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生產(chǎn)多晶硅的三種方法

發(fā)布日期:2023-05-04 21:45:51  瀏覽:767  屬于:礦業(yè)百科

想要獲得生產(chǎn)光伏級(jí)(SOG硅)或半導(dǎo)體級(jí)(EG硅)的多晶硅原料,需要對(duì)工業(yè)硅進(jìn)一步提煉。目前行業(yè)主流從工業(yè)硅提煉多晶硅的方法主要有:改良西門子法、硅烷法和硅烷流化床法三種。

一、改良西門子法

改良西門子法首先制備得到SiHCl3,然后氫氣將SiHCl3還原得到高純度的多晶硅。包括五個(gè)主要環(huán)節(jié):SiHCl3合成、SiHCl3精餾提純、SiHCl3的氫還原、尾氣的回收和SiCl4的氫化分離。

改良西門子法是最主要的生產(chǎn)多晶硅方法,其產(chǎn)能占總量的70%-80%。其制備的多晶硅純度較高,可用于CZ/FZ制備;沉積速率(8~10μm/min)與轉(zhuǎn)換效率(5%~20%)最高。

由于改良西門子法是在1100℃的溫度下沉積,電力成本是整個(gè)工藝的最大成本,還原電耗120 kWh/kg。

二、硅烷法

硅烷生產(chǎn)和熱解的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)是在20世紀(jì)60年代后期建立起來(lái)的,它可以在較低的溫度下沉積多晶硅。由于硅烷法的分解不會(huì)引起任何化學(xué)腐蝕問題,所得到的多晶硅較少受到通過化學(xué)傳輸過程的金屬的污染,能生產(chǎn)更高純度的多晶硅。

硅烷法與改良西門子法接近,不同點(diǎn)為該方法中間產(chǎn)物為SiH4。主要是先制備得到SiH4,然后熱分解生產(chǎn)純度較高的棒狀多晶硅。

硅烷法生產(chǎn)成本高、安全性差。整個(gè)過程需要反復(fù)加熱冷卻,能耗較高,SiH4分解時(shí)在反應(yīng)室內(nèi)形成硅粉塵損失可達(dá)10%以上,沉積速率(3~8μm/min),目前的應(yīng)用較少。

三、硅烷流化床法

硅烷流化床法用于粒狀多晶硅沉積,是一個(gè)顯著不同的過程。該方法也需先制備得到SiH4,微小的硅顆粒在硅烷和氫混合物中流化,多晶硅沉積形成自由流動(dòng)的球形顆粒,平均直徑為700微米,大小分布為100-1500微米。

由于顆粒狀多晶硅的比表面積較大,流化床反應(yīng)器的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的西門子棒式反應(yīng)器。

此外,顆粒狀多晶硅的自由流動(dòng)形式和高體積密度可以加大單晶生產(chǎn)的效率。

在直拉法晶體生長(zhǎng)過程中,坩堝可以快速而容易地填充,這比塊狀多晶硅料塊的堆疊更充分,也為目前的連續(xù)加料技術(shù)的應(yīng)用提供更方便的原料,極大推動(dòng)了單晶硅生產(chǎn)的產(chǎn)能利用。

硅烷流化床法生產(chǎn)能耗大幅降低、成本低。分解溫度低,分解率高,副反應(yīng)少,流化床電耗僅為改良西門子法的10%~20%。具有未來(lái)代替改良西門子法的潛力,但其目前在產(chǎn)品純度、壁面沉積等方面仍存在一定的技術(shù)難題。

以上三種方法均可生產(chǎn)EG硅及SOG硅的生產(chǎn)。但對(duì)于SOG硅,為了生產(chǎn)成本的降低,還出現(xiàn)并發(fā)展了冶金法、氣相沉積法、無(wú)氯技術(shù)、碳熱還原反應(yīng)法、鋁熱還原法、無(wú)氯技術(shù)等多種新型SOG硅生產(chǎn)提純技術(shù)。