多晶硅制作工藝.doc

多晶硅制作工藝流程1、改良西門子法是目前主流的生產(chǎn)方法 多晶硅是由硅純度較低的冶金級(jí)硅提煉而來，由于各多晶硅生產(chǎn)工廠所用主輔原料不盡相同，因此生產(chǎn)工藝技術(shù)不同；進(jìn)而對(duì)應(yīng)的多晶硅產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、用途、產(chǎn)品檢測(cè)方法、過程安全等方面也存在差異，各有技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)秘密，總的來說，目前國(guó)際上多晶硅生產(chǎn)主要的傳統(tǒng)工藝有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。改良西門子法是目前主流的生產(chǎn)方法，采用此方法生產(chǎn)的多晶硅約占多晶硅全球總產(chǎn)量的85。但這種提煉技術(shù)的核心工藝僅僅掌握在美、德、日等7家主要硅料廠商手中。這些公司的產(chǎn)品占全球多晶硅總產(chǎn)量的90%，它們形成的企業(yè)聯(lián)盟實(shí)行技術(shù)封鎖，嚴(yán)禁技術(shù)轉(zhuǎn)讓。短期內(nèi)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)壟斷封鎖的局面不會(huì)改變。在未來15-20年內(nèi)，采用改良西門子法工藝投產(chǎn)多晶硅的資金將超過1,000億美元，太陽能級(jí)多晶硅的生產(chǎn)將仍然以改良西門子法為主，改良西門子法依然是目前生產(chǎn)多晶硅最為成熟、最可靠、投產(chǎn)速度最快的工藝，與其他類型的生產(chǎn)工藝處于長(zhǎng)期的競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，很難相互取代。尤其對(duì)于中國(guó)的企業(yè)，由于技術(shù)來源的局限性，選擇改良西門子法仍然是最現(xiàn)實(shí)的作法。在目前高利潤(rùn)的狀況下，發(fā)展多晶硅工藝有一個(gè)良好的機(jī)遇，如何改善工藝、降低單位能耗是我國(guó)多晶硅企業(yè)未來所面臨的挑戰(zhàn)。2、西門子改良法生產(chǎn)工藝如下： 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能降耗顯著、成本低、質(zhì)量好、采用綜合利用技術(shù)，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染，具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。改良西門子工藝法生產(chǎn)多晶硅所用設(shè)備主要有：氯化氫合成爐，三氯氫硅沸騰床加壓合成爐，三氯氫硅水解凝膠處理系統(tǒng)，三氯氫硅粗餾、精餾塔提純系統(tǒng)，硅芯爐，節(jié)電還原爐，磷檢爐，硅棒切斷機(jī)，腐蝕、清洗、干燥、包裝系統(tǒng)裝置，還原尾氣干法回收裝置；其他包括分析、檢測(cè)儀器，控制儀表，熱能轉(zhuǎn)換站，壓縮空氣站，循環(huán)水站，變配電站，凈化廠房等。（1）石英砂在電弧爐中冶煉提純到98%并生成工業(yè)硅，其化學(xué)反應(yīng)SiO2+CSi+CO2（2）為了滿足高純度的需要，必須進(jìn)一步提純。把工業(yè)硅粉碎并用無水氯化氫(HCl)與之反應(yīng)在一個(gè)流化床反應(yīng)器中，生成擬溶解的三氯氫硅(SiHCl3)。其化學(xué)反應(yīng)Si+HClSiHCl3+H2反應(yīng)溫度為300度，該反應(yīng)是放熱的。同時(shí)形成氣態(tài)混合物(2, 1,Si13, SiC14, Si)。（3）第二步驟中產(chǎn)生的氣態(tài)混合物還需要進(jìn)一步提純，需要分解: 過濾硅粉，冷凝Si13,SiC14，而氣態(tài)2,1返回到反應(yīng)中或排放到大氣中。然后分解冷凝物Si13, SiC14，凈化三氯氫硅（多級(jí)精餾）。（4）凈化后的三氯氫硅采用高溫還原工藝，以高純的SiHCl3在H2氣氛中還原沉積而生成多晶硅。其化學(xué)反應(yīng)SiHCl3+H2Si+HCl。多晶硅的反應(yīng)容器為密封的，用電加熱硅池硅棒（直徑5-10毫米，長(zhǎng)度1.5-2米，數(shù)量80根），在1050-1100度在棒上生長(zhǎng)多晶硅，直徑可達(dá)到150-200毫米。這樣大約三分之一的三氯氫硅發(fā)生反應(yīng)，并生成多晶硅。剩余部分同2,1,Si13,SiC14從反應(yīng)容器中分離。這些混合物進(jìn)行低溫分離，或再利用，或返回到整個(gè)反應(yīng)中。氣態(tài)混合物的分離是復(fù)雜的、耗能量大的，從某種程度上決定了多晶硅的成本和該 3工藝的競(jìng)爭(zhēng)力。在西門子改良法生產(chǎn)工藝中，一些關(guān)鍵技術(shù)我國(guó)還沒有掌握，在提煉過程中70%以上的多晶硅都通過氯氣排放了，不僅提煉成本高，而且環(huán)境污染非常嚴(yán)重。在“十一五”期間，為實(shí)現(xiàn)采用改良西門子工藝的多晶硅的產(chǎn)業(yè)化，建議開展下述課題研究：基于SiHCl3氫還原法的低電耗多晶硅生成反應(yīng)器技術(shù)；干法回收中H2、HCl、SiHCl3、SiC