36对电极多晶硅还原炉流场及温度场数值模拟计算介绍秸秆人造板
1、网联网概述
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还原炉流场及温度场数值模拟计算主要是描述还原炉内气体流动的流体力学和表面反应动力学模型，应用于多晶硅生产过程模拟，利用流体力学的偏微分方程组，得到还原炉内气体的流场和浓度场及温度场的模拟计算结果，分析底盘进气喷嘴与硅棒相对位置对气体的影响。1.1 还原炉内多晶硅形成过程
SiHCl3与氢的还原在大型钟罩式还原炉内进行。SiHCl3与H2混合气体经过一套组合喷嘴进入炉体内。混合气体上升过程中形成稳定的气体射流，受硅芯表面阻力作用形成一定厚度的速度边界层，满足热力学条件时反应气体通过边界层向硅芯表面扩散发生多晶沉积，径向生长。其描述如下：反应气体转移到基体（硅芯）上；反应气体被基体表面吸附；基体表面化学反应；表面成核与扩散；副产物从基体表面解析；副产物从基体上方移走，重新回到主气流。
2、数值计算方法与模型
多晶硅制备采用化学沉降法，具有纯度高、致密度高等有点，但反应在气相中发生，带来了在沉积过程中气体流型稳定性、反应温度分布均匀性、产物浓度平衡性等问题。
将流体力学和表面反应动力学模型应用于多晶硅生长过程模拟，计算还原炉速度流动场、温度场、表面反应及扩散过程，建立生长初始条件和反应过程各组分的理论关系。各种气体在还原炉内运动规律的数学模型有：流体流动的连续性方程、动量方程、能量方程、辐射传热方程、组分传递与扩散方程及表面反应动力学方程。
3、计算结果分析
采用CFD软件对上述模型进行求解运算，得到气体沉降法制备多晶硅的还原炉内气体的流动（流场）、气体浓度、温度（温度场）及沉积速度的分布。
3.1 气体的流动分布（流场）定位片
36对电极还原炉的进气喷嘴布置的六方体中心，在相同的气体流量下，喷嘴与硅棒、电极的方位影响还原炉内的气体分布及硅棒表面的气体的速度边界层。模拟计算机图中可知：混合气流从喷嘴射出，在空间上升经由壁面回流至还原炉底部并流出，整体气体分布较均
匀：气体沿着硅芯平滑分布，表面形成均匀分布的气体膜，便于反应沉积的进行。喷嘴应尽可能与硅棒形成均布且其喷嘴顶部要有一定的流速，满足每组硅棒表面的流通面积，从而使硅棒均匀生长。
3.2 温度的分布（温度场）
还原炉中一定温度的原料气体进入后被加热到反应温度在1080℃左右的硅芯表面进行硅的沉积。加热系统包括高温硅棒的辐射，炉内气体的对流以及底盘和夹套水的冷却。温度的均匀分布是硅棒均匀生长的重要因素之一。还原炉由于出口气体的影响，下端温度稍低，硅棒的温度分布基本均匀，满足多晶硅生长的需要。
模胚3.3 炉内工艺的该进
由气体流动、组分运输与反应的数值模拟可知，在硅棒的生长过程中适当控制气体的流量与流速可以使得还原炉内气体分布均匀。
在此基础上，对多晶硅还原炉的工艺参数可进行摸索改进，优化工艺条件，加快沉积速度，缩短单炉操作周期，提高原料的转化率，降低副产物产率，并提高产品质量，降低单
炉还原炉能耗。
4、保健内衣模拟计算结论
4.1 通过CFD气体流动分析可得出：一定流速比例下喷嘴方位的布置是影响还原炉气体分布的主要原因之一。合适的喷嘴位置和气体流动速度使气流从喷嘴喷出后，很快在硅棒表面形成稳定的速度边界层，炉内气体循环均匀，多晶硅生长均匀良好。
4.2 温度均匀性是硅生长的关键因素之一，充分考虑夹套及底盘的冷却作用及外层硅棒与炉壁的距离使得还原炉内形成稳定的温度梯度，但进口气体的温度效应对还原炉底部的温度梯度有一定的影响。
4.3 在气体流动分析的基础上结合多晶硅生长过程，对气体流量摩尔组分进行控制，使得每个生长阶段气体流动均匀，优化还原炉操作工艺，加快沉积速率，提高产量，降低能耗。
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