Эффективность получения кремния из кварца в газоплазменном аргоновом потоке…
9
Среднемассовая скорость потока изменяется по закону
0
( )
exp β ,
z
w z w
l
⎛
⎞
=
−
⎜
⎟
⎝
⎠
где
w
0
— скорость газа на входе в ГХР
.
В рамках сделанных допущений система уравнений, определяю-
щих изменение концентраций компонентов
( )
i
n z
в зависимости от
безразмерной координаты
/ ,
z z l
=
имеет вид
(
)
10
10
14
1
1
1
d ( )
exp (β )
( )
( )
.
d
iq
iq
i
x
iq q
q
iq
i
i
q
i
i
n z t
z
k T n k T n
z
+
−
ν
ν
+ − +
−
=
=
=
⎡
⎤
=
ν − ν
−
⎢
⎥
⎣
⎦
∑
∏
∏
(3)
Здесь
0
/
x
t
l W
=
— время пролета газовой смесью области ГХР;
iq
+
ν
и
iq
−
ν
— стехиометрические коэффициенты
i
-го компонента в
q
-й ре-
акции.
В качестве начальных условий к (3) при
0
z
=
задавались концен-
трации атомарных компонентов на входе в реакционную зону: арго-
на —
n
Ar
(0), кремния —
n
Si
(0), водорода —
n
H
(0) и кислорода
n
О
(0) =
= 2
n
Si
(0). Концентрации всех молекулярных
компонентов (см.
табл. 1) равнялись нулю.
По результатам численного решения (3) установлено, что кон-
центрации реагентов на выходе из ГХР существенно зависят от ха-
рактерного времени пролета зоны газофазных реакций
t
x
, т. е. от сте-
пени неравновесности протекающих процессов.
Для анализа полученных результатов использована относитель-
ная концентрация элемента
A
в
i
-м веществе, %:
( )
( )
( )
100,
(0)
Ai
i
i
A
i
x z n z
n
ξ
=
⋅
где
Ai
ξ
— число атомов элемента
A
в
i
-м веществе.
На рис. 2 дана зависимость концентрации кремнийсодержащих
(рис. 2,
а
)
( )
Si
( 1)
i
x z
=
и кислородсодержащих (рис. 2,
б
)
( )
O
( 1)
i
x z
=
сое-
динений на выходе из ГХР от времени пролета
x
t
для
n
Si
(0) = 10
23
м
–3
,
n
О
(0) = 2·10
23
м
–3
и
n
Н
(0) = 4,5·10
23
м
–3
. Графики свидетельствуют о том,
что относительные концентрации парообразного кремния на выходе из
ГХР достигают максимальных значений (около
(Si)
Si
(1)
x
= 0,9) при
3
2
5 10 с
5 10 с.
x
t
−
−
⋅
≤ ≤ ⋅
(4)
При этом свободный кислород на выходе ГХР практически от-
сутствует, а наблюдается максимум относительной концентрации
кислорода, содержащегося в парах воды.
