有人来谈谈多晶硅生产工艺控制?抛砖引玉 点击：8340 | 回复：13
发表于：2007-02-02 18:12:00
楼主
（一）国内外多晶硅生产的主要工艺技术
1，改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法
改良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。
2，硅烷法——硅烷热分解法
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。但美国Asimi和SGS公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。
3，流化床法
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。因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。唯一的缺点是安全性差，危险性大。其次是产品纯度
不高，但基本能满足太阳能电池生产的使用。
此法是美国联合碳化合物公司早年研究的工艺技术。目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。此法比较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。
4，太阳能级多晶硅新工艺技术
除了上述改良西门子法、硅烷热分解法、流化床反应炉法三种方法生产电子级与太阳能级多晶硅以外，还涌现出几种专门生产太阳能级多晶硅新工艺技术。
1）冶金法生产太阳能级多晶硅
据资料报导[1]日本川崎制铁公司采用冶金法制得的多晶硅已在世界上最大的太阳能电池厂（SHARP公司）应用，现已形成800吨/年的生产能力，全量供给SHARP公司。
主要工艺是：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。
2）气液沉积法生产粒状太阳能级多晶硅
据资料报导[1]以日本Tokuyama公司为代表，目前10吨试验线在运行，200吨半商业化规模生产线在2005-2006年间投入试运行。
主要工艺是：将反应器中的石墨管的温度升高到1500℃，流体
三氯氢硅和氢气从石墨管的上部注入，在石墨管内壁1500℃高温处反应生成液体状硅，然后滴入底部，温度回升变成固体粒状的太阳能级多晶硅。
3）重掺硅废料提纯法生产太阳能级多晶硅
据美国Crystal Systems资料报导[1]，美国通过对重掺单晶硅生产过程中产生的硅废料提纯后，可以用作太阳能电池生产用的多晶硅，最终成本价可望控制在20美元/Kg以下。
（二）目前国内外多晶硅生产现状
1，国外多晶硅生产现状[1]
目前国外多晶硅生产在质量上已能满足大规模集成电路用直拉单晶硅和电力电子器件用的区熔单晶硅的要求，并不断以新工艺技术、向更大规模化、更低生产成本方向发展。见表1。几大公司垄断了多晶硅生产技术，保持各自的份额，同时满足了不断发展的各种半导体硅芯片的需要。
表1 国外多晶硅公司生产现状
公司
国别
原料工艺反应器
产品
形状
产品
定位
2004年
产 量
2005年
产量预期
Hemlock
美国
HCL+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
7000
7800
TokuYama
日本
H2+CL2+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
4800
4800
WacKer
德国
H2+CL2+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
4600
5000
Asimi
美国
SiH4, SiH4 热分解工艺
西门子反应器
棒状
电子级
2400
2400
SGS
美国
SiH4, SiH4 热分解工艺
西门子反应器
棒状
电子级
2200
2200
三菱
日本
H2+CL2+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
1600
1600
三菱
日本
H2+CL2+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
1200
1200
Memc
意大利
SiHCL3
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
1000
1000
Sumi tomo
日本
H2+CL2+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
700
700
Memc
美国
Na Al H2 H2SiF6
流化床反应器
粒状
太阳能
1500
1500
合 计
27000
28200
2，国内多晶硅生产现状
目前国内多晶硅生产在工艺技术和规模上与国外有较大的差距，原料消耗高、能耗高、规模小、产量低、装备差、成本高、质量不稳定、市场竞争力弱。因此多晶硅生产厂家由上世纪80年代的14家到90年代减为两家（峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅有限公司）。目前洛阳中硅公司300吨/年已建成投产，在建的还有新光硅业1260吨/年。国内多晶硅生产现状列于表2。从表2中可以看出，国内多晶硅产量小，远不能满足我国单晶硅生产的需求，特别是不能满足太阳能光伏产业迅猛发展的需求。
表2 国内多晶硅生产现状
生产厂(公司)
生产能力
（吨/年）
工 艺
产品
定位
备 注
新光硅业
1260
改良西门子法
电子级
计划2007年初投产
中硅公司
300
改良西门子法
电子级
2005年9月试车
峨嵋半导体材料厂
100
改良西门子法
电子级
2006年扩至200吨/年
合计
1660
2005年实际产量不到150吨
（三）国内外多晶硅技术发展趋势[1]
1，国外多晶硅技术发趋势
由于全世界加速普及太阳能发电，因此太阳能光伏产业发展迅猛，造成太阳能级多晶硅大量短缺，所以目前国内外多晶硅技术发展趋势与扩产计划，都是为了满足太阳能光伏产业发展需求为特点，见表3。
表3 国外多晶硅公司新技术发展趋势
公司
国
新技术发展趋势、特点与进
扩产计划
备注
别
展
HemLock
美国
2008年实现以三氯氢硅、二氯二氢硅、硅烷为原料，流化床反应器的多晶硅生产新技术，主工艺过程仍属于西门子工艺。
2005-2008
再增3000吨
Tokuyama
日本
以三氯氢硅和氢气为原料，管状炉反应器，‘VLD’工艺使用石墨管将温度升高到1500℃，三氯氢硅和氢气从石墨管上部注入，在1500℃的石墨管壁上反应生成液体硅，然后滴
1，改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法
改良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。
2，硅烷法——硅烷热分解法
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。但美国Asimi和SGS公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。
3，流化床法
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。因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。唯一的缺点是安全性差，危险性大。其次是产品纯度
不高，但基本能满足太阳能电池生产的使用。
此法是美国联合碳化合物公司早年研究的工艺技术。目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。此法比较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。
4，太阳能级多晶硅新工艺技术
除了上述改良西门子法、硅烷热分解法、流化床反应炉法三种方法生产电子级与太阳能级多晶硅以外，还涌现出几种专门生产太阳能级多晶硅新工艺技术。
1）冶金法生产太阳能级多晶硅
据资料报导[1]日本川崎制铁公司采用冶金法制得的多晶硅已在世界上最大的太阳能电池厂（SHARP公司）应用，现已形成800吨/年的生产能力，全量供给SHARP公司。
主要工艺是：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。
2）气液沉积法生产粒状太阳能级多晶硅
据资料报导[1]以日本Tokuyama公司为代表，目前10吨试验线在运行，200吨半商业化规模生产线在2005-2006年间投入试运行。
主要工艺是：将反应器中的石墨管的温度升高到1500℃，流体
三氯氢硅和氢气从石墨管的上部注入，在石墨管内壁1500℃高温处反应生成液体状硅，然后滴入底部，温度回升变成固体粒状的太阳能级多晶硅。
3）重掺硅废料提纯法生产太阳能级多晶硅
据美国Crystal Systems资料报导[1]，美国通过对重掺单晶硅生产过程中产生的硅废料提纯后，可以用作太阳能电池生产用的多晶硅，最终成本价可望控制在20美元/Kg以下。
（二）目前国内外多晶硅生产现状
1，国外多晶硅生产现状[1]
目前国外多晶硅生产在质量上已能满足大规模集成电路用直拉单晶硅和电力电子器件用的区熔单晶硅的要求，并不断以新工艺技术、向更大规模化、更低生产成本方向发展。见表1。几大公司垄断了多晶硅生产技术，保持各自的份额，同时满足了不断发展的各种半导体硅芯片的需要。
表1 国外多晶硅公司生产现状
公司
国别
原料工艺反应器
产品
形状
产品
定位
2004年
产 量
2005年
产量预期
Hemlock
美国
HCL+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
7000
7800
TokuYama
日本
H2+CL2+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
4800
4800
WacKer
德国
H2+CL2+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
4600
5000
Asimi
美国
SiH4, SiH4 热分解工艺
西门子反应器
棒状
电子级
2400
2400
SGS
美国
SiH4, SiH4 热分解工艺
西门子反应器
棒状
电子级
2200
2200
三菱
日本
H2+CL2+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
1600
1600
三菱
日本
H2+CL2+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
1200
1200
Memc
意大利
SiHCL3
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
1000
1000
Sumi tomo
日本
H2+CL2+工业硅
西门子工艺与反应器
棒状
电子级
700
700
Memc
美国
Na Al H2 H2SiF6
流化床反应器
粒状
太阳能
1500
1500
合 计
27000
28200
2，国内多晶硅生产现状
目前国内多晶硅生产在工艺技术和规模上与国外有较大的差距，原料消耗高、能耗高、规模小、产量低、装备差、成本高、质量不稳定、市场竞争力弱。因此多晶硅生产厂家由上世纪80年代的14家到90年代减为两家（峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅有限公司）。目前洛阳中硅公司300吨/年已建成投产，在建的还有新光硅业1260吨/年。国内多晶硅生产现状列于表2。从表2中可以看出，国内多晶硅产量小，远不能满足我国单晶硅生产的需求，特别是不能满足太阳能光伏产业迅猛发展的需求。
表2 国内多晶硅生产现状
生产厂(公司)
生产能力
（吨/年）
工 艺
产品
定位
备 注
新光硅业
1260
改良西门子法
电子级
计划2007年初投产
中硅公司
300
改良西门子法
电子级
2005年9月试车
峨嵋半导体材料厂
100
改良西门子法
电子级
2006年扩至200吨/年
合计
1660
2005年实际产量不到150吨
（三）国内外多晶硅技术发展趋势[1]
1，国外多晶硅技术发趋势
由于全世界加速普及太阳能发电，因此太阳能光伏产业发展迅猛，造成太阳能级多晶硅大量短缺，所以目前国内外多晶硅技术发展趋势与扩产计划，都是为了满足太阳能光伏产业发展需求为特点，见表3。
表3 国外多晶硅公司新技术发展趋势
公司
国
新技术发展趋势、特点与进
扩产计划
备注
别
展
HemLock
美国
2008年实现以三氯氢硅、二氯二氢硅、硅烷为原料，流化床反应器的多晶硅生产新技术，主工艺过程仍属于西门子工艺。
2005-2008
再增3000吨
Tokuyama
日本
以三氯氢硅和氢气为原料，管状炉反应器，‘VLD’工艺使用石墨管将温度升高到1500℃，三氯氢硅和氢气从石墨管上部注入，在1500℃的石墨管壁上反应生成液体硅，然后滴
楼主最近还看过
发表于：2007-07-07 14:51:00
7楼
您的技术综述文章我看还是比较全面,但是我觉得您尚欠缺一些比较深入的长期的实际生产经验和比较丰富的扎实的晶体材料科学的理论基础,泛而论之不利于Polysicon产业化的发展，现在是市场经济，能踏踏实实做好学问又能做大产业的人真不多，倒是学术没学问，浮夸之弟满天飞．有的又善于钻营，假借投资名义来套取学者平生所学．一年多来经历了许许多多波折，我们终究是做出了深低温硅烷法的中试样机，解决了多晶硅生成器关键问题安全和环保，达到高纯度批量生产，电耗少，气源材料成品率１：1.25 ，比较西门子法有很多技术优点和经济优势．国际上采用的流化床（FBR）反应法和石墨管状炉（Tube-Recator）反应法，我们将很快实现，并且具有自主的知识和技术创新，现基本设备和技术图纸已初步落实，再等资金进一步到位就可建新的生产线．是太阳能级６Ｎ多晶硅最佳选择．本文笔者请您有机会来上海现场考察一下，以便您可以及时补充您的资料，不至于疏忽大家目前最关心的所谓核心技术进展与现实情况．如有不妥之处，敬请来信指教．wanghaibiao88@163.com 笔者
发表于：2007-07-20 05:26:00
8楼
您的技术综述文章我看还是比较全面,但是我觉得您在文中需要充实一些比较深入的、实际的生产经验和生产知识，结合当前几种比较先进的工艺路线,如改良西门子法、改良硅烷法、改进的流床法、碳管热分解法及试验中的冶金纯化法等，加以专业性评述就有更大的说服力。现在是泛而论之的很多，专业技术性很欠缺，这极不利于我国Polysilicon产业化的长远发展。现在是市场经济，能踏踏实实做好学问又能做产业的人屈指可数，倒是学术没学问，浮夸子第满天的飞。社会上又有个别的人很善于钻营，常假借投资名义来获取学者平生所学。一年多来我们经历了多少波折，毕竟是做出了改良深低温硅烷法的中试样机，解决了多晶硅生产中最关键的问题是安全和环保，初步可以达到高纯度小批量生产，实际电耗少，气源材料成品率高，接近１：1.1 ，与西门子法相比确有许多技术特点和生产经济成本优势．国际上采用的流化床（FBR）反应法和石墨管状炉（Tube-Recator）反应法，我们也将很快实现，并且具有自主的知识和技术创新，现基本设备和技术图纸已初步落实，再等资金进一步到位就可建新的生产线．是太阳能级６Ｎ多晶硅最佳选择．本文笔者请您有机会来上海现场考察一下，以便您可以及时补充您的资料内容，不至于疏忽大家目前最关心的所谓核心技术进展与现实情况．如有不妥之处，敬请来信指教．wanghaibiao88@163.com 笔者
发表于：2007-07-22 14:07:00
9楼
以上所撰技术综述，我看还是比较全面,但是我觉得文中尚需要充实一些比较深入的、实际的生产经验和生产知识，结合当前几种比较先进的工艺路线,如改良西门子法、改良硅烷法、改进的流床法、碳管热分解法及试验中的冶金纯化法等，加以专业性评述则有更大的说服力。现在是大家总是泛而论之，实际做事并且专一技术性探讨问题的很少，这极不利于我国Polysilicon产业化的长远发展和人才的培养。现在是市场经济，能踏踏实实做好学问又能做产业的人屈指可数，倒是学术没学问，浮夸子第满天的飞。社会上又有个别的人很善于钻营，常假借投资名义来获取内部技术资料。一年多来我们经历了多少波折，毕竟是做出了改良深低温硅烷法的中试样机，行胜于言，我们可以说是基本解决了多晶硅生产中最关键的问题安全和环保，能做到无任何污染物排出。这一点全球恐怕只有欧洲REC一家企业做到。我们已初步达到高纯度小批量生产，实际电耗比西门子法少的多，气源材料成品率高，接近１：1.1 ，与西门子法相比确有许多技术特点和生产经济成本优势．国际上采用的流化床（FBR）反应法和石墨管状炉（Tube-Recator）反应法，我们也将很快实现，并且具有自主的知识和技术创新，现基本设备和技术图纸已初步落实，等资金进一步到位就可建新的生产线．是太阳能级６Ｎ多晶硅最佳选择．本文诚请国内外有实力愿携手合作的企业家们亲自来上海，现场考察以便促进合作,加大高纯多晶硅产能的提升。如有不妥之处，敬请来信指教．wanghaibiao88@163.com 笔者
发表于：2007-07-25 02:29:00
10楼
我是从是多晶硅铸锭工作的,通过上述的例子,我们公司应该采用的是:
据资料报导[1]日本川崎制铁公司采用冶金法制得的多晶硅已在世界上最大的太阳能电池厂（SHARP公司）应用，现已形成800吨/年的生产能力，全量供给SHARP公司。
主要工艺是：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。
我们中国也有哦，
据资料报导[1]日本川崎制铁公司采用冶金法制得的多晶硅已在世界上最大的太阳能电池厂（SHARP公司）应用，现已形成800吨/年的生产能力，全量供给SHARP公司。
主要工艺是：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。
我们中国也有哦，
热门招聘
相关主题
- 西门子工控机用甚么软件编程...
[755] - 许永硕：从制造方式理解智能制...[690]
- 智能实用…《产品全生命周期管...[971]
- 智能知识——从数字化转型1.0到...[1390]
- 技术文章—电力互感器传递过电...[874]
- 智能制造系统设计图册[1090]
- 智能制造解决方案——INDICS云...[1225]
- 方原柏：定量皮带秤知识讲座—...[1067]
- 物联网网关应用方向与功能[636]
- 求个和利时上位机软件及硬件...[944]
官方公众号
智造工程师
-
客服
-
小程序
-
公众号
工控网智造工程师好文精选
