Каталитическое восстановление хлоридов кремния

• Автор: Воротынцев, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Получение поликристаллического кремния для полупроводниковой техники и солнечной энергетики

1.2 Методы восстановления хлорсиланов

1.3 Квантово-химические методы моделирования реакций с участием хлорсиланов

1.4 Квантово-химическое моделирование хемосорбции на поверхностях металлов

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСТАДИЙНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕТРАХЛОРИДА КРЕМНИЯ ВОДОРОДОМ

2.1 Методика расчета

2.2 Обсуждение результатов

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ НА ДИССОЦИАТИВНУЮ ХЕМОСОРБЦИЮ ВОДОРОДА
3.1 Методика расчета
3.2 Обсуждение результатов
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ РЕАКЦИИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕТРАХЛОРИДА КРЕМнИЯ ВОДОРОДОМ
4.1 Методика эксперимента
4.2 Хроматографический и хромато-масс спектрометрический анализ хлоридов кремния
4.3 Обсуждение результатов
ГЛАВА 5. МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕТРАХЛОРИДА
ВОДОРОДОМ НА ПОВЕРХНОСТИ ХЛОРИДА НИКЕЛЯ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время в связи с развитием солнечной энергетики растет производство высокочистого поликристаллпческого кремния, и существует очевидная потребность снижения себестоимости поликристаллпческого кремния, а также увеличения промышленной и экологической безопасности его производства.
Основным технологическим процессом получения иоликристаллического кремния является гидрохлорирование технического кремния до трихлорсилана, его выделение из парогазовой смеси с последующим водородным восстановлением трихлорсилана до поликристаллпческого кремния. Примерно 80% кремния выпускают по этой технологии. В то же время при осуществлении процесса образуется довольно значительное количество побочного продукта -тетрахлорида кремния. Суммарно на 1 т поликристаллпческого кремния в качестве побочного продукта образуется до 15 т тетрахлорида кремния, который в настоящее время не находит широкого применения в промышленности и складируется на производственных площадях предприятий! производителей. Таким образом, сегодня достаточно остро стоит вопрос о конверсии попутно получаемого тетрахлорида кремния и возврата его в производство кремния.
Основным методом конверсии тетрахлорида кремния является термическое гидрирование, которое характеризуется повышенным энергопотреблением. Уменьшение температуры процесса и увеличение шеиени конверсии, которое может решаться с помощью каталитических процессов восстановления, является базовым инновационным путем совершенствования традиционного производства поликристаллпческого кремния с целыо уменьшения его себестоимости. Представляется экономически целесообразно полученный тетрахлорид кремния перевести в исходное сырье с целыо создания замкнутого безотходного цикла производства кремния.
Снижение стоимости кремния и повышение экологичности его производства способствует не только развитию микро- и наноэлектронпкп, но и
В работе [122] методами измерения десорбции совместно с высокоразрешающей сканирующей туннельной спектроскопией показано, что изолированный атом палладия на поверхности меди значительно уменьшает энергетический барьер для диссоциации молекулы водорода на атомы.
В работе [123] предложена модель взаимодействия атомарного водорода с атомами металлов. Она включает учет концентрации на поверхности, а также поверхностный потенциал, и основана на том, что молекула водорода диссоциирует до хемосорбції» на металлической поверхности. Показано, что наличие активационного барьера для диссоциации молекулярного водорода приводит к увеличению растворимости и увеличению проникновения вглубь металла для атомарного водорода больше, чем для молекулярного.
В работе [124] методом неэмпирической молекулярной динамики изучена диссоциация адсорбированного молекулярного водорода на поверхности (100) палладия. Эффективность и точность описания достигается в этом случае при помощи трёхстадийного метода. На первой стадии осуществляется оценка неэмпирической поверхности потенциальной энергии в нескольких точках конфигурационного пространства. На второй стадии осуществляется аналитическое представление результатов этих расчётов, которые служат для интерполяции между реально вычисленными точками. На третьей стадии вычисляются кинетические особенности реакции по методу молекулярной динамики, используя найденные ранее аналитические выражения.
Хорошо известно, что неровности на металлической поверхности влияют на эффективность диссоциации молекулярного водорода на поверхностях переходных металлов. Такие неровности значительно увеличивают реакционную способность, приводя к большим величинам энергий связей металл-водород. В районах неровностей энергия адсорбции выше, однако, согласно результатам, полученным для этих атомов, само присутствие этих неровностей вряд ли влияет па энергию диссоциации. Так, в присутствии неровностей энергия активации равна 0.85 эВ, что немного ниже 0.87 эВ - значения типичного для плоской поверхности магния.