Сучасна електрометалургія, 2013, №03



2013 №03 (06)

2013 №03 (08)

---

Современная электрометаллургия, 2013, #3, 37-44 pages

ПЛАЗМЕННЫЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ «СОЛНЕЧНОГО» КРЕМНИЯ

С.В. Петров

03113, Украина, Киев 113, ул. Дегтяревская, 39. E-mail: Petrov.St.V@nas.gov.ua
Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев, ул. Боженко 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Abstract
Выполнен расчет непрерывного высокопроизводительного технологического процесса получения «солнечного» кремния способом плазменного пиролиза моносилана при температуре, превышающей температуру его плавления, когда разложение моносилана проходит через газообразный кремний с последующей гомогенной конденсацией в частички кремния и гетерогенной Е на поверхность расплава. При разработке нового процесса плазменного пиролиза моносилана следует руководствоваться следующими требованиями: высокая единичная производительность агрегата, более 100 кг/ч SoG-Si; удельный расход электроэнергии не более 60 кВтрч/кг SoG-Si; качество кремния не хуже чем, полученного из того же исходного сырья по технологии Siemens CVD; полученный кремний должен иметь удобную для дальнейшей переработки форму; плазменный агрегат должен отличаться низкой металлоемкостью, высокой степенью автоматизации и ремонтоспособности; технология и оборудование должны быть конкурентоспособны и оригинальны. Плазменное разложение предполагает наличие инертного теплоносителя. Анализ пиролиза газа прекурсора моносилана в водородной плазме свидетельствует о том, что какие-либо термодинамические и кинетические запреты и ограничения термического разложения моносилана при температуре выше плавления кремния из газообразного состояния в паровую, затем жидкую фазу отсутствуют. На базе данного процесса возможно создание высокопроизводительного оборудования для непрерывного получения дешевого высокочистого кремния благодаря низким капитальным и эксплуатационным затратам. Теоретический предел по энергозатратам на получение плазмохимического кремния равняется 3...5 кВтрч/кг SoG-Si. При полезной мощности плазмотрона 100 кВт производительность по кремнию составит около 25 кг/ч. Использование плазменного пиролиза моносилана позволяет организовать непрерывный процесс получения кремния, в отличие от традиционной цикличной Siemens CVD технологии. Высокая скорость реакций пиролиза (1р10Д5 с) за счет повышенной температуры, температуры процесса, более температуры плавления кремния (У1415 °С) обеспечивает сравнительно малые размеры рабочей зоны (0,1...0,2м), а также габаритов и массы всего реактора. Библиогр. 7, ил. 9.
Keywords: плазма; моносилан; кремний; пиролиз; плазмообразующий газ; конденсация; энергозатраты
Received:                11.09.12
Published:               31.07.13
References
1. Петров С.В., Коржик В.Н., Петрик А.Г. Плазменная технология получения высокочистого кремния // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях: Материалы шестой промышленной конференции с международным участием (Славское, Украина, 21-25 февраля 2006 г.). - Славское, 2006. - С. 371-375.2.
2. Polysilicon production based on monosilane technology / Schmid silicon technology GmbH. - February 2011. - 37p.
3. Девятых Г.Г., Зорин А.В., Кедяркин В.М. Кинетика термического разложения моносилана, арсина и моносилана с примесью арсина // Журнал неорганической химии. - 1965. - X, вып. 7. - С. 1528-1533.
4. Hogness T.R., Wilson Th.L., Johnson W.C. The thermal decomposition of silane // J. American Chem. Soc. - 1996. - 58. - P. 108-112.
5. Production of ultrafine metal oxide aerosol particles by thermal decomposition of metal alkoxide vapors. AIChE / K. Okuyama, Y. Kousaka, N. Tohge et. al. // Ibid. - 1986. - 32, № 12. - P. 2010-2019.
6. Evolution and control of particle properties in aerosol reactors / J.J. Wu, H.V. Nguyen, R.C. Flagan et al. // American Institute of Chem. Eng. J. - 1988. - 34, № 8. - P. 1249-1256.
7. Петров С.В., Карп И.Н. Плазменное газовоздушное напыление. - Киев: Наук. думка, 1993. - 495 с.