Projektbeschreibung

Hochreines Polysilizium ist das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Photovoltaikanlagen und Mikrochips. Es wird industriell mit dem Siemens-Verfahren hergestellt, in dem metallurgisches Silizium in mehreren Prozessschritten zu Polysilizium umgewandelt wird. Ein zentraler Schritt der Herstellung ist die chemische Gasphasenabscheidung aus einem Gasgemisch von Chlorsilanen und Wasserstoff an der Oberfläche elektrisch beheizter Siliziumstäbe, bei etwa 1000 °C. Es handelt sich um einen sehr energieintensiven Prozess, sodass die Verbesserung der energetischen Effizienz sowohl aus einer wirtschaftlichen als auch einer Nachhaltigkeitsperspektive von großer Relevanz ist. Gleichzeitig sind auch die hohen Qualitätsanforderungen an das Produkt zu erfüllen. Für ein tiefgehendes Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen chemischen Reaktionen und Transportvorgängen in der Siemens-Abscheidung ist ein experimentell validiertes, dreidimensionales Modell erforderlich.

Um den gesamten Reaktionsmechanismus besser zu verstehen und eine akzeptable Vorhersagekraft sowie numerische Effizienz zu erzielen, ist die Analyse und geeignete Anpassung des reaktionskinetischen Modells ein wesentlicher Teil dieses Projekts. Die Validierung erfolgt anhand von Versuchen im Labor- und Produktionsmaßstab. Das Modell soll die Grundlage für eine numerische Prozessoptimierung bilden, und somit zu einer nachhaltigen Verbesserung der Energieeffizienz, Produktqualität und Prozessstabilität in der Polysiliziumherstellung beitragen.