【正文】 4）云南曲靖愛信硅科技公司 (一期投資25 億元，建多晶硅生產(chǎn)線 3000 t/a ，三年后建成 10000t/a)， 2020 年 4 月 7 日開工（奠基）。 —— 在軍事工業(yè)上：海灣戰(zhàn)爭、伊拉克 戰(zhàn)爭的電子戰(zhàn)都是用了大量的電子裝備，探測器、導(dǎo)彈制導(dǎo)，火箭發(fā)射，電子控制設(shè)備，軍事裝備等； —— 在航天工業(yè)上：航天飛機，宇宙飛船（神 1~神 6）人造衛(wèi)星，氣象衛(wèi)星，星球探測（登月與登 火星）等； —— 在航空上：機 場 監(jiān)控， 飛機 全天 候監(jiān)控，空軍 裝備 等； —— 在航海上：核潛艇，航空母艦，海上巡邏，海上運輸，南北極探險等； —— 在信息技術(shù)上：通信技術(shù)（手機電話），廣播電視，電子商務(wù)，電子購物，銀行 管理， 電子眼監(jiān)控，電腦網(wǎng)絡(luò)， —— 在科學(xué)技術(shù)、工業(yè)技術(shù)，交通運輸、鐵路運輸、能源工業(yè)、 汽車工業(yè) 、 衛(wèi)生醫(yī)藥 等； —— 還有在人們生活中，家用電器，工資卡等都與電子打交道，所謂“無所不在，無所不有，到處可見”。 硅外延片 ： 拋光片經(jīng)清洗處理后用 CVD 方法在其 上 再生長一層 具有需求電阻率的 單晶硅層 ，目前超大規(guī)模集成電路正趨向于采用硅外延片來生產(chǎn)。 對 B 來說，從工業(yè)硅 的 4N 提高到 11N， 純度 提高 7 個數(shù)量級（ 10000000， 千萬倍 ） 即 B 雜質(zhì) 含量要降低 6 個數(shù)量級（ 1000000，百萬倍）， 因此生產(chǎn)半導(dǎo)體級多晶硅 是比較困難的。見表 2。 1，什么是多晶硅？ 我們所說的多晶硅是半導(dǎo)體級多晶硅， 或太陽能級多晶硅， 它 主要 是用工業(yè)硅或稱冶金硅（純度9899%）經(jīng)氯化合成生產(chǎn)硅氯化物 ，將硅氯化物精制提純后得到 純 三氯氫硅，再將三氯氫硅用氫進行還原生成 有金屬光澤的、 銀灰色的、具有半導(dǎo)體特性產(chǎn)品，稱為半導(dǎo)體級多晶硅。如工業(yè)硅中 Fe≤ %,AL≤ %,Ca≤ %,共≤ 1%, 則工業(yè)硅的純度是：（ 1001） X100%=99% 。 5),多晶硅、單晶硅、硅片與硅外延片 多晶硅 ：內(nèi)部硅原子的排列是不規(guī)則的雜亂無章的。 制成單晶硅后通過切、磨、拋工序制成硅片，在硅片上進行半導(dǎo)體器件的制造， （ 通過擴散、光刻 、 4 摻雜、離子注入 等許多工序）即集成電路（管芯或稱為芯片 、 基片 ）。 表 5 國外多晶硅產(chǎn)能與產(chǎn)量 (t/a) 所在國 公司 或廠商 2020 年 2020 年 2020 年 2020 年 預(yù)測 備 注 產(chǎn)能 產(chǎn)量 產(chǎn)能 產(chǎn)量 日本 德山曹達 5200 5200 5400 5400 5400 5400 棒狀， SiHCl3 三菱 1600 1600 1600 1600 1600 1600 棒狀， SiHCl3 隹友 800 800 900 900 900 900 棒狀， SiHCl3 美國 哈姆洛克 7700 7700 10000 10000 14500 18000 棒狀， SiHCl3 Asimi 3000 3000 3300 3300 3600 3600 棒狀， SiH4 Memc 2700 1500 2700 2700 2700 2700 粒狀， FBR 反應(yīng)器 三菱 1200 1100 1200 1100 1500 1500 棒狀， SiHCl3 SGS 2200 2200 2200 2200 2200 4400 棒狀 , SiH4 德國 瓦克 5500 5000 6000 6000 8000 12020 棒狀， SiHCl3 意大利 Memc 1000 1000 1000 1000 1000 1000 棒狀， SiHCl3 合 計 30900 29100 34300 34200 41400 51100 半導(dǎo)體多晶硅 的生產(chǎn)是一個跨化工、冶金、機械、電子與自動控制多學(xué)科綜合技術(shù)集成一體的系統(tǒng)工程。 表 8 我國集成電路和硅單晶產(chǎn)量及對多晶硅的需求 年份 集成電路產(chǎn)量 （億塊） 增長率 % 硅單晶產(chǎn)量 （ t） 增長率 % 多晶硅需求量 （ t） 增長率 % 2020 59 2020 2020 2020 2020 219 2020 260 1130 由于集成電路和太陽能電池的迅猛發(fā)展，多晶硅的供應(yīng)嚴(yán)重不足，特別是太陽能電池的發(fā)展大大地帶動了多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 圖 二 20202020 年全球太陽能電池產(chǎn)量統(tǒng)計與預(yù)測 按照從硅料（多晶硅材料）到太陽能電池的產(chǎn)業(yè)劃分，太陽能光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的金字塔結(jié)構(gòu)（最 上游小，最下游大）。 2020 年、 2020 年將是這些企業(yè)的黃金擴產(chǎn)年。 1， 鋅還原法（杜邦法） ，美國杜邦公司于 1865 年發(fā)明 SiCL4 + 2Zn ==== Si + 2ZnCL2 9001000℃ 經(jīng)過 78 年的探索，制得 30100Ω .cm 電阻率的多晶硅樣品。 稱為原始 的 西門子法 。 2)，還原爐尾氣采用 “ 干法回收 ” ，回收 H HCL 與硅氯化物； 3），四氯化硅氫化 轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，再循環(huán)回收 利用。生產(chǎn)過程要連續(xù)穩(wěn)定運行，設(shè)備要精良，不能經(jīng)常拆卸維修，否則多晶硅的質(zhì)量無法保證。 多晶硅建廠的投資大 ，技術(shù)密集，但 多晶硅本身效益不是很高。多晶硅的電耗可降至 100120Kwh/KgSi，綜合電耗為 170Kwh/KgSi。 多晶硅的生產(chǎn)是一個系統(tǒng)工程， 需要 供入原料排出廢物，生成多晶 硅。 附件 7： 多晶硅用料比例 多晶硅生產(chǎn)用純?nèi)葰涔?，由三部分組成，即合成料、還原回收料和氫化回收料。 因此四氯化硅的氫化在多晶硅生產(chǎn)中是十分重要的 環(huán)節(jié)。 3，產(chǎn)品質(zhì)量； 序號 項目名稱 單 位 占總產(chǎn)量 60% 占總產(chǎn)量 80% 占總產(chǎn)量 98% 備 注 1 N 型電阻率 Ω .Cm ≥ 200 ≥ 100 ≥ 50 2 P 型電阻率 Ω .Cm ≥ 2020 ≥ 1000 ≥ 500 3 碳含量 at/cm3 ≤ ≤ 2X1016 ≤ 3X1016 4 少子壽命 μ s ≥ 200 ≥ 100 ≥ 50 5 金屬雜質(zhì) Fe,Ni,Cu,Zn PPbw ≤ 100 ≤ 200 ≤ 300 6 其他 表面不應(yīng)有氧化色， 無蜂窩狀、空洞、污點、瘤狀物、玉米棒狀和機械雜物 表面光亮呈銀灰色 24 附件 12： 3000 噸 /年多晶硅物料平衡 (2 版 ) 080313 ( 單位 。同時減小四氯化硅外運和處理的難題。 氫化回收料從 17%提高到 19%，提高了 2%。中控室好比 人的大腦，合成 、 提純 和 還原裝置好 比 人的嘴巴、胃腸與心臟，各種管道好 比 人 的 血管。 3）要有專門的技術(shù)力量或技術(shù)人才 多年來我國為引進多晶硅生產(chǎn)技術(shù)作了許多努力，但西方國家和日本的先進 大型多晶硅公司拒絕轉(zhuǎn)讓技術(shù)，對我國實行技術(shù)封鎖，聲稱不培養(yǎng)競爭對手。 興建多晶硅廠必須考慮到 ： 1），多晶硅產(chǎn)品的質(zhì)量必須有競爭能力 ， B、 P、 碳與金屬雜質(zhì)含量要求低，純度高， LSI 質(zhì)量要求是：受主雜質(zhì)（ B、 AL）≤ , 施主雜質(zhì)（ P、 As, Sb）≤ ,碳含量≤ ，重金屬（ Fe Ni Cr Zn）總含量≤ 1PPba . 區(qū)熔用的多晶硅質(zhì)量要求更高，但價格也高效益好。 4，多晶硅產(chǎn)品是個高能耗的產(chǎn)品 電耗占多晶硅的成本 3560%，主要是還原與氫化反應(yīng)的用電，所以國外都采用多對棒大型還原爐，利用熱輻射來減少能耗，同時進行熱能的綜合利用。國 外采用該工藝不多， 新光公司由于設(shè)計沒有采用導(dǎo)熱油循環(huán)冷卻技術(shù)，而是用熱水替代了導(dǎo)熱油來 進行熱能的綜合利用。 后來（ 1966 年）采用 80℃ 的深冷回收（干冰 +酒精 ，后用 80℃的復(fù)疊式氟壓機代替 ），把未反應(yīng)的硅氯化物回收下來，繼而將氫（含有 HCL）用堿洗法回收其中的氫氣，稱為“ 濕法回收”。 3， 三氯氫硅熱分解法（倍西內(nèi)法 ） ，法國于 1956 年發(fā)明， 4SiHCL3 ==== Si + 3 SiCL4 +2H2 9001000℃ 在鉭管上沉積，然后將多晶硅剝下來拉制單晶硅，或在石英管內(nèi)反應(yīng)制得針狀硅收集后拉制單晶硅，制得 P 型電阻 率 400600Ω .cm 的單晶硅。另一大制造商 —— 美國通用電氣所屬的通用硅材料有限公司也在中國南昌投資 6000 萬美元，興建了年產(chǎn) 500 噸的多晶硅、單晶硅項目。由于技術(shù)門檻，幾乎沒有企業(yè)可以很快進入多晶硅生產(chǎn)制造領(lǐng)域，而且產(chǎn)能也遠不是全球 7 巨頭的對手。 [注 ]： 生產(chǎn) 1MW 的太陽能電池需用 1214 噸多晶硅。 5 2，國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)情況 1）目前國內(nèi)能生產(chǎn)多晶硅的廠家只有五家： （ 1） 739 廠（ 200t/a），（ 2）洛陽中硅 (300+700t/a)，（ 3）新光硅業(yè) 1000 t/a，（ 4）江蘇中能 1500 t/a t/a，（ 5）無錫金大中 200 t/a。所有這些應(yīng)用都是在 有 半導(dǎo)體 多晶硅材料的基礎(chǔ)上才能實現(xiàn) 的 。 硅片 ：單晶硅經(jīng)滾磨、定向后切成硅片，分磨片與拋光片。 半導(dǎo)體硅中的 B含量，如 P型電阻率是 3000Ω .Cm時，查曲線圖得 B的原子數(shù)為 原子 /Cm3，則半導(dǎo)體的純度是 ： /==(~11N， ),或 ( ) 3 /()===(~11N)。 表 1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體的劃分 名 稱 電 阻 率（Ω .Cm） 備 注 導(dǎo)體 ＜ 104 ＜ Cu, Ag, AL 等 半導(dǎo)體 104~109 ~1000000000 Si, Ge, GaAs 等 絕緣體 ＞ 109 ＞ 1000000000 塑料， 石英， 玻璃，橡膠等 3，純度表示法 半導(dǎo)體 的純度表示與一般產(chǎn)品的純度表示是不一樣的，一般產(chǎn)品的純度是以主體物質(zhì)的含量多少來表示，半導(dǎo)體的純度是以雜質(zhì)含量與主體物質(zhì)含量之比來表示的。 2，什么是半導(dǎo)體？ 所謂半導(dǎo)體是界于導(dǎo)體與絕緣體性質(zhì)之間 的一類物質(zhì)，導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體的大概分別是以電阻率來劃分的，見表 1。 2),半導(dǎo)體純度 工業(yè)硅中的 B 含量是 %(W)，則工業(yè)硅 純度 對硼來說 被視為 %，即 4N（對 B 來說）。 單晶硅 ：內(nèi)部硅原子的排列是有規(guī)則的（生產(chǎn)用原料是多晶硅）。 由于大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路技術(shù) 的突破，半導(dǎo)體器件得到飛速發(fā)展，在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。目前國外有報導(dǎo)已發(fā)展到 高效率低能耗 4850 對棒的還原爐 。 由此可見，我國多晶硅尚存在大量的缺口，急需大力推進多晶硅規(guī)?；a(chǎn)，建立多個年產(chǎn)10003000 t 級規(guī)?；亩嗑Ч韫S，才能滿足我國集成電路和太陽能電池生產(chǎn)對多晶硅的需求。 9 圖 三 太陽能光伏發(fā)電金字塔產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 產(chǎn)業(yè)鏈最上游是 7 家太陽能多晶硅（ Silicon ）廠商： Hemlock、 Wacker、 Tokuyama、 REC、MEMC、 Misubishi 和 Sumitomo，他們對全球的多晶硅供應(yīng)造成了嚴(yán)重的壟斷，全球 7 大多晶硅企業(yè)的總產(chǎn)量占到全球太陽能多晶 硅總產(chǎn)量的 95%以上。生產(chǎn)太陽能全線產(chǎn)品的德國太陽能巨頭 SolarWorld 在 2020 年 12 月底宣布，將大幅擴產(chǎn)其硅片領(lǐng)域的產(chǎn)能，預(yù)計在未來的 28 個月時間內(nèi)，產(chǎn)能將由現(xiàn)階段的 250 兆瓦增至 500兆瓦。 2， 四氯化硅氫還原法（貝爾法） ， 貝爾實驗室于 19301955 年發(fā)明 SiCL4 + H2 ==== Si +4 HCL 11001200℃ 在鉬絲上沉積，然后將多晶硅剝下來拉制單晶 硅，或在石英管內(nèi)反應(yīng)制得針狀硅收集后拉制單晶硅，制得 P 型電阻率 1003000Ω .cm 的單晶硅。 這是第一階段 。 另外，還有還原爐筒導(dǎo)熱油循環(huán)冷卻工藝技術(shù)，與上述三大技術(shù)合稱為 多晶硅的四項技術(shù)， 還原爐筒導(dǎo)熱油循環(huán)冷卻工藝技術(shù) 在峨嵋 半導(dǎo)體材料廠開發(fā)成功，并長期使用?？梢哉f沒有 質(zhì)量就沒有半導(dǎo)體多晶硅，就沒有半導(dǎo)體產(chǎn)品，我國電子工業(yè)就要受到影響，就沒有國防現(xiàn)代化、科技術(shù)現(xiàn)代化，人們的生活質(zhì)量就不能提高。但沒有這種材料，半導(dǎo)體工業(yè)、電子工業(yè)就不能發(fā)展，導(dǎo)致國防工業(yè)、軍事工業(yè)，以至整個國民經(jīng)濟、人民生活、國防安全都得不到保障。有了先進的工藝才能保證多晶硅的質(zhì)量和降低成本，提高效益。 好比 一個人一樣，人需要吃進食物，也要排出廢物。由于采用了強化生產(chǎn)工藝和盡可能 將四氯化硅進行氫化，使還原用料比例發(fā)生了較大的變化， 還原回收料從 56%提高到 69%，提高了 13%。 一方面 可將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量四氯化硅回收利用，減少外購硅、氯的數(shù)量，降 低原料的消耗，降低生產(chǎn)成本。噸 /年 ) 工業(yè)硅粉 回收 H2 廢氣 廢氣 H2 廢氣 廢 氣