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多晶硅還原爐反應(yīng)機(jī)理

多晶硅還原爐內(nèi)反應(yīng)本質(zhì)上屬于原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過程，物料H₂和SiHCl₃沿著基體硅棒表面由下及上擴(kuò)散，到達(dá)還原爐頂部后再由上及下回到底盤，經(jīng)尾氣管道排出還原爐在連續(xù)反應(yīng)的過程中，H₂和SiHCl₃與硅棒表面存在靜止層而反應(yīng)速率部分取決于SiHCL₃在靜止層的擴(kuò)散速率。

從多晶硅的形成過程看，在熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成了許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來所結(jié)晶成的物質(zhì)就是多晶硅。

多晶硅的分類

按表面質(zhì)量分類，多晶硅又可分為致密料、菜花料、珊瑚料。

致密料：表面顆粒凹陷程度小于5mm，外觀無顏色異常，無氧化夾層，價(jià)格最高，主要用于拉制單晶硅片；

菜花料：表面顆粒凹陷深度約為5-20mm，斷面適中，質(zhì)量中檔，主要用于制作低品質(zhì)硅片，亦可作為摻雜輔料用于單晶爐第一層鋪底，與致密料共同參與制備單晶硅，但如果菜花料品質(zhì)較差，還需要單獨(dú)進(jìn)行提純處理；

珊瑚料：表面顆粒凹陷深度大于20mm，斷面適中，質(zhì)量不良，價(jià)格也較低；

多晶硅表面的菜花現(xiàn)象

多晶硅表面菜花現(xiàn)象主要是指多晶硅生長過程中表面呈現(xiàn)菜花狀或玉米粒狀結(jié)構(gòu)，其深層次有孔隙夾雜氣體的現(xiàn)象。這種產(chǎn)品拉單晶前需進(jìn)行酸洗等多重處理，嚴(yán)重時(shí)可能被當(dāng)作次等料處理，這嚴(yán)重影響多晶硅企業(yè)的競爭力。因此減少并避免生產(chǎn)菜花料是多晶硅企業(yè)必須面對的問題，也是實(shí)現(xiàn)多晶硅高質(zhì)量的保證。

硅棒表面形成菜花的原因有很多，反應(yīng)過快造成原子硅來不及在硅棒表面進(jìn)行有序的排列、硅棒表面溫度過高、物料在硅棒表面擴(kuò)散程度及分布的不均等都會造成多晶硅菜花。如常見的橫梁菜花，主要是由于進(jìn)入還原爐氣速太低，以至達(dá)到橫梁處物料少，無法循環(huán)使頂部形成死區(qū)造成局部高溫門形成的。通過提高進(jìn)料氣速，增加氣流湍動(dòng)強(qiáng)度，可有效降低橫梁菜花，且能提高多晶硅沉積速率。此外進(jìn)料溫度，進(jìn)料氣體的流量和組分摩爾配比，原料混合氣的純度等都可能造成硅棒表面形成表面菜花等異常料。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）

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