Новая технология для повышения энергоэффективности процесса производства поликремния Siemens
Аккумулятор Challenger A12-65
Китайские исследователи разработали модель электрического нагрева для поддержания равномерной температуры материала в новом промышленном реакторе Siemens с четырьмя кольцами и 80 стержнями.
Китайская команда под руководством исследователей из Куньминского университета науки и технологий и компании Yunnan Yuntong Zinc Co. создала модель для имитации электротермической обработки U-образных кремниевых стержней в новом промышленном реакторе Siemens с четырьмя кольцами и 80 стержнями.
Отметив, что более ранние исследования показали, что использование высокочастотного переменного тока (AC) может «значительно повысить равномерность температуры в поликремниевых стержнях за счёт скин-эффекта», хотя и в реакторах гораздо меньшего размера, исследовательская группа разработала новую модель нагрева. Она учитывает тепловое и электрическое поведение, а также взаимодействие нескольких колец в крупномасштабных печах для восстановления поликремния.
В исследовании “Однородность температуры внутри кремния U-образного типа, расположенного в новом 80-стержневом реакторе Siemens с высококремниевой сердцевиной”, опубликованном в Results in Engineering, команда описала свое исследование влияния нагрева постоянным током (DC) и переменным током на тепловые и электрические характеристики печи восстановления поликремния.
Цель состояла в том, чтобы обеспечить более равномерное распределение температуры между центром и поверхностью кремниевых стержней для повышения энергоэффективности процесса.
Численное моделирование поликристаллического кремниевого материала проводилось с помощью программного обеспечения Comsol. В исследовании также использовались модель джоулева нагрева, модель постоянного тока и модель теплопередачи. Кроме того, были подробно описаны граничные условия, ключевые параметры и способы определения температурных градиентов в реакторе.
Чтобы проверить точность моделирования, напряжение, полученное с помощью модели, сравнили с данными промышленного реактора для восстановления поликремния с 80 стержнями.
Согласно статье, анализ показал, что модель «точно» прогнозирует тепловое и электрическое поведение с относительной погрешностью менее 10 %.
Исследователи заявили, что нагрев переменным током «значительно повышает равномерность температуры» и что изменение частоты может снизить температуру в центре. Уравнение регрессии, основанное на средних данных по четырём кольцам, разработанным командой, по имеющимся данным, точно предсказывает температуру со средней относительной погрешностью всего 4,62%.
Команда также отметила «сильное» взаимодействие между частотой и диаметром в диапазоне от 5 до 200 кГц. При частоте выше 300 кГц разница температур стабилизируется, а эффект взаимодействия ослабевает.
В исследовательскую группу входили представители компании Yunnan Yuntong Zinc Co., Куньминского университета науки и технологий, компании Yunnan Tongwei High Purity Crystal Silicon, подразделения Tongwei, и Куньминского металлургического научно-исследовательского института.