多晶硅技术介绍.doc

多晶硅技术介绍一、多晶硅概况1、多晶硅的定义多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。2、多晶硅产品分类多晶硅按照纯度不同可分为冶金级（金属硅）、太阳能级、电子级。(1)、冶金级硅（MG）：硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成，一般硅含量在95%左右，最高可达99.8%以上。(2)、太阳能级硅（SG）：纯度介于冶金级与电子级硅之间，一般纯度在99.99%（4N）至99.9999%(6N)之间。 (3)、电子级硅（EG）：硅含量在99.9999%（6N）以上，超高纯度达到99.9999999%(9N)-99.999999999%(11N)。3、多晶硅产品品质多晶硅的纯度要求相当高，纯度决定产品质量。引进美国世界一流技术生产的多晶硅产品其纯度达到11N（11个9)，受主杂质含量为0.05-0.1ppba(十亿分之一原子比)，即P型电阻率5400-2700欧姆/cm；施主杂质含量为0.05-0.4ppba，N型电阻率不小于500欧姆/cm；重金属杂质含量，即Fe、Ni、Cr、Cu总合在晶体内不超过1-10ppba，在晶体表面不超过2-10ppba；碱金属杂质含量在晶体内应1.0ppba，在晶体表面应1.5ppba；碳含量为0.1-0.2ppma(百万分之一原子比)。4、多晶硅用途（1）太阳能电池，将辐射能转变为电能；（2）高纯的晶体硅，作为重要的半导体材料；（3）金属陶瓷、宇宙航行的重要材料；（4）光导纤维通信，是最新的现代通信手段；（5）性能优异的硅有机化合物。 二、工艺选择目前国内外厂家主要采用改良西门子法、硅烷分解法、流化床法三种工艺技术或其改进技术生产太阳能级多晶硅和电子级多晶硅。太阳能级多晶硅技术与工艺主要掌握在美国、日本、德国以及挪威等国家的几个主要生产厂商中，形成了技术封锁和垄断。我国的多晶硅生产厂家大多采用改良西门子工艺。比较内容改良西门子法硅烷热分解法流化床法原料氯气和氢气合成HCl(或外购HCl)，工业硅粉。氯气和氢气合成HCl(或外购HCl)，工业硅粉。SiCl4、H2、HCl和工业硅。中间产品SiHCl3SiH4主要流程SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气回收和SiHCl3的氢化分离。与改良西门子法接近，SiCl4氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法来制取，然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉中生产纯度较高的多晶硅。在高温高压流化床内（沸腾床）生成SiHCl3，将SiHCl3进一步岐化加氢反应生成SiH2Cl2，继而生成硅烷气。制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续的热分解反应，生成多晶硅产品。产品状态棒状粒状产品级别电子级、太阳能级电子级、太阳能级电子级、太阳能级技术优点该方法通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗。通过采用SiCl4氢化和尾气干法回收工艺，明显降低了原辅材料的消耗。改良西门子法是目前生产多晶硅最为成熟、投资风险最小、最容易扩建的工艺。由于在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，故该方法生产效率高、电耗低、成本低。技术缺点改良西门子法生产多晶硅属高耗能产业，其中电力成本约占总成本的70-90%。易发生严重的爆炸事故。安全性较差，危险性较大，产品的纯度也不高。应用公司国内外现有的多晶硅厂大多采用此法生产太阳能级与电子级多晶硅。所生产的多晶硅占当今世界生产总量的70-80%。日本的小松公司美国联合碳化合物公司；挪威可再生能源公司（REC）、德国瓦克公司（Wacker）、美国的HemLock和MEMC公司等。改良西门子法已由敞开式生产发展到闭环生产，并已进入了第三代闭环大生产，可以将产物中H2、SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4、HCl等循环利用。其流程由SiHCl3生产体系、SiCl4转化反应体系、SiHCl3还原生产多晶硅体系3个反应子系统组成。具体包括硅粉与HCl反应生成SiHCl3，同时生成SiCl4、H2和SiH2Cl2；接着产物中的SiCl4与硅粉、H2反应生成SiHCl3，同时生成SiH2Cl2和HCl。再将上述两体系中的SiHCl3作为原料与H2反应