Эффективность получения кремния из кварца в газоплазменном аргоновом потоке…
11
При
t
x
< 5·10
–3
c выход парообразного кремния уменьшается
вследствие образования SiH (см. рис. 2,
а
). Кроме того, в этом диапа-
зоне значений
t
x
становятся неравновесными и процессы образования
воды, что обусловливает наличие на выходе из ГХР значительного
количества свободного кислорода, который в области низкотемпера-
турных гетерофазных процессов обеспечит повторное окисление
кремния.
Увеличение времени пролета
t
x
до значений, превышающих
2
5 10 с,
−
⋅
приводит к квазиравновесному протеканию всех химиче-
ских процессов. В таком режиме по мере охлаждения смеси активно
идут процессы окисления Si с образованием SiO, воды и молекуляр-
ного водорода.
Соотношение (2), записанное (с учетом
0
/ )
x
t
l w
=
в виде
4 ,
x
pm
t
d
c
α ≈
βρ
(5)
при установленном оптимальном диапазоне значений
x
t
(4) позволя-
ет дать оценку оптимальных геометрических параметров канала ГХР.
Так, его оптимальный диаметр должен составлять
2…8 см, протя-
женность канала
0
0
x
l
w t
=
в характерных случаях (
w
0
≈
5 м/с) может
быть равна
l
0
= 5…15 см.
Анализ процессов объемной конденсации паров кремния.
Как
показали расчеты термогазодинамических параметров, на входе в ре-
актор-конденсатор происходит достаточно быстрое снижение темпе-
ратуры потока примерно до 1 700 K,
что не превышает температуру
насыщения кремния
T
н
, которая изменяется от 2 465 K (при парци-
альном давлении пара кремния
p =
10 кПа) до 1 908 K (при
p =
=
0,1 кПа). Следовательно, в потоке аргона будет происходить объ-
емная конденсация паров кремния.
Динамика объемной конденсации пара может быть представлена
как совокупность одновременно протекающих процессов зародыше-
образования и конденсации на них паров. Как показали оценки по
формулам [10], значение критического радиуса зародышей жидкой
фазы кремния при парциальном давлении паров кремния
p
≤ 10 кПа
составляет порядка десятка нанометров, а концентрация образую-
щихся зародышей — центров конденсации
n
ц.к
может изменяться в
широких пределах — от 10
5
до 10
12
см
–3
.
Оценка эффективности процесса конденсации кремния на обра-
зующихся зародышах проведена в предположении, что они образова-
лись в системе одновременно и их концентрация
n
ц.к
в дальнейшем
постоянна. Динамика изменения радиуса одиночной капли
r
с учетом
поправки Фукса описывается уравнением [11]
