SiCl4氢化转化为SiHCl3过程的热力学侯彦青
第21卷第12期 中国有色金属学报 Vol.21 No.12 The Chinese Journal of Nonferrous Metals :: 侯彦青,等:SiCl4氢化转化为SiHCl3过程的热力学
3 侯彦青,等:SiCl4氢化转化为SiHCl3过程的热力学 3 侯彦青,等:SiCl4氢化转化
为SiHCl3过程的热力学 3 侯彦青,等:SiCl4氢化转化为SiHCl3过程的热力学 3209
通过以上分析,首先确定在不同压强条件下的最佳操作温度:当压强为0.1 MPa时,最
佳温度为980 ?;当压强为0.3 MPa,最佳温度为1 000 ?;当压强为0.5 MPa时,最佳温
度为1 050 ?;然后通过分析确定了最佳操作压强为0.3 MPa;最后确定最佳进料配比
nH2/nSiCl4为4。从而可以确定SiCl4氢化转化为SiHCl3过程的最佳操作条件如下:温度为
1 000 ?,压强为0.3 MPa,进料配比nH2/nSiCl4为4。在此条件下,SiCl4的氢化率为25.78%。
与实际生产过程中所选用的操作条件[30](温度为1 000~1 250 ?;压强为0.2~0.4 MPa;进
料配比nH2/nSiCl4为2~4)一致。而在实际生产中,SiCl4的氢化率不到20%,因此,通过改
善操作条件、操作
以及控制设备等可以进一步提高SiCl4的氢化率,这需要进行进一步
的探讨和研究,同时也是一个机遇和挑战。
反应非常重要,随着进料配比nH2/nSiCl4的增大,SiCl4的氢化率增大。当nH2/nSiCl4
在2:1~4:1范围内时,SiCl4的氢化率增大较快;当nH2/nSiCl4大于4:1时,增加较慢。且
过分增大进料nH2/nSiCl4的配比,会造成尾气分离困难、生产成本升高等问
,因此,在实
际生产中,进料配比nH2/nSiCl4应该控制在4:1。
6) 确定SiCl4氢化转化为SiHCl3过程的最佳操作条件如下:温度为1 000 ?,压强为
0.3 MPa,进料配比nH2/nSiCl4为4。在此条件下,SiCl4的氢化率为25.78%,与实际生产
过程一致。
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3 结论
1) 应用有关热力学数据研究与生产多晶硅的主要工艺即西门子法相关的“Si-Cl-H”三
元系的复杂化学反应,研究SiCl4氢化转化为SiHCl3过程中可能发
Θ
生的15个反应,给出15个反应的ΔGm—T曲线。由
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于温度在973~1 773 K行。
Θ
范围内,大多数反应的ΔGm数
值都大于0,说明这些反应的平衡常数很小,很难进
2) 确定在SiCl4氢化转化为SiHCl3过程中5个独
Θ
—T曲线。高立反应,并绘出这5个独立反应的Kp
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温时,由于副反应的
Θ
Kp
增长很快,SiCl4的氢化率很
[6]
低;而低温时,主反应的平衡常数又很低,在1 373 K时仅为0.157 1,因此,SiCl4
的氢化率低是无法改变的客观事实。
3) 随着温度的升高,SiCl4氢化率先增加后又逐渐减少。温度较高时,SiCl4的氢化率
很低,且进料配比(nH2/nSiCl4)对SiCl4氢化率几乎没有影响;温度较低时,SiCl4的氢化
率也很低,且压强对SiCl4氢化率也几乎没有影响。因此,温度对SiCl4氢化转化为SiHCl3
过程非常重要,通过分析确定在0.3 MPa时,最佳操作温度应该控制在1 000 ?左右。
4) SiCl4的氢化率随着压强的增大而增大,在0.1~0.3 MPa之间,氢化率增加较快,当
压强大于0.3 MPa时,氢化率增加较慢。在实际生产过程中,最佳压强应该控制在0.3 MPa
左右。
5) 在SiCl4氢化系统中,过量H2对SiCl4的氢化
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(编辑 龙怀中)
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