物理法生产多晶硅

物理法多晶硅英雄榜

一、 二、

1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、

多晶硅生产技术的背景 .............................................................................................. 2 国际英雄榜 .................................................................................................................. 3

美国DOW CORNING 道-康宁 ................................................................................................ 3 德国WACKER公司 .................................................................................................................. 3 美国MEMC公司 ......

摘要

光伏阵列将太阳能转化为电能成为一个经济体的替代能源发电，提供一个低成本材料的充足供应。一个关键的要求经济光伏电池价格合理的硅。目前，光伏产业是依赖于多晶硅的精制过程主要由西门子集成电路，电力deviczs，和半导体分立器件。此相关性预计将持续到美国能源部赞助的低硅冶炼技术的发展成熟，他们在商业点使用。光伏产业可以发展自己的供应源。自1979以来，喷气推进实验室的技术开发应用铅中心，现在的程序分析与整合中心，定期检查精制硅的有效性和美国能源部的地位发起的低成本硅精炼技术发展。三报告已经公布，进行的调查的基础上由喷气推进实验室顾问在1979，1.981，和1983。本报告更新的硅材料的供应和市场定价预测的1988，根据收集的数据在1984年初。它也综述了硅炼油工业计划来满足日益增长的需求该半导体器件和光伏产品行业。一段该报告已于美国能源部赞助的技术研究综述用于生产低成本的探讨，微晶硅，成本的概率分析的两个最有前途的生产过程，实现能源成本的目标，和DOE光伏硅精炼程序的影响在商业多晶硅炼油工业的研究。

多晶硅生产还原氢化工艺论文

前 言

目前世界光伏产业以31.2%的年平均增长率高速发展，位于全球能源发电市场增长率的首位，预计到2030年光伏发电将占世界发电总量的30%以上，到2050年光伏发电将成为全球重要的能源支柱产业。各国根据这一趋势，纷纷出台有力政策或制定发展计划，使光伏市场呈现出蓬勃发展的格局。

多晶硅具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，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。是生产太阳能电池的主要原料。多晶硅也可生产出不同型号的太阳能电池组，把太阳能转化为电能。该产品广泛用于航天、航空以及城市建设、交通、通讯等领域。

多晶硅的最终用途主要是生产集成电路、分立器件和太阳能电池片。目前，占主流的太阳能电池是硅太阳能电池，太阳能电池中88%是块儿状硅太阳能电池，而这些块儿状硅太阳能电池，无论单晶硅太阳能电池还是多晶硅太阳能电池，最初原料都是多晶硅，多晶硅产业与下游的电子信息产业和太阳能电池产业是拉动多晶硅材料产量大幅增长的主力军。太阳能作为可再生能源中重要的一种既丰富又无污染的新能源，是各国重点支持领域。

近几年，中国太阳能电池产业发展突

多晶硅相关文献

2000年12月第

2卷第12期

中国工程科学Dec12000Vol12No112

院士论坛

电子级多晶硅的生产工艺

梁骏吾

(中国科学院半导体研究所,北京　100083)

[摘要]　就建设1000t烷法生产的多晶硅质量、安全性、、一次转换率、生长温度、电耗和价格进行了对比;、流床反应器和自由空间反应器也进行了比较。。第三代多晶硅流程适于1000t/a级的电子级多晶硅生产。

多晶硅;三氯氢硅法;硅烷法;流程;生产[关键词]　

　　笔者在文献[1]中讨论了电子级多晶硅的需求,世界及中国电子级多晶硅的生产能力,市场竞

争形势,多晶硅的体纯度和表面纯度以及生产成本。提出了占领市场必须具备的质量标准,能源消耗和材料消耗指标以及最终生产成本。

本文将进一步讨论目前电子级多晶硅的各种关键技术和这些技术对比,从而提出在建设我国1000t电子级多晶硅工厂的技术建议。

材料是经过了几代的改进,淘汰了许多工厂。只有那些掌握了大规模生产技术和亚ppb级纯度多晶工艺的12家工厂在竞争中生存下来并且发展壮大。112　世界和中国多晶硅技术的比较

世界多晶硅的生产技术以SiHCl3法为主,并已进入第三代闭环大生产。我国的生产也用SiH2Cl3,但尚处于第一代小规模生产,第三代闭环技术

1、夹层问题：

在从径向切断的多晶硅棒截面上可能会看到一圈圈的层状结构，即夹层。多晶硅中的夹层一般分为氧化夹层和温度夹层(及无定形硅夹层)两种。 (1) 氧化夹层

在还原过程中，当原料中混有水汽或氧时，就会发生水解及氧化，形成一层 SiO2 氧化层附在硅棒上。在这种被氧化的硅棒上又继续沉积硅时，就形成了“氧化夹层”，这种夹层在光线下可以看到五颜六色的光泽。酸洗也不能除去这种氧化夹层。由于这种氧化夹层的存在，用多晶硅拉制单晶硅时会产生“硅跳”。 为了消除氧化夹层，一般应注意做到：

① 严格控制入炉氢气的纯度，保证氢中的氧和水分降到规定值以下； ② 载体加热前要有充分的赶气时间，使炉壁附着的水分赶净； ③ 开炉前对设备认真检查防止漏水现象。 (2) 无定形硅夹层(温度夹层)

当还原反应是在比较低的温度下进行时，此时沉积的硅为无定形硅，在这种无定形硅上提高反应温度继续沉积时，就形成了暗褐色的无定形硅夹层，由于这种夹层在很大程度上是受温度影响，因此又称为“温度夹层”。这种疏松、粗糙的结构夹层中，常常有许多气泡和杂质，在拉单晶前用酸无法腐蚀处理掉，在拉晶熔料时，轻者使熔硅液面波动，重者产生“硅跳”以至于无法使用。为了避免无定形硅夹层的

多晶硅产业政策

2011年，中国太阳能电池产量占全球光伏市场五成的份额，向欧洲市场出口光伏组件11.4GW，占据全部出口量的74.7%，所以欧洲各国光伏政策直接决定全球未来的光伏走势，中国的政策影响着未来光伏产业的发展，而作为新兴光伏市场的美国、东南亚等国家的能源政策影响着未来光伏的分布。

欧洲市场

2005年，欧盟发起可再生能源运动，这是驱动欧洲光伏产业发展的重要标志。欧洲的德国、丹麦、意大利、英国、西班牙等国先后颁布了可再生能源法案。欧洲各国通过给予大量补贴和政策优惠，加速驱动了光伏产业的发展，目前欧洲是全球最大的太阳能消费市场。以德国、西班牙、意大利、捷克、法国、比利时、英国等光伏热点国家为代表的欧洲光伏市场政策直接关系着未来光伏市场的发展。

1、 德国，上网补贴持续下降

2010年7月，德国联邦参议院通过了可再生能源法光伏发电上网补贴修订案，7月1日后在德境内建造光伏发电系统补贴额减少13%，转换地区（原非电站用地改成电站用地）补贴额减少8%，其他地区补贴额减少12%。到2010年10月1日，补贴额将在7月1日的基础上再减少3%。其补贴逐渐递减的政策，清晰地传达了德国政府逐步放手，试探并鼓励光伏产业降低成本、自主发展的意图，如下

多晶硅专业英文词汇 A：

a-si 无定形硅

amorphous 无定型的，无组织的 Arsenic 砷 Acceptor 受主 B：

Boron 硼

Block 模块，单元

Basic design package 基本设计包，工艺包 Bulk metals 体内金属 Bulk 批量的、大批的 C：

Chlorine 氯气['kl?:ri:n]Liquid chlorine 液氯Chloride 氯化物['kl?:raid] CVD chemical vapour deposition 化学气相积淀 Crucible.坩锅

Cost simulation 成本估算 Commissioning 调试 Chlorosilanes 氯硅烷

convertor氢化炉（STC to TCS convertor）[k?n'v?:t?(r)] Czochralski crystal growth 直拉单晶 Coke 焦炭 Chunk 大块 Chuck 卡盘 D：

Dopant 掺杂物，掺杂剂['d?up?nt]Distillation 精馏，蒸馏[?disti'lei??n]Discomposition 分解 Doping (半导体)掺杂(质), 加

西门子法生产多晶硅发展及展望

西门子法生产多晶硅的工艺流程可分为三步：一是SiHCl3制备，二是SiHCl3还原制取多晶硅，最后为尾气的回收利用。从图1、图2可见，左边的流床反应器即为由冶金级硅和HCl气体反应生成SiHCl3的部分；中间标有“高纯Si”的反应炉为制取多晶硅的部分；右边为尾气回收系统。其中，SiHCl3氢还原制取多晶硅部分最为重要。

西门子法至今已有50多年的历史，多年前即发展成为生产电子级多晶硅的主流技术，现在生产技术已相当成熟。这和它具有以下优点是密不可分的[20-22]：(1) SiHCl3比较安全，可以安全地运输，贮存数月仍能保持电子级纯度。当容器打开后不像SiH4或SiH2Cl2那样会燃烧或发生爆炸，即使燃烧，温度也不高，可以盖上。(2) 西门子法的有用沉积比为1×103，是硅烷法的100倍。(4) 在现有方法中它的沉积速率最高，达8～10μm/min。(5) 一次转换效率为5％～20％，在现有方法中也是最高的。不足之处在于沉积温度较高，在1100℃左右，所以电耗高，达120kWh/kg。 1.3.1 发展历程

1 第一代多晶硅生产流程[20]

适用于100t/a以下的小型硅厂，以HCl气体和冶金级硅为原料，在300

清洗方案

多晶硅设备的清洗主要工艺为酸洗、脱脂、钝化、干燥等，其中最关键是脱脂工艺和干燥技术。油脂和水对多晶硅的产品有巨大影响。因此在多晶硅设备的清洗中，以脱脂工艺和干燥工艺为要点。主要清洗还原炉、氢化炉、CDI设备、合成车间、还原氢化车间、精馏系统、中间罐、管道等主要设备。并且为了保证脱脂和干燥的质量，多晶硅设备清洗需要对单台设备进行单台清洗并验收后，再进行安装。

一、污垢主要对多晶硅影响因素

1、油脂：在多晶硅生产过程中，油分子对多晶硅的危害十分严重。实际证明，整个工艺系统几PPM的油含量就可能造成多晶硅反应速度减慢，产量降低，甚至硅反应停止。因此，多晶硅设备的脱脂工艺尤为重要。

2、水分：水中含有大量的氯离子，氯离子对多晶硅的反应十分敏感。设备及系统干燥工艺很关键。

3、氯离子残留：水和其他溶液在设备表面残留的氯离子对多晶硅影响十分大。因此，在清洗后对设备进行纯水冲洗工艺十分重要。

4、氧化物、灰尘其他杂质：其他污垢的存在，对多晶硅的生产影响也很大。因此，在设备清洗过程中，采用酸洗工艺对其他污垢进行清洗十分必要。

二、国内大、中型化工生产装置清洗现状

国外对设备、管道的清洗十分重视，有专门从事清洗的研究机构。再国外，设计单位在设计化工工艺流程及要求时已

多晶硅专业英文词汇 A：

a-si 无定形硅

amorphous 无定型的，无组织的 Arsenic 砷 Acceptor 受主 B：

Boron 硼

Block 模块，单元

Basic design package 基本设计包，工艺包 Bulk metals 体内金属 Bulk 批量的、大批的 C：

Chlorine 氯气['kl?:ri:n]Liquid chlorine 液氯Chloride 氯化物['kl?:raid] CVD chemical vapour deposition 化学气相积淀 Crucible.坩锅

Cost simulation 成本估算 Commissioning 调试 Chlorosilanes 氯硅烷

convertor氢化炉（STC to TCS convertor）[k?n'v?:t?(r)] Czochralski crystal growth 直拉单晶 Coke 焦炭 Chunk 大块 Chuck 卡盘 D：

Dopant 掺杂物，掺杂剂['d?up?nt]Distillation 精馏，蒸馏[?disti'lei??n]Discomposition 分解 Doping (半导体)掺杂(质), 加