多晶硅还原反应的影响因素

北极星太阳能光伏网讯:备注：在本篇讨论多晶硅还原反应的影响因素的文章中，有一部分是引用已公开在网上的资料。由于这些资料基本上没有标明作者和出处，因此本文中也未做说明。如有作者发现是引用其著作，因及时反馈以便在文中进行标注。

多晶硅在还原炉内的沉积过程受到众多因素的影响，包括还原炉结构、硅棒布置方式、沉积温度、炉内压力、三氯氢硅和氢气的流量以及二者的配比、停留时间以及硅棒的电流、电压等。这些因素相互制约，相互影响，对多晶硅的沉积质量以及单位产品电耗都有直接的关系。

1、反应温度

SiHCl3被氢气还原以及热分解的反应是吸热反应。所以，从理论上来说，反应的温度愈高则愈有利于反应的进行，此时硅的沉积速率也就越高。温度愈高，沉积速度愈快，达到反应平衡的时间也越短，趋向平衡的程度也越近。

系统含SiHCl3、SiCl4、H2、HCl、SiH2Cl2以及硅粉的组份，在800℃～1400℃之间的吉布斯自由能最小原则进行计算平衡时各组份的平衡量，氢气和TCS的量分别为3kmol/hr和1Kmol/hr。

从图1就可以看出，随着温度升高，达到平衡状态时，系统的硅收率增加，STC降低，H2的耗量明显增加(系统中H2的含量随着温度的升高而降低)。在图1中，当温度升到1150℃之后，TCS的变化趋势和1150℃之前相差不大，但STC的变化却加快。1150℃之后HCl斜率几乎是之前的两倍。

图1 温度对各组分含量的影响

结合下面两反应式(1)和(2)，

SiHCl3+H2-→Si + 3HCl - Q ………………………(1)

SiHCl3+3HCl-→SiCl4+ 2H2 + Q ………………………(2)

可以看出，随着反应温度增加，Si和HCl的生成量在增加，氢气的耗量在增加，而SiCl4的生成量在减少。说明温度升高，对(1)有利，对(2)有抑制作用。另外反应(2)从右向左即是SiCl4的热氢化工艺，即反应温度升高，不仅可以增加硅的收率，而且可以抑制三氯氢硅变成四氯化硅。