多晶硅制作工藝流程

1、改良西門子法是目前主流的生產方法

       多晶硅是由硅純度較低的冶金級硅提煉而來，由于各多晶硅生產工廠所用主輔原料不盡相同，因此生產工藝技術不同；進而對應的多晶硅產品技術經濟指標、產品質量指標、用途、產品檢測方法、過程安全等方面也存在差異，各有技術特點和技術秘密，總的來說，目前國際上多晶硅生產主要的傳統工藝有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。改良西門子法是目前主流的生產方法，采用此方法生產的多晶硅約占多晶硅全球總產量的85％。但這種提煉技術的核心工藝僅僅掌握在美、德、日等7家主要硅料廠商手中。這些公司的產品占全球多晶硅總產量的90%，它們形成的企業聯盟實行技術封鎖，嚴禁技術轉讓。短期內產業化技術壟斷封鎖的局面不會改變。

       在未來15-20年內，采用改良西門子法工藝投產多晶硅的資金將超過1,000億美元，太陽能級多晶硅的生產將仍然以改良西門子法為主，改良西門子法依然是目前生產多晶硅最為成熟、最可靠、投產速度最快的工藝，與其他類型的生產工藝處于長期的競爭狀態，很難相互取代。尤其對于中國的企業，由于技術來源的局限性，選擇改良西門子法仍然是最現實的作法。在目前高利潤的狀況下，發展多晶硅工藝有一個良好的機遇，如何改善工藝、降低單位能耗是我國多晶硅企業未來所面臨的挑戰。

    2、西門子改良法生產工藝如下：

       這種方法的優點是節能降耗顯著、成本低、質量好、采用綜合利用技術，對環境不產生污染，具有明顯的競爭優勢。改良西門子工藝法生產多晶硅所用設備主要有：氯化氫合成爐，三氯氫硅沸騰床加壓合成爐，三氯氫硅水解凝膠處理系統，三氯氫硅粗餾、精餾塔提純系統，硅芯爐，節電還原爐，磷檢爐，硅棒切斷機，腐蝕、清洗、干燥、包裝系統裝置，還原尾氣干法回收裝置；其他包括分析、檢測儀器，控制儀表，熱能轉換站，壓縮空氣站，循環水站，變配電站，凈化廠房等。

    （1）石英砂在電弧爐中冶煉提純到98%并生成工業硅，

    其化學反應SiO2 C→Si CO2↑

    （2）為了滿足高純度的需要，必須進一步提純。把工業硅粉碎并用無水氯化氫(HCl)與之反應在一個流化床反應器中，生成擬溶解的三氯氫硅(SiHCl3)。

    其化學反應Si HCl→SiHCl3 H2↑

    反應溫度為300度，該反應是放熱的。同時形成氣態混合物(Н2,НС1,SiНС13,SiC14,Si)。

    （3）第二步驟中產生的氣態混合物還需要進一步提純，需要分解:過濾硅粉，冷凝SiНС13,SiC14，而氣態Н2,НС1返回到反應中或排放到大氣中。然后分解冷凝物SiНС13,SiC14，凈化三氯氫硅（多級精餾）。

    （4）凈化后的三氯氫硅采用高溫還原工藝，以高純的SiHCl3在H2氣氛中還原沉積而生成多晶硅。

    其化學反應SiHCl3 H2→Si HCl。

       多晶硅的反應容器為密封的，用電加熱硅池硅棒（直徑5-10毫米，長度1.5-2米，數量80根），在1050-1100度在棒上生長多晶硅，直徑可達到150-200毫米。 這樣大約三分之一的三氯氫硅發生反應，并生成多晶硅。剩余部分同Н2,НС1,SiНС13,SiC14從反應容器中分離。這些混合物進行低溫分離，或再利用，或返回到整個反應中。氣態混合物的分離是復雜的、耗能量大的，從某種程度上決定了多晶硅的成本和該3工藝的競爭力。        在西門子改良法生產工藝中，一些關鍵技術我國還沒有掌握，在提煉過程中70%以上的多晶硅都通過氯氣排放了，不僅提煉成本高，而且環境污染非常嚴重。

       在“十一五”期間，為實現采用改良西門子工藝的多晶硅的產業化，建議開展下述課題研究：基于SiHCl3氫還原法的低電耗多晶硅生成反應器技術；干法回收中H2、HCl、SiHCl3、SiCl4混合氣體大能力無油潤滑加壓裝置；SiCl4氫化反應器進料系統控制技術裝置；大型多側線SiHCl3高效提純技術裝置；千噸級多晶硅生產系統自動控制組態技術。