多晶硅的生产

西门子改良法生产

多晶硅的工艺目录多晶硅及西门子改良法的相关概念

西门子改良法生产多晶硅的工艺多晶硅生产中的问题与建议

多晶硅的发展前景

致谢多晶硅及西门子改良法的相关概念多晶硅简介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。灰色金属光泽。密度2.32~2.34。熔点1410℃。沸点2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，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，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。多晶硅，单晶硅，非晶硅的区别单质硅的一种形态。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。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。

一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分。熔融的单质硅凝固固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。一种直接能带半导体，它的结构内部有许多所谓的“悬键”，也就是没有和周围的硅原子成键的电子，这些电子在电场作用下就可以产生电流，并不需要声子的帮助，因而非晶硅可以做得很薄，还有制作成本低的优点．多晶硅，单晶硅，非晶硅的区别

多晶硅单晶硅

非晶硅

多晶硅的分类和用途

太阳能级

冶金级硅

电子级

主要用于有机硅，高纯硅的生产以及生产一些特定的合金等

主要做电池片，太阳能电池中88%是块状硅太阳能电池，而这些块状硅太阳能电池优良半导体材料，电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、电子计算机等的基础材料

冶金级

太阳能级

电子级

常见的多晶硅生产方法

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多晶硅的生产方法很多，简单介绍比较常见的四种方法

西门子三氯氢硅氢还原法

硅烷法

硅烷热分解法

流化床法冶金法

西门子法是用氯和氢合成氯化氢（或外购氯化氢），氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。硅烷（SiH4）是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。以前只有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产。

以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内（沸腾床）高温高压下生成三氯氢硅，将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅，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热分解反应，生成粒状多晶硅产品。选择纯度较好的工业硅（即冶金硅）进行水平区熔单向凝固成硅锭，去除硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后，进行粗粉碎与清洗，在等离子体融解炉中去除硼杂质，再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭，去除第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分，经粗粉碎与清洗后，在电子束融解炉中去除磷和碳杂质，直接生成太阳能级多晶硅。西门子改良法优于传统西门子法之处由于西门子改良法采用多对棒、大直径还原炉，可有效降低还原炉消耗的电能。

西门子改良法对还原尾气进行了有效的回收，将尾气中的各种组分全部进行回收利用，大大降低了原料的消耗。

-西门子改良法是个闭路循环系统，生产中物料得到充分利用，排出的废料极少，污染得到了控制，保护环境。

节能

低物耗

少污染

西门子改良法生产多晶硅ClicktoaddTitleThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.西门子改良法生产多晶硅的工艺流程ClicktoaddText洁净度洁净度指洁净空气中空气含尘（包括微生物）量多少的程度。洁净度级别尘粒最大允许数／立方米微生物最大允许数≥0.5цm≥5цm浮游菌／立方米沉降菌／皿100级3，50005110，000级350，0002，0001003100，000级3，500，00020，00050010300，000级10，500，00060，000—15还原炉的操作规程还原炉开炉前的准备工作生产完成后的操作程序开炉时的工作程序1.对所开还原炉系统检漏，通氮气干燥整个系统。2.检查供电系统和控制系统是否正常运行。3.检查并准备好冷却水及蒸汽的供应。4.通知氢气，氮气站准备好供应，通知尾气系统做好回收准备。5.清洗好还原炉底盘及炉筒，干燥好，并检查底盘上的密封垫圈。6.打扫好卫生，保持清洁。7.检查电极绝缘是否良好。8.工作人员穿好劳保用品。9.准备好腐蚀好的硅芯备用。1.停炉待硅棒长到预定直径或出现特殊情况则可停炉

2.拆炉待炉内温度降到300度以下则可拆炉1.装炉.2.赶气与加热3.反应生产

4.检查，调节5.记录多晶硅产品的等级分类

按纯度差别分为三级Desthecontents太阳能级多晶硅等级指标1级品2级品3级品基磷电阻率，Ω·cm≥100≥40≥20基硼电阻率，Ω·cm≥500≥200≥100少数载流子寿命，μs≥100≥50≥30氧浓度，atoms/cm3≤1.0×1017≤1.0×1017≤1.5×1017碳浓度，atoms/cm3≤2.5×1016≤4.0×1016≤4.5×1016生产中的问题与建议

还原尾气回收

还原尾气中含有HCI、H2及氯硅烷等副产物。传统处理方法，尾气经水喷淋洗涤后排放;或对尾气进行初步分离，分离出的氯硅烷外售，尾气中HCI、H2经水喷淋洗涤后排放。SiCl4回收还原炉热能回收

含杂质的粗SiCl4经连续提纯后，在温度40-50℃的条件下加氢转化成SiHCl3。(Si+3SiCl4+2H2=4SiHC13)，得到氢化产品。因其中含SiCl4和SiH2CI2等杂质，须送SiHC13精馏系统提纯

多晶硅还原是放热反应，为了充分利用热能，设热能转换站，用导热油将还原炉产生的热导出。导热油进人蒸汽发生器，将热能转换为蒸汽用于空调,采暖。1.生产中污染与耗能问题与节能降耗的建议提高原料纯度强化精馏效果

氢还原过程的改进加强分析手段提高分析灵敏度2.生产中的质量问题和防治建议

多晶硅的发展前景

近年来，全球太阳能电池产量快速增加，直接拉动了多晶硅需求的迅猛增长全球多晶硅由供过于求转向供不应