Des chercheurs chinois ont développé un modèle de chauffage électrique pour maintenir des températures de matériaux uniformes dans un nouveau réacteur industriel Siemens à quatre anneaux et 80 barres.
17 octobre 2025
Une équipe chinoise dirigée par des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Kunming et de Yunnan Yuntong Zinc Corporation a construit un modèle pour simuler le traitement électrothermique de barres de silicium en forme de U dans un nouveau réacteur industriel Siemens à quatre anneaux et 80 barres.
Notant que des travaux antérieurs avaient démontré que l’utilisation de courant alternatif (CA) à haute fréquence pouvait « améliorer considérablement l’uniformité de la température des tiges de polysilicium en raison de l’effet cutané », même dans des réacteurs beaucoup plus petits, les chercheurs ont développé un nouveau modèle de chauffage. Cela incluait le comportement thermique et électrique et les interactions multi-anneaux d’un réacteur de réduction de polysilicium à grande échelle.
Dans leur étude intitulée « Uniformité de la température au sein du silicium en forme de U installé dans un nouveau réacteur Siemens à 80 tiges avec un noyau à haute teneur en silicium », publiée dans Results in Engineering, l’équipe de recherche a décrit une étude des effets du chauffage par courant continu (CC) et CA sur les performances thermiques et électriques dans un four de réduction de polysilicium.
L’objectif était de favoriser une répartition plus uniforme de la température entre le centre et la surface de la tige de silicium, améliorant ainsi l’efficacité énergétique du processus.
Des simulations numériques de matériaux en silicium polycristallin ont été réalisées à l’aide du logiciel Comsol. Cette étude a également utilisé un modèle de chauffage Joule, un modèle à courant continu et un modèle de transfert de chaleur. Des détails ont également été donnés sur la façon dont les conditions aux limites, les paramètres clés et les gradients de température à l’intérieur du réacteur sont déterminés.
Pour vérifier l’exactitude de la simulation, les tensions obtenues à partir du modèle ont été comparées aux données d’un réacteur industriel de réduction en polysilicium à 80 tiges.
L’analyse a montré que le modèle prédisait « avec précision » le comportement thermique et électrique avec une erreur relative inférieure à 10 %, selon le document.
Les chercheurs ont déclaré que le chauffage AC « améliore considérablement l’uniformité de la température » et que les températures centrales peuvent être abaissées en changeant la fréquence. L’équation de régression développée par l’équipe de recherche sur la base des données moyennes de quatre anneaux permettrait de prédire avec précision avec une erreur relative moyenne de seulement 4,62 %.
Les chercheurs ont également noté une interaction « forte » entre fréquence et diamètre entre 5 kHz et 200 kHz. Au-dessus de 300 kHz, la différence de température se stabilise et l’effet d’interaction s’affaiblit.
L’équipe de recherche comprenait des membres de la Yunnan Yuntong Zinc Company, de l’Université des sciences et technologies de Kunming, du silicium cristallin de haute pureté du Yunnan Tongwei, une division de la ville de Tongwei, et de l’Institut de recherche métallurgique de Kunming.
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