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西门子MAXUMII色谱仪在多晶硅生产中的应用

发布时间:2016-02-25作者:智汇张瑜

  由于太阳能安全可靠、成本低、无污染,所以其需求正不断上升;而且因为电能成本不断增加,与传统能源相比,太阳能的成本更具有竞争力。太阳能取之不尽,用之不竭,将主宰未来的整个能源结构。

  利用太阳能电池将太阳能直接转换为电能的技术称为光伏发电技术(PV)。多块电池串联在一起,并封装在玻璃板(图3)内形成一个模块电池。由于全世界对太阳能的需求不断上升,近几年也逐步扩大了太阳能电池和光伏组件的生产。自从1954年第一个太阳能电池问世以来,正以平均每年40%的速度增长。全世界太阳能电池的生产主要集中在美国(50%)、日本(24%)和德国(18%),但是近年来其它国家已经计划或者正在新建很多工厂。太阳级多晶硅光伏电池的原材料是硅(Si),过去主要来源于硅的次品和废品,是在多晶硅的提纯或者在铸锭和晶片制造过程中生产出来的;但是所谓的“太阳级”硅的需求有别于半导体用硅的需求。一方面,太阳级多晶硅的纯度没有必要达到半导体级那么高;但是因为产能巨大必须保证质量稳定。因此,需要进行过程分析,主要是过程气相色谱仪,以监控生产过程,确保纯度要求,并优化多晶硅生产,提高产品质量和产品产量。西门子是享誉世界的过程分析仪和解决方案提供商。在多晶硅领域拥有丰富的经验,可对工艺过程控制和优化提供最佳的解决方案。

  西门子解决方案

  在线过程分析

  通常而言,离线的实验室气相色谱仪用于这个应用,需要将样品取到实验室,不可避免造成样品与空气接触受到污染,而且由于较长的取样间隔导致分析结果的滞后。西门子过程分析仪器具有长期可靠的氯硅烷应用的经验,而且设计了一套解决方案,这套解决方案以过程气相色谱仪为基础,使用了MAXUMII在线色谱仪和特定的样品预处理系统。连续采样连续分析,整个采样分析过程在密闭的系统中完成,这样就不需要断开和连上取样钢瓶,样品不会在大气中暴露,即避免了污染风险,又大大增加了采样频率。西门子已经安装了超过100套这种针对在线氯硅烷分析仪系统。

  专业的分析方法和特殊的MAXUMII配置

  MAXUMIIPGC由于模块化设计以及分析配置方面具有很高的灵活性而著称。要在多晶硅工艺中实现不同的测量任务,就要使用MAXUMII的不同功能:

  空气浴柱箱,带防腐蚀吹扫

  恒温柱箱或者程序升温

  根据反应和性能特别选择的分离色谱柱类型

  对载气进行的特殊的机械式和化学式干燥

  对吹扫气进行的干燥

  使用特殊的进样和柱切技术(无阀切换,参见下文)

  使用不同类型的检测器

  使用抗腐蚀性物质和特殊的密封组件

  特殊的样品预处理装置

  基于丰富的安装经验,样品预处理系统考虑了以下因素:

  高度防泄漏设计

  所有接触样品的部件(例如,管道、阀、压力调节器和流量计)的材料都是抗腐蚀性物质

  使用特殊的密封组件和装配技术

  专门针对维护和更换标气瓶等附加的管道吹扫步骤的设计

  额外用干燥的吹扫气吹扫机箱和分析小屋

  硬件表面防腐蚀

  无阀切换

  对于使用高分辨率的毛细管柱的色谱仪来说,MAXUMII同时提供了无阀柱切,从而为少量的样品提供了高性能的柱切和长期稳定性及可靠性。无阀柱切可以进行反吹、中心切割,或者分配到两个不同的色谱柱中,而不需要任何切换阀,或者没有和样品直接接触的运动部件。无阀切换是由压差(压差由精准的电子压力控制器控制)通过一个独特的模块(图4)实现的。由于无阀柱切具有零死体积的特征,所以非常适用于带毛细管柱的低流速系统。这就降低了柱切装置的维护频率,提高了分离能力并简化了复杂的分离过程。反吹技术的分析时间非常短,特别是和实验室GC操作相比。

  痕量分析

  对痕量杂质的分析非常重要,可以确保太阳级多晶硅(99.99%或者99.999%)的质量,特别是硼和磷这种非常重要的杂质。通常ppb级别的痕量组分,例如甲基二氯硅烷(MeHSiCl2)不能使用传统的检测器如TCD和FID来分析。

  西门子的解决方案是用脉冲放电氦离子检测器(PDHID,VICI提供,用在MAXUMII)来检测,这个检测器可以检测有机和无机组分。在相应的分离条件下,PDHID的灵敏度比FID或者TCD好至少1个数量级。

  交钥匙的测量解决方案

  这个解决方案是在多年硅烷分析经验的基础上提出的。从样品提取、样品预处理到分析仪和安装结构,所有部分都是一个紧密联系的测量系统。

  连续测量

  不同于实验室的间断采样分析,没有人为因素影响,可长时间保持分析数据的重复性和稳定性。

  准确、快速、可靠的测量

  经过全世界无数安装实例验证的特殊的样品预处理系统

  所有接触样品的部件的材料都是非腐蚀性物质

  无阀柱切和高灵敏度的检测器,所以分析性能很高(图6)

  直接的过程控制能力

  通过闭环控制实现过程优化

  通过流路切换和自动标定,实现样品预处理装置的自动控制

  现场安装

  MAXUMII经过认证,可以用于危险区(ATEX,CSA,NEC,NEPSI)

  MAXUMII适用于室温-18oC~+50oC。不需要带门的分析小屋,机柜就足够。

  MAXUMII安装在靠近取样点的位置:缩

  先进的控制和通讯能力

  直接与DCS连接

  整合到通讯网络中(Modbus,以太网TCP/IP)

  远程访问和维护

  通过集线器和网关易于与其它分析仪组网

  与SIMATICScalance组件兼容

  客户利益

  通过使用过程分析仪,可以降低成本,增加产出

  使用在线测量的数据可以进行过程控制和优化

  有效提高开工水平,确保产品质量稳定

  实时监控工艺过程,确保安全生产

  短了管道长度,所以降低了安装成本;快速回路短,所以分析很快。

公司简介

宜科(天津)电子有限公司是中国工业自动化的领军企业,于2003年在天津投资成立,销售和服务网络覆盖全国。作为中国本土工业自动化产品的提供商和智能制造解决方案的供应商,宜科在汽车、汽车零部件、工程机械、机器人、食品制药、印刷包装、纺织机械、物流设备、电子制造等诸多领域占据领先地位。宜科为智慧工厂的整体规划实施提供自系统层、控制层、网络层到执行层自上而下的全系列服务,产品及解决方案涵盖但不局限于云平台、MES制造执行系统、工业现场总线、工业以太网、工业无线通讯、机器人及智能设备组成的自动化生产线、自动化电气控制系统集成、智能物流仓储系统等,以实现真正智能化的生产制造,从而带来生产力和生产效率的大幅提升,以及对生产灵活性和生产复杂性的管理能力的大幅提升。多年来,宜科以创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地为中国制造业的发展提供全面支持,并以出众的品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求,在业界独树一帜。帮助中国制造业转型升级,加速智能制造进程,成为中国工业4.0智慧工厂解决方案当之无愧的践行者。

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