Исследование процесса восстановления моноксида кремния в плазме дугового разряда

• Автор: Зайцев, Сергей Аркадьевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Глава 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА
ВОССТАНОВЛЕНИЯ МОНООКСИДА КРЕМНИЯ
Глава 3. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА, МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1 Описание экспериментального стенда
3.2 Методика обработки результатов эксперимента
Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Глава 5. СВОЙСТВА РАЗРЯДА. МОДЕЛЬ СУБЛИМАЦИИ ЧАСТИЦ МОНООКСИДА КРЕМНИЯ В РАЗРЯДЕ
5.1 Параметры дугового разряда
5.1.1 ВАХ разряда и его энергетические характеристики
5.1.2 Оценка параметров канала разряда
5.1.3 Оценка скорости нагрева газа и температуры стенки плазмотрона
5.1.4 Расчет скорости охлаждения газа в пробоотборнике
5.1.5 Оценка времени нахождения газа в плазмотроне и доли газа,
проходящего через канал разряда
5.2 Модель течения газа в плазмотроне. Динамика течения частиц 8Ю в потоке
5.2.1 Модель течения и нагрева газа в плазмотроне
5.2.2 Динамика частиц БЮ в потоке

5.3 Модель испарения частиц монооксида кремния в плазме дугового разряда
5.3.1. Расчет тепловых и диффузионных потоков
5.3.2. Распределение твёрдых частиц БЮ по массам
5.3.3. Результаты расчета степени испарения частиц 8Ю в канале плазмотрона
5.4 Эксперимент со вдувом метана в постразрядную зону
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ: Список публикаций по теме диссертации
Введение
На данный момент производство электроэнергии при помощи фотоэлектрических преобразователей - солнечных батарей испытывает быстрый рост. Это обусловлено масштабной тенденцией, проявляющейся преимущественно в развитых странах, направленной на освоение возобновляемых и экологически чистых источников энергии. Большая часть солнечных батарей производится на основе кремния, и большая часть специалистов полагают, что основанные на кремнии технологии будут доминировать в этой области на протяжении как минимум следующих десяти лет.
На данный момент основным материалом для производства солнечных батарей являются отходы кремния, произведенного для нужд полупроводниковой промышленности.
По оценкам экспертов, ожидается рост индустрии производства солнечного электричества в размере 30% в год в течение следующих десяти лет[1, 2, 3]. Соответственно возрастёт и спрос на кремний достаточной для производства солнечных батарей чистоты. На данный момент общее производство кремния высокой чистоты ограничено 31 ООО тонн в год. Из них
Промывка осуществлялась сначала в азотной кислоте для удаления не прореагировавшего цинка, а затем в плавиковой кислоте для очистки от остатков 8102.
В результате электродугового восстановления кремния из 8Ю2 полученный материал имел вид кристаллов размером около 50 мкм со степенью чистоты 99,993% по массе.
Предложенный авторами метод позволяет достичь. высокой степени чистоты конечного продукта, однако очевидно, требователен к чистоте исходного сырья. Также метод получения кремния из материала электродов может вызвать технологические сложности при организации крупнотоннажного производства.
В патенте [55] Юге и др. предлагают метод очистки расплава кремния при помощи обработки его плазменным факелом. В этом процессе кремний помещают в ванну, стенки которой покрыты диоксидом кремния. Расплав может подогреваться при помощи индуктивного либо резистивного нагревателя. На поверхность расплава направляется высокотемпературный быстрый поток плазмы из дугового плазмотрона. Плазмообразующим газом служит аргон, либо гелий. В результате взаимодействия с плазмой на поверхности кремния образуется высокотемпературное пятно, с поверхности которого из расплава испаряются бор и углерод в виде оксидов. Также напор плазмы вызывает турбулентное движение расплава, способствуя тем самым его эффективному перемешиванию. В процессе перемешивания в расплав со стенок ванны поступает кислород, необходимый для формирования оксидов