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4、气流流速
在保证达到一定沉积速率的条件下,混合气流量越大,炉产量越高。流量大小与还原炉的结构和大小,特别是载体表面积大小有关。因为硅的还原是要沉积在灼热的硅芯上,因此提高流量与增大硅芯和数目相联系着,从分子动力学观点来看,硅芯面积与反应空间之比越大越好,比值越大,气体对沉积面碰撞机会越多,因而对提高实收率是有利的。此外,增加气体流量又与增加气体湍动情况,有效地消除边界层密切相关。
反应混合气体的流速和在反应炉内的循环情况对还原过程有很大意义。通过对还原反应机理和动力学研究认为,反应基本上受扩散控制。由于soret效应,反应生成的HCl气体在灼热硅芯表面造成气体层,如果反应气体在硅芯周围某些部位上循环不足以消除这些气体层,这些部位上就容易沉积出针状或其他突出物,在针状或突出点上特别有利于硅的沉积,进而发展成小结或小瘤。相邻近小结、小瘤联结在一起,其下面夹集气泡,致使沉积硅棒表面粗糙。此外由于气体循环不均,硅芯表面各处温度或浓度不均时,也会出现上述类似的情况。如果加大气体流速和流量,使反应气体在炉内呈正压充分循环对流,则是消除硅棒畸形生长的主要因素。
还原炉内应尽量避免层流,使气流呈湍流状态。一般来说,TCS和H2的混合气体在炉内硅棒表面的流速在1~2m/s左右为宜,这样硅棒表面的气相浓度更新状况会比较令人满意。因而在喷嘴处也要有较高的气速,一般在20m/s左右,形成较强的湍流,使得混合气流在上升过程中,在整个炉内都有较好的浓度分布。
喷嘴形式有两种,一种为直管喷嘴,另一种为发散形喷嘴,如图9所示。
a、直管喷嘴 b、发散形喷嘴
图9、直管喷嘴和发散形喷嘴
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