多晶硅的还原工艺自动控制技术

桂伟兵

（江苏中能硅业科技发展有限公司，江苏徐州 221004）

多晶硅的还原工艺自动控制技术

桂伟兵

（江苏中能硅业科技发展有限公司，江苏徐州 221004）

首先分析了在多晶硅生产过程中存在的一些问题，接着通过从系统功能的设计出发，然后说明电流的预测模块的重要性，最后，在自动控制技术方面，通过一些程序的设立和改进提高还原工艺的自动化程度，还从安全方面分析了自动控制技术的优点。

对晶硅；还原工艺；自动控制技术

在多晶硅的生产过程中，经常会出现一些温度和电流波动的问题，这些问题的引起因素有很多，这些因素极大地影响了多晶硅的生产，还原过程。例如在一起的多晶硅还原过程中，会按照事先约定好的温度曲线去调节硅棒上不同时刻的电流值，或用PID调节方式对硅棒进行逐步加热。但是这个方法有很明显的缺点，它还是无法对由于各种不确定因素引起的温度和电路波动进行控制，也就无法保证整个还原反应正常稳定的进行，会导致多晶硅裂棒和倒棒的现象，甚至可能会中途停炉，最后的产量，质量等结果自然也是不令人满意的。在多晶硅生产时，一般是需要在1 000℃以上的环境下进行还原反应的，这样苛刻的条件极大地增加了生产过程中的自动控制。另外，还原生产是一个间歇进行的过程，与其他进行常规的连续生产过程不同，在整个生产还原的过程中都需要进行精确地控制。所以，如果能利用好多晶硅还原工艺中的自动控制技术，将会大大提高工作效益，也保障了安全。

1 系统功能的设计

目前有进料程序，电气调节控制，安全保护这三个方面去进行多晶硅还原工艺自动控制的技术。

1.1进料程序

目前我们的工艺手段还不是很成熟，所以在进行进料程序的时候，可以分为两个模块，一个是可以按照时间全部自动加料的程序，还有一个是在正常停炉的时候，进行全自动的减料程序。

1.2调功控制

对电气的调节控制也可以分三个种类：加减电流程序、功率控制程序和自动击穿程序。其中加减电流程序又可以分为按钮加电流，按时间全自动加电流，按温度自动加电流，正常停炉时全自动减电流。

2 电流预测模块

1）多晶硅生产过程中设立一个电流预测模块，可以对还原炉中加热硅棒电流值进行预测和处理，由于还原炉是自动控制的，所以其在生产过程中可能会出现由一些不确定因素引起的各种各样的问题，而电流预测模块的设立能够很好地适应这个问题，以保证整个多晶硅生产过程能够完整顺利地进行。

预测模块的工作原理是：测得当前温度值和电流值，再加上目标温度值，全部带入之前推算好的电流预测公式当中，之后把当前温度值和目标温度值之间的差值分为几个周期，再按照预测的电流值向硅棒输出这几个周期的电流。这样，预测电流会使得硅棒温度不断提高，直至达到目标温度值。

2）有时测得的当前电流不是稳定的，会有所波动，这就需要对电流进行修正工作。可以多次测量当前温度值，算出电流的修正系数，然后就可以将预测电流值与电流修正系数的乘积看作修正后的预测电流值。通过这样不停地对预测的电流值进行修正优化，使得电流的波动稳定。不会再由于裂棒、接地等原因导致电流波动，所以还要适当减少电流而不至于倒棒、停炉。

3 自动控制技术

1）想要在多晶硅还原工艺中顺利运用自动控制技术，需要对原来的还原工艺进行改造，这其中包括按温度加减电流程序、功率控制程序和自动击穿程序等等。对这些工艺进行改进优化时，我们需要注意两点：第一点就是要使得工作人员操作起来方便快捷，因为整个生产过程程序多而杂，如果能够极大的便利工作人员的操作，后台切换轻松方便，那么他们对整个生产操作能够简单迅速的控制，能够在很大程度上提高生产效率。第二点是需要简化程序设计，舍去一些不必要的复杂运算，避免程序发生冲突造成的一些资源的浪费和其他一些影响。

具体的还原炉进料、减料控制方式是：根据6个还原炉内外圈电流、电压，TCS量、氢气量来做成矩阵控制，根据进料时间长度及停炉时间来控制进料量，用氢气量进行修正。

为了方面操作人员的工作，我们给还原炉设计了三种加电流的方式：按钮加电流、按电流值加电流、按时间加电流。这样，操作人员在操作时可以根据不同的实际情况采取不同的加电流方式。要想选出最适用于当前情况的加电流方式，就需要操作人员具备一定的技术基础，知道各个方式之间互相切换的条件，以及它们各自的适应性。

至于还原工艺中的自动击穿程序，为了防止在击穿时遇到电气故障，程序无法正常运行，特意给它设立了六个复杂的循环判别条件，这样，在遇到电气故障的时候，程序就可以跳过故障部分或者结束程序。当系统判断棒接地，将切除此棒所在回路，剩下的棒在时间及尾气温度达到要求的情况下自动复起。

2）安全举措

无论进行什么生产工作，安全往往是最主要的一环，在多晶硅的还原工艺自动控制技术上面，我们设立了连锁程序，一旦任何一环出现问题，操作人员都能迅速地找到相关联的点。还优化了紧急停炉程序，在出现一些紧急问题的时候，成产过程的停止能够更迅捷，更彻底。

另外还改造安装了报警装置，因为多晶硅的还原工艺是一个间歇进行的过程，在还原炉停炉与启动的转化过程中，就会出现很多的警告，例如测温仪，流量开关等，但这些警告都是无用的，会影响到操作人员的判断和操作，所以，我们对报警装置进行了改进处理，对一些报警的情况进行了整理细分，这样，操作人员不但能第一时间收到警报进行处理，还能有效避免了一些无用的警报。我们还设置了“ESD投用按钮”这样一个按钮，在还原炉收到一些无用的警报自动停炉时，操作人员可以迅速地使用这样一个按钮让机器迅速回到工作。

4 结语

总之，要想在不增加投资的前提下做好多晶硅还原工艺的自动控制，就需要结合目前所有的资源和技术，建立好所有的程序，才能提高还原过程的自动化程度和生产效率。在进行投料和加电流操作时，由于程序繁多，所以设立了集中不同的加料，加电流的方法，让操作人员能够按照不同实际情况有目的的选择不同的方法。

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Polysilicon Reduction Process Automatic Control Technology

Gui Wei-bing

This paper analyzes some problems in the polysilicon production process，followed by departure from the system design features and the importance of current prediction module，and fi nally，in the automatic control technology，through the establishment and improvement of a number of programs Increased automation reduction process，but also from the safety analysis of the benefi ts of automatic control technology.

crystal on silicon；reduction process；automatic control technology

TP273

A

1003-6490（2016）01-0041-02

2016-01-29

桂伟兵（1971—），男，湖北黄冈人，工程师，主要从事仪表工作。