晶体硅材料是半导体行业和太阳能行业的基石,根据用途的不同分为光伏级和电子级,后者对制备工艺有着更苛刻的要求。改良西门子法是当前多晶硅材料制备的主流工艺,在还原工段,原料气体在高温的硅芯表面发生化学气相沉积反应（CVD）,实现晶体硅的沉积生长。尽管我国多晶硅材料总产能已居世界第一,但电子级多晶硅每年进口仍以十万吨计。为了满足电子级多晶硅产品对沉积质量的要求,国内企业通常会降低沉积速率,但这会导致原料转化率下降,单耗大幅增加。本文选取现役9对棒电子级多晶硅还原炉,研究了还原炉内多晶硅沉积条件,提出并实验验证了优化方案,并提出了还原炉耦合方案实现了尾气回收。主要研究内容如下:本文引入模拟仿真技术对还原炉及还原工艺进行建模研究。借助STR开发的基于计算流体力学（简称CFD）的PolySim ^TM软件,对还原工艺中物理及化学过程,包括气体湍流（基于k-模型）、硅棒和气体之间热传导、热辐射、硅棒电流加热、硅棒表面生长等进行建模。通过内置的解算器实现对Navier-Stokes方程、焓变方程、湍流方程等的联立求解和各参数收敛值的迭代计算,利用可视化模块得到了相关参数在炉内的分布云图。基于PolySim ^TM软件完成了现役还原炉体及工艺建模研究,分析了现役还原炉流场、温场的分布特点,提出并实验验证了炉体结构优化方案,取得了符合预期的优化效果。通过对工艺过程进行建模拟合,比较和分析了典型工况下,SiHCl₃（简称TCS）与H₂的流量、配比、多晶硅沉积区域温度、硅棒表面流速以及炉壁发射率等对多晶硅总产量、沉积速率、单位能耗以及TCS一次转化率等的影响规律。在完成现役炉体建模的基础上,提出了多个耦合模式下单还原炉炉体结构方案并完成了建模研究,对各方案下温场、流场和边界层厚度进行了比较分析,择优选择了15 mm和9 mm喷嘴直径间隔布置作为耦合还原炉底盘方案。进一步确定了耦合还原炉的实现方案,实现了耦合模式下前后两台还原炉及管线的建模,计算得到了指定工况下耦合还原炉的工艺特征。通过对上述问题的研究,为系统地理解还原工艺特点,改善多晶硅沉积质量,进一步开拓节能降耗的方法提供了理论指导,对电子级多晶硅制备工艺优化和耦合工艺实现具有较强的参考意义。