还原炉运行间隔时间对三氯氢硅总进料平稳性的影响

杨　楠，詹水华

还原炉运行间隔时间对三氯氢硅总进料平稳性的影响

杨楠1，詹水华2

（1. 新疆东方希望新能源有限公司，新疆 昌吉 831799； 2. 江苏双良新能源装备有限公司，江苏 江阴 214444）

根据单台24对棒还原炉的SiHCl3进料曲线，采用Matlab编程，分析了30台还原炉的运行间隔时间对SiHCl3总进料量平稳性的影响，并计算出最合理的运行间隔时间为4 h，方法和结果可作为实际生产运行的参考和指导。

多晶硅；还原炉；间隔时间；三氯氢硅；平稳性

三氯氢硅（SiHCl3）在钟罩式还原炉内，与H2在炽热的硅芯表面（～1 100 ℃）发生化学气相沉积，生成多晶硅。随着沉积时间的延长，硅棒逐渐变粗，直至达到一定直径而停炉。每台还原炉为间歇操作方式。为维持较高的沉积速率，SiHCl3的进料量需随生长时间不断变化，进料曲线具有时间相关性。同一类型的还原炉，SiHCl3进料曲线基本是相同的。对于配置有多台还原炉的多晶硅装置，在实际生产过程中，需要对每台还原炉的开、停顺序做出合理的安排，并确定出各台还原炉之间的运行间隔时间，避免SiHCl3的总进料量出现较大的起伏波动，导致全厂工艺装置发生供料不足或涨库的问题。本文采用Matlab软件编程，以24对棒还原炉的SiHCl3进料曲线为基础，在整个还原炉运行周期内，对30台还原炉的SiHCl3总进料量变化情况进行了分析，并得到较合理的运行间隔时间以及不同间隔时间对应的SiHCl3总进料量的波动情况。本文的方法和结果可以为实际生产运行提供参考，也可为多晶硅装置SiHCl3缓冲罐的总容积设计提供指导。

1 单台还原炉SiHCl3进料曲线

24对棒还原炉，单台SiHCl3进料曲线如图1。

单台还原炉的生产周期为120 h，包括100 h的进料沉积时间和20 h的停炉及辅助时间。整个周期内，SiHCl3的进料量呈现较大的变化。在前20 h，SiHCl3的进料量从300 kg/h呈直线增加到最大值2850 kg/h，维持40 h左右，开始缓慢减小，到100 h后停炉停料。

图1 24对棒多晶硅还原炉进料曲线

2 计算与结果

将单台还原炉的进料曲线按1小时取点，作为一个含120个元素的数组。同时，对30台还原炉进行编号，依次按不同的间隔时间进行开炉，计算并分别做出对应的总进料量的变化曲线，结果如图2所示。

图2 不同运行间隔时间SiHCl3总进料曲线

从图2可见：

①当间隔时间为0h（即30台还原炉同开同停），SiHCl3总进料曲线与单台进料曲线形式一样。所有还原炉同时达到最大和最小进料量，SiHCl3供料波动最大，最大进料量达到85.5t/h，对整个多晶硅工艺装置的物料平衡非常不利。

②当还原炉运行间隔时间从1 h延长至4 h，进料平衡状况不断得到改善。并且运行间隔时间为4 h时进料最平稳，基本呈水平线趋势。整个周期内进料量都维持在60.5 t/h左右，波动不超过2.38%。

③当还原炉运行间隔时间再增加到5 h和6 h，总进料平衡状况则又变差。

故，对30台还原炉，运行间隔时间为4 h时，SiHCl3总的进料曲线最为平稳，对系统的SiHCl3物料平衡影响最小。

图3为不同间隔时间（0～23 h）对应SiHCl3总进料曲线波动情况。

从图3可见，当间隔时间为4、7、12、16 h时为极小值，其中当4 h为最小值，表示SiHCl3总进料曲线最平稳。

为4 h时就对应着最平稳的SiHCl3总进料曲线。间隔时间的长短，与单炉进料曲线形式，以及还原炉台数不同而不同。

图3　不同间隔时间SiHCl3总进料曲线波动情况

3 结论

还原炉的运行间隔时间对总进料曲线的平稳性有重要影响。根据SiHCl3单炉进料曲线，通过Matlab编程，可以对多台还原炉的的SiHCl3总进料量进行分析，并计算出最佳的运行间隔时间，使SiHCl3总进料曲线保持平稳。对于30台24对棒的还原炉进料曲线，运行间隔时间4 h时，SiHCl3总进料曲线最平稳。此方法也可对不同炉型，不同台数的还原装置，在周期内对SiHCl3、包括H2和SiCl4等物料流量的波动情况进行预测和分析，在实际生产过程中及时做出调整，对整个多晶硅工艺装置的物料平衡和生产稳定性有利。

Influence of the Run Time Interval of Polysilicon CVD Reactor on the Stability of Total TCS Feeding

1,2

（1. Xinjiang East Hope New Energy Co.,Ltd.,Xinjiang ChangJi 831799, China；2. Jiangsu Shuangliang New Energy Equipment Co.,Ltd.,Jiangsu Jiangyin 214444, China）

According to the TCS feeding curve of only one polysilicon CVD reactor, by Matlab programming, influence of the run time interval of 30 polysilicon CVD reactors on the stability of total TCS feeding was analyzed, and it's calculated that 4 h is reasonable time interval. The method and result can be applied into the actual operation run.

polysilicon; CVD reactor; time interval ; TCS; stability

2016-11-15

杨楠（1977-），男，工程师，硕士，四川眉山人，2004年毕业于南京工业大学，研究方向：改良西门子工艺制备多晶硅。

TQ 110.6

A

1004-0935（2017）01-0074-02