Расчёт состава основного и вспомогательного оборудования для получения мультикремния

Из описания технологии процесса изготовления мультикремния (п. 1.3) выбираем состав необходимого оборудования, который представлен в табл. 5 и табл. 6.

 

Таблица 5.

Основное и вспомогательное оборудование для производства поликристаллического кремния методом карботермического восстановления

 

№ п/п	Наименование оборудования	Марка	Примечание
Основное оборудование
	Дробильная мельница для кварца	Активатор-С 100	-
	Электрорезистивная печь	ДП-1	-
	Электродуговая печь	РКО-2.5	-
	Установка высокотемпературного рафинирования	АГАТ	-
	Установка для плазмохимической чистки	На заказ	-
Вспомогательное оборудование
	Вытяжной шкаф для травления кристаллов SiC	Лаб-1200	-
	Шкаф для хранения реактивов	-	-
	Монтажный стол	-	-
	Стол для документов	-	-
	Стул	-	-

 

продолжение табл. 5

	Тележка для переноса готового поликристаллического кремния	-	-
	Шкаф для сменной одежды	-	-
	Раковина для воды	-	-

 

Таблица 6.

Основное и вспомогательное оборудование для производства мультикремния из поликристаллического кремния.

 

№ п/п	Наименование оборудования	Марка	Примечание
Основное оборудование
	Установка для направленной кристаллизации	"Элкем"
Вспомогательное оборудование
	Вытяжной шкаф для нанесения слоя нитрида кремния на кварцевый тигель	Лаб-1200	-
	Установка автоматического измерения времени жизни неосновных носителей заряда	Тауметр-2М	-
	Установка для четырёхзондового метода измерения удельного сопротивления полупроводника	-	-
	Станок для резки блока мультикремния	-	-
	Станок для упаковки мультикремния	-	-
	Тележка для переноски кремния	-	-
	Верстак	-	-
	Полки для хранения тиглей	-	-
	Стол для документов	-	-

продолжение табл. 6

	Стул	-	-
	Шкаф для хранения реактивов	-	-
	Механическая система блоков для поднятия блока мультикремния	-	-
	Раковина для воды	-	-

 

 

Расчёт количества оборудования проводится с учётом того, что до 75 % (в худшем для нас случае) полученного методом Бриджмена мультикремния отбраковывается (обрез боковых, верхней и нижней граней блока) и вновь идёт на стадию очистки от бора и фосфора. Таким образом, для организации производства 12т годного мультикремния необходимо производить 48т методом Бриджмена (4т выплавки в месяц).

 

1. Количество установок для направленной кристаллизации методом Бриджмена. Производительность установки составляет 400кг/цикл. То есть, установку необходимо запускать 10 раз в месяц. Длительность одного цикла составляет 50 часов. Таким образом, из 30.4 суток в месяц установка будет занята в течение 50*10/24=20.84 суток.

За 50 часов цикла установка находится как в нагревающем, так и в охлаждающем состоянии, кроме того, присутствует некоторое время на загрузку-разгрузку блоков кремния. Получаем, что, 30,4-20,84=9,56 суток каждый месяц можно тратить на плановый технический осмотр и ремонт, и для цеха достаточно 1 установки.

 

2. Количество установок для плазмохимической чистки. Производительность установки составляет 2.5кг/цикл. Длина цикла составляет 0.5ч. Значит, за одну восьмичасовую рабочую смену установка очищает:

 

М = П*Т*кпд, (11)

 

где П - производительность установки 2.5кг/ 0.5 часа,

Т - рабочее время. При стандартной смене в 8 часов, время работы установки составляет 7 часов (с учётом перерыва),

кпд - для всех установок, включающее в себя задержки человеческого и технического факторов, примем равным 80%.

 

Таким образом, одна установка очищает в течение рабочей смены 28кг кремния, в течение суток 84 кг кремния, а в течение среднего месяца в 30.4 дня - 1764 кг (5 рабочих дней в неделю). При необходимой норме очистки 4000кг/месяц, минимально необходимое количество установок равно 3м. Два выходных дня, а также некий запас выработки кремния установками дают возможность спокойного планового ремонта, а, при всех трёх рабочих установках, возможность их чередовать, и снизить скорость их износа. Итак, в цех необходимо 3 установки.

 

3. Количество установок высокотемпературного рафинирования кремния. Производительность установки составляет 100кг/3ч. Это достаточно небольшая установка, она является компромиссным вариантом между удобством (при понижении порций загрузки) и энергосбережением (при увеличении порций). Такая установка, работая всего лишь одну смену стандартной 40 часовой рабочей недели, и производя две загрузки за рабочий день, смогла бы очищать 4200кг кремния. Длительность двух циклов составляет 6 часов, поэтому кпд на технический и человеческий факторы мы не вводили (имея на них до 2ч/день в запасе). Кроме того, необходимый ремонт установки может производиться в свободное от её работы время. 1 установка.

 

4. Количество установок карботермического восстановления. Надо отметить, что мы говорим не об одной установке, а о блоке установок из электродуговой печи, вытяжного шкафа для очистки поверхности кристаллов карбида кремния и электрорезистивной печи для получения непосредственно кремния. Каждая из этих установок имеет производительность 10кг кремния за цикл 6.5ч. Таким образом, за одну рабочую смену мы получаем 10кг кремния, за рабочие сутки 19.5 кг кремния, а за стандартный 30.4-дневный месяц 409.5 кг кремния. Количество кремния, необходимое передать на дополнительную чистку - 1т в месяц (ещё 3т мы получаем как отбраковку после направленной кристаллизации). Поэтому, учитывая постоянный нагрев установок и необходимость частого планового осмотра и ремонта, число установок -3.

 

5. Количество дробильных мельниц. Производительность их 100кг/час. Таким образом, за рабочие сутки мельница может измельчать до 2.4т кварцевого песка, что значительно больше необходимого. Но, учитывая важность стадии производства и ломкость оборудования, число размещённых установок равно 2.

Число установок на всех этапах производства представлено в табл. 7 и табл.8.

 

6. Также нам необходимы в отдел контроля качества установка контроля времени жизни неосновных носителей заряда и установка контроля удельного сопротивления кремния. Обе установки необходимы в количестве 1 штуки, и смог за это время проверять и качество произведённого мультикремния,и качество полученных после метода Бриджмена обрезов блока, и выборочно качество промежуточного поликристаллического кремния.

 

 

Таблица 7.

Количество основного и вспомогательного оборудования для производства кремния годовым объёмом 12т на этапе получения поликристаллического кремния методом карботермического восстановления.

№ п/п	Наименование оборудования	Производительность оборудования	Количество
Основное оборудование
	Дробильная мельница для кварца	100кг/ч
	Электрорезистивная печь	10кг/6,5ч
	Электродуговая печь	10кг/6,5ч
	Установка высокотемпературного рафинирования	100кг/3ч
	Установка для плазмохимической чистки	2,5кг/0,5ч
Вспомогательное оборудование
	Вытяжной шкаф для травления кристаллов SiC	-
	Шкаф для хранения реактивов	-
	Монтажный стол	-
	Стол для документов	-
	Стул	-
	Тележка для переноса готового поликристаллического кремния	-
	Шкаф для сменной одежды	-

 

Таблица 8.

Количество основного и вспомогательного оборудования для производства кремния годовым объёмом 12т на этапе производства мультикремния методом Бриджмена.

 

№ п/п	Наименование оборудования	Производительность	Количество
Основное оборудование
	Установка для направленной кристаллизации	400кг/50ч
Вспомогательное оборудование
	Вытяжной шкаф для нанесения слоя нитрида кремния на кварцевый тигель	-
	Установка автоматического измерения времени жизни неосновных носителей заряда	-
	Установка для четырёхзондового метода измерения удельного сопротивления полупроводника	-
	Станок для резки блока мультикремния	-
	Станок для упаковки мультикремния	-
	Тележка для переноски кремния	-
	Верстак	-
	Полки для хранения материалов	-
	Стол письменный	-
	Стул	-
	Шкаф для хранения реактивов	-

продолжение табл. 8

Механическая система блоков для поднятия блока мультикремния

-