl_4中SiHCl_3的去除及检测方法研究进展

SiCl4是光纤制造的关键原材料,其质量的高低决定着光纤的传输性能。SiHCl3是SiCl4中常见的一种含氢杂质,其含量的多少对SiCl4质量产生严重影响。综述了国内外对于SiCl4中SiHCl3去除方法的研究进展,主要有精馏法、等离子体法、光化法,以及吸附法、部分水解法等其他一些方法。国内常用精馏法提纯SiCl4,但由于SiHCl3和SiCl4的沸点较为接近,精馏法对于SiCl4中SiHCl3的去除仍然存在着一定的限度;等离子体法去除SiHCl3效果好,但对于设备、技术要求相对较高;光化法对于SiHCl3的去除十分有效,可将SiHCl3的含量降到1×10-6以下。同时介绍了SiCl4中SiHCl3含量的检测方法,包括气相色谱法、傅里叶变换红外光谱法(FT-IR法)、红外空气参考法。气相色谱法具有取几毫克SiCl4即可检出其中微克级SiHCl3的特点,其检测下限为0.1×10-6;FT-IR法不仅可用于实验室分析,而且可应用于生产现场分析,对SiHCl3的测量下限为0.6×10-6;红外空气参考法对SiHCl3的测量下限为2×10-6。进行SiCl4中SiHCl3的去除工艺、检测技术研究,对于光纤用高纯SiCl4的提纯,进而对于光纤用关键原料国产化,具有重要的意义。