多晶硅相关介绍

第一章、多晶硅概况多晶硅的根本概况有关硅产品的概念1297~119的本征级。多晶硅的根本概念粒，这些晶粒结合起来，则形成多晶硅。多晶硅的物理化学性质及其与单晶硅的区分多晶硅是人工提取的高纯材料，其英文名为polysilicon，分子式Si，分子量28.08，熔点1412352.32~2.3。切割时易碎裂。加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。常温下不活泼，高温子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的根底材料。方向、导电类型和电阻率等多晶硅产品分类多晶硅按纯度分类可以分为冶金级〔金属硅、太阳能级、电子级。MSi为9599.8%以上。太阳级硅〔SG：纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，至今未有明确界定。一般认为含Si99.99~99.9999%。电子级硅〔EG：一般要求含Si99.9999%以上，超高纯达到99.9999999%~99.999999999%.多晶硅产品的品质纯度到达11个90.05~0.1ppba〔ppba为十亿分之一原子比p型电阻率5400~2700欧/厘米；主杂质含量为0.05~0.4ppba，n型电阻率不小于500欧/厘米；重金属杂质含量，即Fe、Ni、Cr、Cu总和在晶体内不超过1~10ppba，在晶体外表不超过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;〔ppma为百万分之一原子比。多晶硅产品的用途多晶硅产品的主要用途如下：可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能；高纯的晶体硅是重要的半导体材料；金属陶瓷、宇宙航行的重要材料光导纤维通信，最的现代通信手段；性能优异的硅有机化合物。高纯多晶硅是最重要的电子信息根底材料，被视为“微电子大厦的基石”格外广泛，除IT产业外，它还主要运用于太阳能光伏电池板和可控硅元件的生产。由于硅材料的工艺成熟、质量好、原料丰富、价格相对较低，因而在将来的50年里，还不行能有其他材料能够替代硅材料而成为电子信息和光伏产业主要原材料。在IT产业中，多晶硅用于生产单晶硅。单晶硅即硅半导体，是多晶硅的衍生产品，它成电路的生产中。多晶硅的另一大用途是直接用于制造太阳能光伏电池板，或加工成单晶硅后再用于制造PN结，然后承受丝网印刷法，将银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面上涂减反射膜等一系列工艺加工成太阳能电池单体片98%55%，单晶硅电池约占36%，其它硅材料电池约占70%。由于多晶硅光伏电池的制造本钱较低，光电转换效率较高(20%)，因而得到快速进展。其次章、多晶硅的生产工艺及技术进展多晶硅的生产方法按硅沉积反响时使用原料的不同，目前世界上批量生产多晶硅的方法分为使用硅烷作原料的硅烷热分解法和使用三氯氢硅作原料的改进西门子法西门子法目前是多晶硅生产的主流工艺，约占总产量的75%以上。改进西门子法生产流程改进西门子法大体可分为6个工序，即氯化、精制、复原、尾气回收、氢化和后处理，工艺流程氯化工序是在流化床反响器中用纯度约 99%的金属硅(工业硅)与HCI反响生SiHC13(三氯氢硅)。精制工序承受多级分馏塔对三氯氢硅进展精制，除去S”C14及硼、磷等有害杂质。复原工序是在化学蒸发沉积反响器(复原炉)内加氢复原三氯氢硅，先在复原炉中预先放置初始硅棒，利用特别的启动装置来对初棒进展预热，然后对初棒直接通电加热，三氯氢硅复原后在初棒上沉积出多晶硅棒尾气回收工序对来自复原炉的三氯氢硅四氯化硅和氢气等进展分别、净化和回收。氢化工序是在高压反响器内把Sicl‘转化为三氯氢硅再返回复原炉。后处理工序对最终多晶硅产品进展裂开、净化包装。该工艺涉及的主要化学反响式如下:Si+3HCI}SiHC13+H2+Q氯化SiHC13+HZ-Si+3HC1一Q复原理论上，H:及HCI是可以平衡的。改进西门子法的特点是加强尾气的干法回收，对尾气的四氯化硅加氢反响转化成三氯氢硅后返回复原炉。这样可以使HCI和H:得到循环使用，HCIH:“三废”量削减到最低程度。关键技术大型多对棒节能型复原炉。为了到达节能降耗的目的，多晶硅复原炉必需大型化。大型节能复原炉的特点是炉内可同时加热很多根初棒，以削减炉壁辐射所造成的热损失;复原炉的内壁进展镜面处理，使辐射热能反射，以削减热损失;炉内压力和供气量得到提高，加大了硅沉积反响的速度。.6MPa,硅棒的总数主要是1224对，局部已经4854对，硅棒长度在1.5米以上，棒直径到达200毫米以上，每炉产量可达5--610多吨，复原电耗则大幅度下降，低至每公斤多晶硅80kWho复原炉冷却技术。多晶硅生产中的复原炉是高耗能设备，硅棒的沉积需要电能加热并维持高温状态(约1080-C)，但炉筒、电极和炉底盘则需要冷却。冷却系统有导热油却和加压水冷却两种，目前导热油冷却方式在国外已经淘汰。复原尾气的干法回收技术在复原生长多晶硅时，会产生复原尾气。假设将尾气放空排放，不仅铺张了能源和原材料，还会对环境造成污染。复原炉尾气的主要成分是氢、氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅，经工序循环使用。此外，复原炉尾气经加压和冷却后的不凝气体，主要是氢和氯化氢，它们在收，再送回相适应的工序重复利用，实行闭路循环式工作。(4)大量的副产物四氯化硅。一般每生产1公斤多晶硅产品，大约要产生巧公斤四氯化硅。对氢硅，该方法可以充分利用资源，缺点是使多晶硅生产本钱和电耗上升。硅烷热分解法硅烷热分解法分为两种，一种在流化床上分解硅烷(six,)得到粒状多晶硅，另一种是SiH;为原料在西门子式硅沉积炉内生长多晶硅棒。流化床法生产粒状多晶硅的原则流程见图2,先通过氢化反响制取NaAlHH2S”Fl分解制得SiF4,NaAIH,SiF<制成粗硅烷，粗硅烷经提纯到纯度99.9999%以上后以液渐渐长大，长到平均尺寸lmm左右为止。粒状多晶硅从反响器里被取出，在一个完全封闭的干净环境中进展内、外包装，最终以桶装的形式销售。(60080090)，因而能耗低，30-40kWh/kg，且投资低;99%以上。但其缺点是气相反响物会有肯定量的细硅粉(微米级)消灭。同时，硅烷热分解时有氢气产生，由于氢气粒状多晶硅与炉壁发生接触和摩擦，所以易被重金属等杂质污染。目前，用SiH<流化床法批量生产的只有美国MEMC公司一家。用硅烷为原料在西门子式硅沉积炉内生长棒状多晶硅的工艺与上述工艺有较大区分3(连续生产时自流程中返回)为初始原料进展氢化反响，从产品中分馏出SiHCI,，未反响的氢气和四氯化硅则返回氢化工序。SiHCl3经第一步歧化反响生成S”ClsSiH2012，分馏后，前者返回一级分馏工序，后者再歧化生成SiHCI。和SiH,，分馏出SiHCl。返回一级分馏工序。最终，利用SiH<在西门子式硅沉积炉9%,能耗高于西门子法到达l40kWh/kg.在研的方法三氛氢硅氮复原法，结合“自由空间反响器”西门子反响器内的沉积反响发生在气一固两相界面上，反响速度不行能太高。用自由空800900.30.4llm100%。自由空间反响器内分解硅烷可以进一步降低多晶硅本钱，但10Tokuyannalot一200t2000的规模前进，估量2023年投产。气相一液相沉积法的缺点是多晶硅的碳含量较高，金属浓度也较高。三氛氮硅流化床复原技术Blacker公司进展了此65%40kWh/kg700h50r1a2台，目前用三氯氢硅流化床复原技术生产的多晶硅质量稍差，Blacker公司可能在2023年建成500t/a的试验厂。国内外多晶硅生产技术比较同国际先进水平相比，国内多晶硅生产企业在产业化方面的差距主要表现在以下几个方面：#$$!年中国太阳能用单晶硅企业开工率在#$(4*$(，半导体用单,$(40$(，无法实现满负荷生晶硅企业开工率在产，多晶硅技术和市场仍牢牢把握在美、日、德等国的少数几个生产厂商中，严峻制约我国产业进展。生产规模