改良西門子法制備高純多晶硅(完整版)
【正文】 粒狀Si粉，使Si粉顆粒處于懸浮運動狀態(tài)，并進行氣固相反應），生成SiHCl3，SiHCl3 通過歧化反應生成SiH2Cl2 和SiCl4 ，其中，SiH2Cl2 發(fā)生分解，生成SiH4氣和SiHCl3。其反應式為： SiHCl3+H2 →Si+3HCl （2） 或2（SiHCl3）→Si+2HCl+SiCl4 （3）或者將高純多晶硅粉末置于加熱流化床上，通入中間化合物三氯氫硅和高純氫氣，讓生成的多晶硅沉積在硅粉上，形成顆粒高純多晶硅。[1]其中重點介紹了現在普遍都使用，技術相對成熟的改良西門子法，包括改良西門子法的制備工藝、三氯氫硅的提純與尾氣處理。其化學反應式為： Si+3HCl→SiHCl3+H2 （1）反應除了生成中間化合物三氯氫硅外，還有附加產物，如SiClSiH2Cl2和FeClBClPCl3等雜質，需要精餾提純。該方法利用金屬硅和氯氣發(fā)生反應，生成中間化合物四氯化硅，其反應式為： Si+ 2Cl2→ SiCl4 （9）同樣采用精餾技術，對四氯化硅提純，然后再利用高純氫氣在1100～1200℃還原，生成多晶硅，反應式為： SiCl4 + 2H2 → Si+ 4HCl （10） 流化床法流化床法也縮寫為FBR（fluidizedbed reactor），即使用流化床反應器進行多晶硅生產的工藝方法。為達到此目的，常采用低成本高產率的物理提純法(亦稱冶金法)，具體方法是采用不同提純工藝的優(yōu)化組合對冶金級硅進行提煉進而達到太陽能級硅的純度要求。同時形成氣態(tài)混合物（H2，HC1，SiHC13， SiC14，Si） 三氯氫硅合成示意圖 三氯氫硅的提純 三氯氫硅制備過程中產生的氣態(tài)混合物還需要進一步提純，需要分解:過濾硅粉，冷凝SiHCl3，SiCl4，而氣態(tài)H2，HC1返回到反應中或排放到大氣中。三氯氫硅清液經三級進料預熱器后，進入3級精餾塔中部。6級塔頂餾出物為去除了高、低沸點雜質的精制三氯氫硅，分析符合多晶硅生產的質量要求后，靠位差流至多晶硅制取工序。這些混合物進行低溫分離，或再利用，或返回到整個反應中。近幾年來國內外逐漸發(fā)展了另一種四氯化硅氫化的防腐，即“熱氫化”，其反應原理如下：將一定配比的四氯化硅、氫氣的混合氣體送人反應爐，在高溫下進行反應，得到三氯氫硅，同時生成氯化氫。從尾氣的主要成分可知，綜合回收的關鍵是將三氯氫硅氣體與氯化氫、氫氣分離，以便分別回收利用，實現三氯氫硅合成的閉路循環(huán)工藝流程，其回收工藝流程見下圖。我國是高純多晶硅的生產大國，我們應該加深在多晶硅制備工藝上的研究，盡快找到一個高效率、節(jié)能、污染小的制備方法。 (1)節(jié)能:由于改良西門子法采用多對棒、大直徑還原爐，可有效降低還原爐消耗的電能。熱氫化的整個流程示意如下：HCl（至SiCl3合成）SiCl4蒸發(fā)器混合氣氫化爐尾氣回收裝置氯硅烷（全精餾提純）回收氫補充氫 四氯化硅的氫
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