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工艺专业主任
西门子PLC故障诊断? 西门子PLC, CPU315-2DP 分布式IO ETM200 ,通过Profibus DP通讯,有三个从站。 现在一个从站IM153-2 SF红灯常亮,BF闪烁,判断为组态不一致,可系统已经执行了好几个月了。 在硬件组态中诊断为有一插槽故障,用别的卡代替该卡,故障信息消失,用该卡代替其他卡片故障依旧会出现。 该从站全为DO卡,卡片订货号版本一致。 当这个故障产生时,整个从站的DO卡都不能输出,CPU还在运行状态,但有SF常亮,有故障报警。 现象就是这样, 可问题是一张卡有故障了,整个从站都不能输出,这个有没有问题,是不是还有哪儿没做对。 在硬件组态中的从站IM153-2上面 选择了当实际组态与组态不一致时运行选项。查看更多 13个回答 . 3人已关注
氢气的腐蚀性? 输送液体 丙烯 管线中含有少量 氢气 ,请问氢气对管线有腐蚀吗?查看更多 3个回答 . 2人已关注
寻化工副产物硫磺? 朋友托我在论坛帮他寻一下:哪家有副产物 硫磺 ?纯度要求不高(80%左右就可以了) 价格要低,最好白送,或者能给一定的处理费冲抵运费就更佳。 查看更多 0个回答 . 4人已关注
碳铵结晶的几个问题 及处理? 甲醇再生塔气相 酸性气 冷却的 换热器 容易出现结晶,通常认为是碳铵,也就是 碳酸氢铵 或 碳酸铵 ~~(1)有没有可能是硫化铵?? (2)碳铵控制多少度一下容易产生结晶? (3)复温时,多少度结晶易分解? (4)防止碳铵结晶的方法主要有哪些? 查看更多 5个回答 . 4人已关注
有机硅单体合成副产物的问题? 直接法合成 甲基氯硅烷 用 流化床 反应器 。 反应器分为稀相段和浓相段。副产物很多。我想知道两个段发生的反应一样么?哪个段产生的副产物多? 床高对氯甲烷转化率有什么影响?查看更多 10个回答 . 2人已关注
100立立式固定顶储罐在没有移动泡沫消防消防炮情况下需 ...? 100立立式固定顶储罐在没有移动泡沫消防 消防炮 情况下需不需要设置半固定 泡沫灭火装置 查看更多 4个回答 . 1人已关注
PDMS参数化做设备和楼梯遇到的问题? PDMS参数化法做的设备,定位点和属性能改吗?我试了在命令行改属性的数据,数倒是变了,可模型一点也没变。 另外,我看了PDMS自带的说明,感觉好像Stairs→Bottom Flight的Origin从侧面看与Stringer的低端垂直重合,可我在做模型时,Origin是在楼梯角度的延长线上。是我理解有误吗?请高手指点! 查看更多 0个回答 . 2人已关注
有哪些好的进口低温阀门? 最近在做LNG项目,接触到进口 低温阀门 ,球阀和蝶阀。 请各位提一提,以前接触过或是用过的进口低温阀门。 现在知道的有TYCO,FLOWSERVE,CME,POYAM。 还有哪些进口品牌的比较不错。或者是国内业绩不多,但国外相当认可的。 谢谢! [ ]查看更多 21个回答 . 5人已关注
和利时上下位问题? 1.我在下位逻辑里定义一个BOOL变量; FIXED:BOOL; 2.在图形编辑里做个按钮,对FIXED进行取反操作 在弹起的动作里写入toggle(FIXED); 结果图形编译不通过:见截图 3,在弹起的动作里写入 if FIXED then FIXED=0; else FIXED=1; end 编译通过 这是为什么,上下位的数据格式有问题?????查看更多 1个回答 . 3人已关注
阀门DBBV工作原理? 大家有没有人知道Double Block and Bleed Valve(DBBV)这个阀门呢?具体是怎么工作的? 查看更多 3个回答 . 2人已关注
朗盛新加坡丁基的进展? 按照朗盛的新闻稿: 1. 2013年6月4日, 开工仪式 2. 2013年3季度, 正式开始商业化生产 3. 2015年达到满产 4. 10万吨卤化 丁基 , 也可以生产普通丁基 查看更多 2个回答 . 5人已关注
如何用ASPEN PLUS模拟把丁二烯从C4中萃取分离出来? 有哪位兄弟成功完成了这个步骤的求交流,为什么我模拟半天组分一直分离不开。查看更多 0个回答 . 5人已关注
离心式压缩机的驱动方式? 大家说说电驱动的离心式 压缩机 与 汽轮机 驱动的离心式压缩机各有什么优缺点?查看更多 3个回答 . 3人已关注
求水在一定压力下的冰点? 这个接触的很少,还没关注过有哪些方程是关联冰点计算的。比如闪点之类的,有可能只有做实验获得了。查看更多 2个回答 . 3人已关注
多晶硅还原炉流场的数值模拟及工艺改进? 多晶硅还原炉流场的数值模拟及工艺改进 上海森松新能源设备有限公司 张华芹 茅陆荣 周积卫 程佳彪 《中国太阳能光伏》2009.7 【摘 要】介绍了西门子法生产多晶硅还原炉内的反应体系,指出控制化学气相沉积(CVD) 反应器 内的气体流场是获得理想沉积物的关键技术之一。基于计算流体力学(CFD)方程, 选择合适的描述还原炉内气体运动的组分运输和表面反应动力学模型,采用CFD软件对 还原炉内的气相沉积过程进行模拟计算。在此基础上进一步分析进气喷嘴、进气流量及 组分等工艺条件的影响,提出还原炉操作的工艺改进,为多晶硅还原炉的优化设计提供 依据。 【关键字】多晶硅;还原炉;化学气相沉积(CVD);计算流体力学(CFD);数值模拟 1 前言 多晶硅是制备单晶硅和 太阳电池 的原材 料,是全球电子工业及光伏产业的基石。面对 当前世界性传统能源枯竭和石油价格持续攀 升的形势,太阳能作为可再生的洁净能源受到 了世界各国的高度重视。从上世纪五、六十年 代至今,多晶硅的生产广泛采用西门子法,即 由SiHCl3在还原炉内进行化学气相沉积反应 得到高纯多晶硅[1]。 还原炉内的气相反应极其复杂,多晶硅沉 积生长过程存在长时间沉积稳定性、厚度均匀 性、表面平整性以及沉积过程重复性等问题, 气体流型控制着不同组分气体向沉积表面输 运,直接影响沉积均匀性及沉积产物的质量 [2][3]。对气体流场进行数值模拟计算,这对尽 可能全面研究CVD过程的气体输运现象,优化 设计和正确使用还原炉有重要的意义。 本文建立了描述钟罩式还原炉内气体流 动的流体力学和表面反应动力学模型,利用流 体力学的偏微分方程组(Navier-Stokes方程 组),得到还原炉内气体的速度场及浓度场的 模拟结果,分析底盘进气喷嘴与硅棒相对位置 对气体流场的影响,并结合多晶硅的生长过程 进行研究,优化和改进还原炉生产工艺,为生 产提供参考。 2 西门子法工艺原理 西门子法的生产流程是利用氯气和氢气 合成HCl(或外购HCl),HCl和冶金硅粉在一 定温度下合成SiHCl3,分离精馏提纯后的 SiHCl3进入还原炉被氢气还原,通过化学气相 沉积反应生产高纯多晶硅。该流程包括五个主 要环节:SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3 的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离[1]。 SiHCl3的氢还原在大型钟罩式还原炉中进行, 装置如图1 所示,主要由五部分组成 :(1) 气 路系统;(2) 电极加热系统;(3) 夹套及底盘 冷却系统; (4) 硅芯,沉积在硅芯表面发生; (5) 炉体。H2与SiHCl3混合气体经过一套组合 喷嘴进入炉体。混合气体上升过程中形成稳定 的气体射流,受硅芯表面阻力作用形成一定厚 度的速度边界层,满足热力学条件时反应气体 通过边界层向硅芯表面扩散发生多晶沉积,径 向生长。用开放性系统描述如下: 图1 还原炉装置示意图 反应气体转移到基体上方;反应气体被基体 表面吸附;基体表面化学反应;表面成核与扩 散;副产物从基体表面解吸;副产物从基体上 方转移走,重新回到宏观主气流,图2 简单描 述这一过程[4]。 图2 表面反应原理示意图 反应过程中表面反应起主导作用,其中, SiCl2浓度超过平衡值,也即HCl浓度超过临界 值,HCl刻蚀将起主导作用,沉积速率下降。 因此,硅生长过程中控制HCl浓度是加快沉积 速度,提高产量的关键因素之一。 3 数值计算方法及模型 化学气相沉积法制备的多晶硅具有纯度高、致 密度高等优点,但反应在气相中发生,带来了 沉积过程中气体流型稳定性、反应温度分布均 匀性、产物浓度平衡性等问题。 本文将流体力学和表面反应动力学模型 应用于多晶硅生长过程模拟,计算还原炉中的 速度流动场、表面反应及扩散过程,建立生长 初始条件和反应过程各组分的理论关系。计算 模型以图1还原炉整体的流体域为计算域并进 行网格划分。考虑到进出口的流动影响及硅芯 表面的复杂反应作用,分别对这些区域进行局 部网格加密处理,采用混合网格技术,以24 对棒还原炉为例,如图3 所示。 描述各种气体在还原炉内运动规律的数 学模型包括:流体流动的连续性方程、动量方 程、能量方程、辐射传热方程、组分传递与扩 散方程及表面反应动力学方程[5],计算方法 及过程如图4 所示。 4 计算结果分析 采用CFD软件对上述模型进行求解运算, 得到CVD法制备多晶硅的还原炉内气体的流 动、气体浓度、温度及沉积速度的分布图。 图3 计算模型及网格划分 图4 CFD计算方法及过程 4.1 气体的流动分布 以24对棒还原炉,硅棒直径100mm的生长 工况为例,给出底盘气体喷嘴方位、气体的 进气流量与速度控制等条件对还原炉内气体 分布的影响。 24对棒还原炉的喷嘴布置呈同心圆的环 状,在相同的气体流量下,喷嘴与硅棒电极的 方位影响还原炉内的气体分布及硅棒表面气 体的速度边界层,图5、图6分别给出两种喷嘴 方位的气体流动场及沿硅棒表面的速度分布。 由图可视,混合气流从喷嘴出射,在空间上升 经由壁面回流至还原炉底部并流出,整体气体 分布较均匀,气体沿着硅芯平滑分布,表面形 图5 两种喷嘴方位对还原炉内气体的影响 图6 两种喷嘴方位对硅棒表面气体边界层速度的影响 成均匀分布的气体膜,便于反应沉积的进 行。 第一种方式布置的喷嘴顶部流速较小, 在硅棒横梁上方形成峰型分布,并存在流动 漩涡,导致硅棒表面气体速度不均匀,尤其 在第二圈环状布置的硅棒表面,气体速度较 大,可能影响硅棒的生长。由此可见,喷嘴 应尽可能与硅棒形成周期均布,满足每组硅 棒表面的等流通面积,从而使硅棒均匀生 长。 4.2 温度分布 还原炉中一定温度的原料气体进入后 被加热到反应温度,在1080℃左右的硅芯表 面进行硅的沉积。传热系统包括高温硅棒的 辐射、炉内气体的对流以及底盘和夹套水的 冷却。温度的均匀性分布是硅棒均匀生长的 重要因素之一,特别是硅棒与炉壁间的温度 梯度是控制生长过程产物品质和尾气组分 的关键。还原炉采用阶梯渐进的导流板结 构,降低内筒体的壁厚,提高钟罩夹套传热 效率。 分析进气温度、硅棒表面及硅芯温度、 炉内气体温度、炉壁冷却温度,如图7 所示。 同样,以24对棒还原炉,硅棒直径100mm 的生长工况为例,通过辐射传热模型计算硅 棒对炉壁的辐射作用,其它壁面采用第一温 度边界控制,给出还原炉内的温度分布图, 如图8 所示。 还原炉由于进口气体的影响,下端温度 图7 还原炉内的温度变化 图8 温度分布(z = 1000mm) 稍低,三圈硅棒的温度分布基本均匀,满足 多晶硅生长的需要。计算结果壁面及炉内气 体温度等与生产过程接近。 4.3 尾气浓度分析 由表面反应机理分析可知,多晶硅还原 炉的尾气组分主要为未反应的SiHCl3、H2以 及生成的SiCl4、SiH2Cl2和HCl气体。其中, 表面反应产生的HCl气体浓度是控制反应平 衡的主要因素。图9 给出硅棒表面速度边界 层的HCl浓度。 硅棒表面HCl摩尔浓度分布基本均匀, 外圈硅棒局部浓度偏高。 图10 给出上述情况下硅棒的表面生长 速率分布,由图可以看出,外圈的硅棒在HCl 浓度局部较高的地方生长缓慢。三圈硅棒的 生长速度:内圈 > 中圈>外圈。 尾气中SiH2Cl2同样可以作为生长多晶硅的 原料,且SiH2Cl2的硅自由基较活泼,与氢 气反应较SiHCl3快,而且温度也稍低。图11 给出一定摩尔比的SiH2Cl2加入反应后相同 硅棒直径所需的生长时间。少量 二氯二氢硅 的存在可以在一定程度上抑制副反应的发 生,提高三氯氢硅的利用率。 4.4 工艺改进 由气体流动、组分运输与反应的数值模 拟可知,在硅棒的生长过程中,适当控制气 体的流量与流速可以使得还原炉内气体分 布均匀;合适的气体摩尔比可以控制炉内的 关键气体组分HCl的浓度;尾气中一定摩尔 比的SiH2Cl2可以加速硅的生长。在此基础 上,对多晶硅还原炉的工艺操作参数进行改 进,优化工艺条件,加快沉积速度,缩短单 炉操作周期,提高原料的转化率,降低副产 物产率,并提高产品的质量,降低单炉还原 图9 硅棒表面的HCl摩尔浓度分布 图10 硅棒表面硅沉积速度分布 图11 SiH2Cl2 对多晶硅生长时间的影响 能耗。 以某一工况为例,给出工艺改进前后的 变化。如图12所示。 由图可以看出,多晶硅生长过程中,同 炉产量,周期反应时间缩短;硅的表面径向 沉积速度加快;SiHCl3的一次转化率提高; 此外,还原炉的单位质量硅的能耗下降。 5 结论 (1) 通过CFD气体流动分析可得出,一 定流速比例下喷嘴方位的布置是影响还原 炉内气体分布的主要原因之一,合适的喷嘴 布置和气体流动速度使气流从喷嘴出射后 很快在硅棒表面形成稳定的速度边界层,炉 内气体循环均匀,固生长均匀性良好。 (2) 温度均匀性是硅生长的关键因素 之一,充分考虑夹套及底盘的冷却作用及外 层硅棒与炉壁的距离,使得还原炉内形成稳 定的温度梯度,但进口气体的温度效应对还 原炉底部的温度梯度有一定影响。 (3) 反应过程硅棒表面反应起主导作 用,HCl浓度是影响反应平衡的主要产物组 分。 (4) 在气体流动分析的基础上结合多 晶硅生长过程,对进气流量、摩尔组分进行 控制,使得每个生长阶段气体流动均匀,优 化还原炉操作工艺,加快沉积速率,提高产 量,降低能耗。 通过对不同结构、工艺参数情况下的还原炉 多晶硅生长过程进行数值模拟,将有助于深 入研究CVD制备多晶硅的生长机理,探索宏 观因素与表面微观机理之间的联系,总结各 种因素对生长过程的作用规律,优化工艺参 数,指导生产。 参考文献 [1] 梁骏吾. 电子级多晶硅的生产工艺 [J]. 中国 工程科学, 2000, 2(12): 34-39. [2] 肖鹏, 熊翔, 黄伯云. 化学气相浸渗反应器 内气体流场的数值模拟 [J] . 中南大学学报(自然 科学版),2005,36(5):761-765 [3] 汪飞琴,苏小平,霍承松. CVD法制备ZnS反应 气体流动状态模拟[J]稀有金属,2005,29(6): 819-822 [4] Hitoshi Habuka, Yasuaki Aoyama, Shoji Akiyama, Toru Otsuka, Wei-Feng Qu, Manabu Shimada, KikuoOkuyama. Chemical Process of Silicon Epitaxial Growth in a SiHCl3 - H2 System [J]. Journal of Crystal Growth.1999, 207: 77-86 [5] Ajit Balakrishna, Juan M. Clacin, Annalena Thilderkvist, Brian Haas, Paul B. Comita. Applied Materials.CA95054, 1998.查看更多 13个回答 . 3人已关注
焦炉煤气脱硫采用哪种方法最好? 目前焦化行业具有代表性的湿法脱硫工艺有以下几种:TH法、FRC法、改良ADA法、OMC法、MTS法、HPF法、真空 碳酸钾 (钠)法等,我认为MTS法脱硫工艺相比较好,具有脱硫效率高(98%以上),回收 硫磺 质量好易销售,脱硫废液经处理后可循环使用达零排放,副盐产量少可降低生产成本。查看更多 12个回答 . 2人已关注
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简介
职业:南京捷纳思新材料有限公司 - 工艺专业主任
学校:三峡大学 - 国际文化交流学院
地区:湖南省
个人简介:友谊是灵魂的结合,这个结合是可以离异的,这是两个敏感,正直的人之间心照不宣的契约。查看更多
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