异型热管CVD反应器硅烷分解过程流场模拟研究

摘要

本文在基于异型热管传热的3对棒CVD反应器流场研究的基础上，将底盘电极数放大至9对，计算对比表明：9对棒CVD反应器体积增大了52.7%，单位体积内硅棒表面积增加了41.3%。 利用Fluent软件对基于异型热管传热的9对棒CVD反应器流场进行了研究，结果表明：反应器内气速随进料气进口速度增加而提高，进口速度在20~30 m/s时，反应器内气速在1~2 m/s，较适宜多晶硅沉积；反应器内气速随硅棒增粗趋于均匀，硅棒直径由60 mm增粗至140 mm，反应器内气速稳定在1.0~1.6 m/s，有利于沉积反应进行；反应器内温度随进料气进口速度增加而降低，进口速度由10 m/s提高到50 m/s，反应器内温度降低了4.64%，反应器出口温度降低了4.47%；反应器内温度随硅棒增粗而逐渐升高，硅棒从60 mm增粗至140 mm，反应器内温度升高了9.44%，反应器出口温度升高了17.6%，实际生产中要合理调节进料量和底盘电极功率，使反应器内温度保持稳定；不同条件下，反应器内温度均低于硅烷气相成核温度，异型热管的加入改善了反应器温度分布。 以9对棒异型热管CVD反应器流场模拟结果为基础，把气相沉积反应模型添加到Fluent求解中，对基于异型热管传热的9对棒CVD反应器流场、沉积速率进行了研究，结果表明：沉积速率随进料气进口速度增加而提高，随硅棒增粗而降低；反应器内各截面硅烷浓度大致保持均匀，硅烷浓度随进料气进口速度增加而提高，随硅棒增粗而降低，实际生产后期要及时提高硅烷摩尔比，使沉积速率保持稳定。 对两种模拟条件下的异型热管CVD反应器内温度分布进行了对比，结果表明：二者呈现相同的变化趋势；添加沉积反应模型后，各截面温度值依然低于硅烷气相成核温度，反应器内仍以硅棒表面沉积反应为主；两种情况下，反应器内各截面温度变化率＜20%。

目录

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第1章 文献综述

1.1 课题背景

1.2 多晶硅生产工艺

1.3 CVD反应器

1.4 计算流体力学

1.5 本课题的研究内容

第2章 CVD反应器结构及工艺

2.1 CVD反应器结构

2.2 CVD反应器工艺

2.3 本章小结

第3章 CVD反应器流场行为分析

3.1 模型建立

3.2 网格划分

3.3 求解器设置

3.4 流场模拟结果分析与研究

3.5 本章小结

第4章 引入硅烷反应的反应器流场行为分析

4.1 沉积反应模拟

4.2 沉积反应模拟结果分析与研究

4.3 化学反应热对温度场的影响

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

发表论文和参加科研情况说明

致谢