浅谈多晶硅生长速度的控制方法

浅谈多晶硅生长速度的控制方法
李晓东;红星;牛聪明
【摘要】With the rapid development of global PV industry,the competition for polycrystalline silicon manufacturers is getting fiercer.It is urgent for polycrystalline silicon manufacturers to carry out technological optimization,reduce production costs and improve product
quality.Therefore,for the manufacturing industry,increasing labor productivity is A management tool,but also a control method.%随着全球光伏产业的快速发展,多晶硅生产企业面临的竞争逐渐激烈,进行技术优化、降低生产成本、提高产品品质对于多晶硅生产企业来说已刻不容缓,那么对于制造业来说提高劳动生产率是一种管理手段,也是一种控制方法.
【期刊名称】《化工设计通讯》
【年(卷),期】2018(044)003
【总页数】1页(P68)
【关键词】多晶硅;生长速度;控制
【作者】李晓东;红星;牛聪明
【作者单位】内蒙古神舟硅业有限责任公司多晶硅分厂,内蒙古呼和浩特 010050;内蒙古神舟硅业有限责任公司多晶硅分厂,内蒙古呼和浩特 010050;内蒙古神舟硅业有限责任公司多晶硅分厂,内蒙古呼和浩特 010050
【正文语种】中文
【中图分类】TM914.4
1 多晶硅生产技术及控制方案
目前国内外的主流多晶硅生产技术是改良西门子法，该法通过高温条件下三氯氢硅和氢气在还原炉内通电在高温硅芯（硅棒）表面发生化学气相沉积反应得到高纯多晶硅，炉内硅棒直径逐渐增长直至规定棒径。

多晶硅的生长速度受温度、压力、物料组分、原料比例影响，而每一影响因素又受多项其他因素影响，如温度受各配套水温、炉内部洁净度、环境温度、硅芯截面积等影响，同时还原炉属于周期性运转，由于受以上诸多因素的影响每炉次的工况或多或少有一定偏差，而还原炉的供料参数是恒定的，这样各炉次的生长速度就产生了一定偏差，生长速度太快会造成表观异常及疏松太大影响产品质量，生长速度太慢会导致成本偏高及成品倒棒等产品质量问题。

为了尽可能减少每炉次的生长速度偏差，以保证产品质量和成本最佳，通过实验得出最佳炉次的电流及电压数据作为标准数据，运行过程可根据标准数据进行时控制，保证每炉次与标准炉生长速度基本一致。

具体操作管理方案如下：
1）前11h红外温度呈现2～3℃趋势下降，如实际总电流未低于标准数据表对比总电流的情况下，小时电流按照供料表下限值加；如实际总电压低于标准数据表对比总电压超过40V，通吹扫氢气4.9kg/h。

2）12～42h红外温降呈现0.5～1℃趋势下降，如实际总电流高于标准数据表对比总电流的情况下，小时电流按照供料表下限值加，反之按照供上限加；如实际总电压与标准数据表对比总电压一致氢气按照供料表操作即可，低于对比总电压在供料表基础上多提原料氢2kg/h直到与对比总电压一致为止。

3）43～90h红外温度上涨不超过5℃情况下，如实际总电流高于标准数据表对比总电流的情况下，小时电流按照供料表下限加，反之按照上限加；如实际总电压与
标准数据表对比总电压一致氢气按照供料表操作即可，低于对比总电压在供料表基础上多提原料氢5kg/h直到与对比总电压一致为止。

4）运行周期超过90h以后如总电流超过对比总电流，将按照10A/h速度降电流直到与对比总电流一致即可。

2 多晶硅棒生产速度控制实例
通过标准数据表控制生长速度的原理是，多晶硅硅棒的生长速度可以通过电压进行体现，将标准炉次的电压与实际运行炉子的电压偏差做为判断依据，通过调整电流及氢气实现运行炉次与标准炉次生长速度尽可能一致。

以36对棒还原炉系统实际实施为例，具体说明多晶硅棒生长速度控制操作的具体实施方式。

36对棒还原炉安装2.6m园硅芯硅棒生长速度控制如表2所示。

从表2中对比电压偏差值可以直到前4h生长速度持续加快且快于对比炉次，因此需要提高氢气流量即提高配比，提高氢气流量后从第5h开始生长速度逐渐放缓，到第8h对比总电压与运行总电压基本一致；还原炉内硅棒还原炉前3hA1相总电流均高于对比总对流，结合电压前4h生长速度偏高从电压上也可以说明温度偏高，同时红外温度降幅低于供料参数控制说明规定值，则小时加电流按照供料参数表下限值加，这样经过从4h开始到第8h运行总电流与对比总电流一致。

表1 圆硅芯 2.6m周期A1对比总电流A1运行总电流偏差A1相对比电压A1相运行电压偏差1 80 82 2 1 232 1 230 -2 2 94 96 3 1 213 1 210 -3 3 111 116 6 1 121 1 117 -4 4 136 140 5 1 010 1 005 -5
表2 标准数据电压1 84 840 99 852 165 1 371 79 1 537 101 969 2 95 807 125 755 208 1 201 89 1 440 128 856 3 119 711 149 698 248 1 109 100 1 360 143 802 4 146 658 167 655 272 1 059 110 1 316 163 751 5 173 1 210 191 1 218
296 1 009 126 1 197 182 704 2.5m圆硅芯 2.6m圆硅芯 2.6m方硅芯2.8m方硅芯18对棒A电流A A A A A A A A A电压电流电压电流电
压电流电压电流
3 结语
本操作主要是提供一种控制还原炉内多晶硅硅棒生长速度的方案，能够实现还原炉内硅棒生长速度的可复制性。

为达到上述目的控制方案是这样实现的，生长速度的控制主要是通过标准数据表与供料参数表结合实现的。

供料参数表由周期（时间）、三氯氢硅流量计、氢气流量、配比、内圈电流、外圈电流、控制说明组成；标准数据表由周期和规格组成，规格包括硅芯规格、每种硅芯规格对应的电流、电压；通过标准数据表的电流校正供料参数表中的电流进行实时调整控制，通过标准数据表的电压校正供料参数表中的氢气及配比在一定范围内进行时时调整。