王友承

（浙江思博恩新材料科技有限公司，浙江 嘉善 314117）

以三氯氢硅做为硅源，在常压高温下与H2发生还原反应是目前多晶硅企业中应用最广泛的方法，此方法是由德国西门子公司发明，因而命名为“西门子生产多晶硅方法”[1，2]。对此反应的研究已有较多报道，但从活化能角度看探讨三氯氢硅和H2反应最容易生产硅的原理还未见报道。本文基于密度泛函理论方法，模拟三氯氢硅还原反应过程，搜索各反应中可能出现的过渡态，从分子角度探讨多晶硅还原反应机理。通过软件Materials Studio5.0计算比较反应过渡态中的活化能垒来确定反应能否进行及进行的难易程度。

1 计算方法

本文计算采用Accelrys公司开发的MS软件中DMol3量子力学模块进行计算。通过LST/QST搜索算法计算三氯氢硅还原反应中不同反应路径出现的过渡态。分子结构优化在DND基组上完成；泛函选择GGA/BP。全部计算工作均在个人微机上完成。

2 结果与讨论

2.1 三氯氢硅还原反应机理分析

多晶硅的还原工序是在温度为1100℃左右的还原炉内以H2流携带SiHCl3通过化学气相沉积法来还原生产多晶硅。从还原产物来看主要发生反应通道有path a、path b，以及SiHCl3和产物HCl反应通道path c,如图1所示。

图1 气相SiHCl3和H2、HCl反应机理Fig.1 Mechanism form the reaction of SiHCl3-H2-HCl in gas phase

从图1中可以看出，在SiHCl3在还原工序中不仅有多晶硅生成，同时还有SiCl4、HCl及SiH2Cl2等副反应生成。由于在实际生产中，副反应不可避免，但对工艺过程加以控制，可以尽量减少副反应发生，减少副产物的生成，提高转化率。另一方面对于副产物必须进行综合利用，使其转化为有用的原料或产品。……