【正文】 晶硅簡介 ? 電子工業(yè)中廣泛用于制造半導(dǎo)體收音機(jī)、錄音機(jī)、電冰箱、彩電、錄像機(jī)、電子計算機(jī)等的基礎(chǔ)材料。 ? 多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，是當(dāng)代 人工智能 、 自動控制 、 信息處理 、 光電轉(zhuǎn)換 等半導(dǎo)體器件的電子信息基礎(chǔ)材料，被稱為“ 微電子大廈的基石”。熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。例如， 在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面 ，遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著，甚至于幾乎沒有導(dǎo)電性。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區(qū)別，但真正的鑒別須通過分析測定晶體的晶面方向、導(dǎo)電類型和電阻率等。按純度要求不同，分為金屬級、電子級和太陽能級。 ? 多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原材料 ,是全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石。 目前世界上主要的幾種多晶硅生產(chǎn)工藝 目前生產(chǎn)多晶硅的方法主要有改良西門子法 —— 閉環(huán)式三氯氫硅氫還原法，硅烷法 —— 硅烷熱分解法，流化床法，冶金法，氣液沉積法。國內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅廠絕大部分采用此法生產(chǎn)電子級與太陽能級多晶硅。然后將制得的硅烷氣提純后在熱分解爐生產(chǎn)純度較高的棒狀多晶硅。美國 Asimi和 SGS公司仍采用硅烷氣熱分解生產(chǎn)純度較高的電子級多晶硅產(chǎn)品。制得的硅烷氣通入加有小顆粒硅粉的流化床反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行連續(xù)熱分解反應(yīng)，生成粒狀多晶硅產(chǎn)品。唯一的缺點(diǎn)是安全性差，危險性大。 目前世界上主要的幾種多晶硅生產(chǎn)工藝 ? 除了上述改良西門子法、硅烷熱分解法、流化床反應(yīng)爐法三種方法生產(chǎn)電子級與太陽能級多晶硅以外，還涌現(xiàn)出幾種專門生產(chǎn)太陽能級多晶硅新工藝技術(shù)： 目前世界上主要的幾種多晶硅生產(chǎn)工藝 ? 1）冶金法生產(chǎn)太陽能級多晶硅 ? 主要工藝是：選擇純度較好的工業(yè)硅（即冶金硅）進(jìn)行水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，去除硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分后，進(jìn)行粗粉碎與清洗，在等離子體融解爐中去除硼雜質(zhì)，再進(jìn)行第二次水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，去除第二次區(qū)熔硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分，經(jīng)粗粉碎與清洗后，在電子束融解爐中去除磷和碳雜質(zhì)，直接生成太陽能級多晶硅。 改良西門子法介紹 ? 在 1955年西門子公司成功開發(fā)了利用氫氣還原三氯硅烷（ SiHCl3）在硅芯發(fā)熱體上沉積硅的工藝技術(shù)，并于 1957年開始了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，這就是通常所說的西門子法 。 ? 具體生產(chǎn)工藝流程見下圖 改良西門子法介紹 改良西門子法介紹 ? 改良西門子法的生產(chǎn)流程是利用氯氣和氫氣合成HCl（或外購 HCl）， HCl和冶金硅粉在一定溫度下合成 SiHCl3，分離精餾提純后的 SiHCl3進(jìn)入氫還原爐被氫氣還原，通過化學(xué)氣相沉積反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。 SiHCl3還原時一般不生產(chǎn)硅粉，有利于連續(xù)操作。因此是目前生產(chǎn)多晶硅最為成熟、投資風(fēng)險最小、最容易擴(kuò)建的工藝，國內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅廠大多采用此法生產(chǎn) SOG硅與 EG硅，所生產(chǎn)的多晶硅占當(dāng)今世界總產(chǎn)量的 70～ 80%。改良西門子法大體可分為 6個工序：即合成、提純、還原、尾氣回收、氫化和后處理。 ? 提純工序采用多級分餾塔對三氯氫硅進(jìn)行精制，除去 SiC14及硼、磷等有害雜質(zhì)。 改良西門子法的工藝流程 ? 尾氣回收工序?qū)碜赃€原爐、氫化爐、合成洗滌塔頂冷卻器的三氯氫硅、四氯化硅、氫氣和氯化氫等進(jìn)行分離、凈化、再生和回收。 ? 后處理工序?qū)ψ罱K多晶硅產(chǎn)品進(jìn)行破碎、凈化、包裝。改良西門子法的特點(diǎn)是加強(qiáng)尾氣的干法回收，對尾氣進(jìn)行加壓多級冷凝分離處理。這樣可以使 HCI和 H2得到循環(huán)使用， HCI和 H2則只需補(bǔ)充生產(chǎn)中的損耗量即可，從而大大降低物料消耗，并可將 “三廢”量減少到最低程度。為了達(dá)到節(jié)能降耗的目的，多晶硅還原爐必須大型化。還原爐的內(nèi)壁進(jìn)行鏡面處理，使輻射熱能反射，以減少熱損失 。 ? 目前，國外大型還原爐的操作壓力達(dá) ,硅棒的總數(shù)主要是 12和 24對，部分已經(jīng)達(dá)到 48對和 54對，硅棒長度在 米以上，棒直徑達(dá)到 200毫米，每爐產(chǎn)量可達(dá) 56噸甚至 10多噸，還原電耗則大幅度下降，低至每公斤多晶硅 50kWh。 用西門子法生產(chǎn)多晶硅時在氯化工序和還原工序都要產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物四氯化硅 。 對四氯化硅必須進(jìn)行處理 ， 目前主要采用氫化技術(shù) ， 將四氯化硅轉(zhuǎn)化成多晶硅生產(chǎn)的原料三氯氫硅 ， 該方法可以充分利用資源 ， 缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化率較低使多晶硅生產(chǎn)成本和電耗升高 。 在還原生長多晶硅時 ， 會產(chǎn)生還原尾氣 。 還原爐尾氣的主要成分是氫 、 氯化氫 、三氯氫硅 、 四氯化硅 ， 經(jīng)過加壓和冷卻后 ， 其中的三氯氫硅和四氯化硅被冷凝分離出來 ， 然后再分餾出三氯氫硅直接送到還原爐 ， 以生產(chǎn)多晶硅 。 此外 ， 還原爐尾氣經(jīng)加壓和冷卻后的不凝氣體 ， 主要是氫和氯化氫 ， 它們在加壓和低溫條件下 ， 通過特殊的分離工藝， 使氫和氯化氫分離出來并返回流程中利用 。 提純工序介紹 ? 提純工序共包括：精餾、罐區(qū)、裝車臺、廢氣殘液處理 1。 ? 罐區(qū)作用：接收、緩存外部物料，儲存提純工序的各種物料。 ? 廢氣殘液處理 1作用：處理提純工序產(chǎn)生的廢氣、殘液。 合成粗餾工藝流程圖 合 成 氯 硅烷 貯 槽合 成 氯 硅烷 泵粗餾1 塔塔 頂 冷凝 器粗餾2 塔回收塔塔 頂 冷凝 器塔 頂 冷凝 器合 成 氯 硅烷 貯 槽粗 S T C 緩 沖 罐工 業(yè) 級 S T C貯 槽粗 T C S 貯 槽再沸器再沸器再沸器 合成精餾工藝流程圖 粗 T C S貯 槽粗 T C S 泵進(jìn) 料 預(yù)熱 器合成精餾1 塔塔 頂 冷凝 器合成精餾2 塔合成精餾3 塔塔 頂 冷凝 器塔 頂 冷凝 器合 成 氯 硅烷 儲 罐殘 液 收 集槽精 制 T C S貯 槽二 級 T C S中 間 槽回 收 T C S貯 槽再沸器再沸器再沸器 還原精餾工藝流程圖 還 原 循 環(huán) 氯硅 烷 貯 槽還 原 循 環(huán)氯 硅 烷 泵還原精餾1 塔a / b塔 頂 冷凝 器還原精餾2 塔a / b塔 頂 冷凝 器精 制 T C S 貯 槽進(jìn) 料 預(yù) 熱 器回 收 T C S 貯 槽 S T C 緩 沖 罐再沸器再沸器 氫化精餾工藝流程圖 氫 化 循 環(huán) 氯硅 烷 貯 槽氫 化 循 環(huán)氯 硅 烷 泵氫化精餾1 塔塔 頂 冷凝 器氫化精餾2 塔塔 頂 冷凝 器精 制 T C S 貯 槽進(jìn) 料 預(yù)熱 器回 收 T C S 貯 槽S T C 緩沖 罐S T C精餾塔a / b塔 頂 冷凝 器殘 液收 集槽精 制 S T C 貯 槽再沸器再沸器再沸器 提