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改进西门子法Si-H-Cl体系多晶硅生产的热力学模拟

DOI：10.1252/jcej.16we180 出版年份：2017 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 本文研究了西门子法多晶硅生产各步骤的热力学特性，重点分析了三氯氢硅（TCS）合成、三氯氢硅氢还原沉积硅以及副产物四氯化硅（STC）氢化循环利用三大核心工艺?；谙喙卮课镏嗜攘ρ?，绘制了Si-Cl-H体系中平衡摩尔比(nCl/nH)Eq（即硅氯平衡摩尔比）与原料投料摩尔比(nCl/nH)的关系曲线。系统考察了温度、压力及原料配比对TCS合成过程中三氯氢硅选择性、硅沉积过程中多晶硅产率以及四氯化硅氢化过程中四氯化硅转化率的影响规律，获得了优化生产工艺的有益结论。通过与文献有限公开数据的对比验证，结果表明：虽然三大反应的实际操作条件均接近热力学预测值，但报道的转化率或产率普遍偏低。本研究可为未来大规模多晶硅生产装置降本增效提供理论参考。
作者： Yang-min Zhou，Yan-qing Hou，Zhi-feng Nie，Gang Xie，Wen-hui Ma，Yong-nian Dai，Palghat A. Ramachandran
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研究概述 实验方案

研究目的

研究西门子法多晶硅生产各步骤的热力学，包括三氯氢硅的合成、由三氯氢硅沉积硅以及副产物四氯化硅的氢化回收，为改进这些工艺和降低生产成本提供见解。

研究成果

已确定三氯氢硅（TCS）合成的最佳条件（550-600 K，2-3 MPa，H/Cl比约100）、硅沉积条件（1400 K，0.1 MPa，H2/SiHCl3比15）以及四氯化硅（STC）氢化条件（高温：1323 K，0.3 MPa，H2/SiCl4比4；低温：850 K，1.5 MPa，H/Cl比10）。理论产率高于实际值，表明需改进动力学和反应器设计。未来工作应聚焦于反应器建模、工艺合成与热集成。

研究不足

该研究基于热力学平衡，可能未考虑动力学限制、非稳态条件、均相反应、壁面硅沉积或实际反应器设计挑战。实际转化率低于理论预测值，表明动力学和反应器模型存在优化空间。

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