硅粉密相气力输送技术在多晶硅生产中的应用
多晶硅制备技术的研究现状
多晶硅制备技术的研究现状
一、传统溶液法制备多晶硅
1.传统的溶液法制备多晶硅是最早也是最常见的一种制备方法。该方
法是将硅原料和溶剂溶解在一起，然后通过适当的工艺进行结晶，最后得
到多晶硅。
2.早期的溶液法制备多晶硅存在着成本高、能耗大、产量低等问题。
为了克服这些问题，研究者通过改变制备条件，如控制温度、浓度、搅拌
速度等，以及添加一些助剂来改善制备过程。
3.近年来，随着研究的深入，许多新型的溶液法制备多晶硅的技术被
提出。例如，采用低成本的硅源，如废硅片、废硅片、冶金硅等，通过一
系列的提纯步骤来获取高纯度的硅；采用微乳液法、溶剂热法等新型溶液
制备方法，可以提高多晶硅的晶粒度、晶界质量等。
二、气相法制备多晶硅
1.气相法制备多晶硅是近年来发展起来的新型制备方法。该方法是通
过气相沉积或气相热解技术，将硅原料气体转化为固态多晶硅纤维或粉末。
2.气相法制备多晶硅具有成本低、生产效率高、能耗小等优点，因此
受到了广泛关注和应用。目前，主要有两种气相法制备多晶硅的技术，即
化学气相沉积法和热解法。
3.化学气相沉积法是利用化学反应，在合适的温度下将气态硅源转化
为多晶硅。热解法是将硅源气体在高温下分解，生成多晶硅纤维或粉末。
这两种方法都可以通过改变制备条件来控制多晶硅的性质。
4.近年来，研究者通过改进气相法的制备工艺和设备，提高了多晶硅的制备效率和质量。例如，采用高温化学反应炉、激光烧结技术等先进设备，可以控制多晶硅的晶粒尺寸、形貌等。
总结起来，多晶硅的制备技术已经取得了很大的发展。随着材料科学和工程技术的进步，多晶硅的制备工艺将不断改进和完善，以满足不同领域对多晶硅材料的需求。
多晶硅的生产工艺及研究
多晶硅的生产工艺及研究
多晶硅是一种重要的半导体材料，广泛用于太阳能电池、集成电路、
纳米材料等领域。其生产工艺包括多晶硅的制备和提纯两个主要环节。本
文就多晶硅的生产工艺和研究进展进行介绍。
多晶硅的制备工艺通常采用“气相法”和“熔体法”两种主要方法。
其中，气相法包括氯化硅还原法和化学气相沉积法（CVD法），熔体法主
要包括熔化再冷却法和微扩散法。
氯化硅还原法是多晶硅制备的传统工艺，其步骤包括将氯化硅与还原
剂（如氢气或硅烷）在高温下反应生成多晶硅，然后通过淬灭和粉碎处理
获得多晶硅块。这种方法工艺简单，但存在环境污染和资源浪费的问题。
化学气相沉积法（CVD法）是一种高温下生成多晶硅的工艺，在低压
和高温的条件下，将硅单质在载气（如氮气）中变成硅烷化合物，再在基
片表面上沉积生长为多晶硅。该方法可以控制多晶硅的晶粒大小和结构，
但设备复杂，生产成本较高。
熔体法是将硅原料（如硅石、硝酸硅等）熔化后再冷却成固体多晶硅。熔化再冷却法是通过将硅原料加热至高温熔化为熔体，然后缓慢冷却使之
结晶成多晶硅块。该方法操作简单，但存在杂质的问题。微扩散法是在前
一种方法的基础上，添加控制条件，如固相渗入、外部氧化剂等，来控制
多晶硅的结构和纯净度，从而提高材料的质量。
多晶硅的提纯工艺包括区熔法和等离子体炼炉法两种主要方法。区熔
法是将多晶硅块在高温梯度下往返扫过，使杂质分布在梯度区域中，从而
提高材料的纯度。等离子体炼炉法则是利用高温等离子体炉将多晶硅块加
热至高温，利用等离子体液体交互作用力使杂质从多晶硅中析出，从而提高材料的纯度。
多晶硅 氢气流量
多晶硅氢气流量
多晶硅(Polycrystalline silicon，缩写为poly-Si) 是一种太阳能电池板主要材料，它由许多小的结晶组成。氢气在多晶硅的制备过程中扮演着重要的角色。多晶硅的制备通常使用气相沉积法(CVD)。在此过程中，将硅HCl以气态输送到反应装置中，然后与氢气反应生成多晶硅。氢气是充当载体气体，负责将硅气体输送到反应装置中。氢气的流量在多晶硅的制备过程中非常重要。适当的氢气流量可以控制多晶硅的晶体结构，影响其电学性质和结晶度。高流量的氢气可提供较高的结晶度，但也可能导致结晶过度和多晶硅内部的应力增加。低流量的氢气则可能导致较低的结晶度和杂质的增加。因此，氢气流量需要根据具体的制备条件进行优化和调整，以获得理想的多晶硅材料。这涉及到对反应装置的设计和操作参数的仔细控制，以确保适当的氢气输送和反应过程的控制。
硅烷法多晶硅
硅烷法多晶硅
硅烷法多晶硅是一种将硅材料从气相转化为固相的化学反应过程，通过控制温度、压力和反应气氛等参数，可以制备高纯度、大尺寸、低杂质的多晶硅材料。
硅烷法制备多晶硅的工艺流程包括硅烷气相制备、反应槽气氛控制、沉积反应和多晶硅生长等步骤。硅烷气相制备的关键是要保证产生高纯度的硅烷气体，避免杂质的影响。反应槽气氛控制通常采用惰性气体（如氩气）和氢气混合的气氛，控制反应槽内的气氛成分和流速，以调控反应过程中的温度和压力。沉积反应是在控制好反应槽内气氛后，将硅烷气体输送到反应槽中，与基片表面发生化学反应，使硅烷气体分解，产生游离的硅原子沉积在基片上，形成硅层。最后是多晶硅的生长，沉积的硅层并非是完全结晶的，需进行后续的热处理或控制晶体生长条件，使其逐渐形成多晶结构。
硅微粉的用途及生产技术
４１
卢英常等：硅微粉的用途及生产技术
轴搅拌烘干机，其工作原理是：物料从进料口进入烘 干机内，由空心桨叶输送至出料口出料；物料在被输 送过程中，受空心桨叶搅拌并由空心桨叶和机体夹套 同时加热，水分被蒸发而烘干。含水量在15%～20% 的物料，干燥后水分可控制在0.05%以下。 3.1.2 生产工艺
角形硅微粉生产工艺有干法研磨和湿法研磨两 种。
再用清水洗净后干燥。将清洁、干燥的小块料投入熔 炼石英炉中，接通硅碳棒电源；经过高温(1 800～ 2 000℃)熔炼约10h后，出炉急冷破碎，经手选，再 经纯化酸洗、脱酸、去离子水清洗，干燥后成为无定 形硅微粉的原材料。
值得注意的是硅质原料中如果含有较高的液体或 气体包裹体，则不宜用来作为熔炼石英的原料。 ３ 硅微粉的生产 3.1 角形硅微粉的生产
PG PGH
DG DGH
JG
JGH
优等品
JG
JGH
合格品
RG RGH 优等品
RG RGH 合格品
≤0 . 1
≤0 .0 8
2 .65 ±0 .0 5
2.20 ±0.05
≤0 .2 0
≤0 . 1 5
≤0 .1 0
≤0 .0 8
≥9 9.4 0
≥9 9.6 0
≥9 9.7 0
≥9 9 . 6 5
≥9 9.8 0
粉料定量输送系统、燃气量控制和混合装置、气 体燃料高温火焰喷枪、冷却回收装置，下面分别简要 介绍其工作原理。
多晶硅的原理和应用
多晶硅的原理和应用
1. 多晶硅的概述
多晶硅（Polycrystalline Silicon）是一种具有多个晶体结构的硅材料，通常由
多个小晶体组成。它在半导体工业中有着广泛的应用，并且是太阳能电池的主要材料之一。
2. 多晶硅的制备方法
多晶硅的制备方法主要有以下几种： - 气相法：通过将高纯度硅源气体在高温
下进行热解，生成多晶硅。 - 溶液法：将硅源与溶剂混合，在适当的条件下控制温
度和浓度，形成多晶硅。 - 化学气相沉积法（CVD法）：在合适的反应器中，通过气相反应在基片上沉积多晶硅。 - 转盘工艺：将硅源液滴滴在旋转的基片上，形成
多晶硅的薄膜。
3. 多晶硅的特性
多晶硅具有以下一些特性：- 晶体结构不规则：由于多晶硅由多个小晶体组成，其晶体结构不规则，导致一些物理性质的差异。 - 导电性能良好：多晶硅具有较高
的导电性能，是半导体材料中常用的材料之一。 - 光吸收性能强：多晶硅对光的吸
收率较高，使其在太阳能电池领域有着重要的应用。 - 热导性能较好：多晶硅具有
较好的热导性能，可用于制造散热器件等。
4. 多晶硅的应用领域
多晶硅在各个领域都有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：
4.1 太阳能电池
多晶硅是太阳能电池的主要材料之一，由于其光吸收性能强，可以将光转化为
电能。在太阳能电池中，多晶硅通常被用作基础材料，通过光的照射，产生光生电效应，将光能转化为电能。
4.2 半导体行业
多晶硅在半导体行业中有着广泛的应用。它可以用作制造晶体管、光电器件、
传感器等器件的基础材料。多晶硅具有良好的导电性能和热导性能，可以有效地传导电流和热量。
多晶硅产业现状及发展趋势
多晶硅产业现状及发展趋势
赵贤俊;朱英敏;帅虎;于克利
【期刊名称】《化学工业》
【年(卷),期】2007(25)9
【摘要】介绍多晶硅国内生产企业的现状、市场需求、技术水平以及未来的发展趋势.
【总页数】4页(P19-22)
【作者】赵贤俊;朱英敏;帅虎;于克利
【作者单位】大庆油田化工有限公司技术开发研究院,大庆,163453;大庆油田化工有限公司技术开发研究院,大庆,163453;大庆油田化工有限公司技术开发研究院,大庆,163453;大庆油田化工有限公司技术开发研究院,大庆,163453
【正文语种】中文
【中图分类】TQ127.2
【相关文献】
1.太阳能多晶硅发展面临转折——太阳能多晶硅制备新技术及产业链关键装备研讨会引发业界热议 [J], 木易
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3.多晶硅未来发展将面临严峻挑战——基于乐山多晶硅产业的调查与思考 [J], 人民银行乐山市中心支行课题组
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硅资源开发利用现状与问题分析
硅资源开发利用现状与问题分析
[摘要]随着信息技术和太阳能产业的飞速发展,全球对硅资源的需求增长迅猛,市场供不应求。特别是硅资源中的新型代表多晶硅,其作为太阳能电池主要原料价格快速上涨。而作为产业技术方面同国际先进水平相比,国内多晶硅生产企业在产业化方面差距则十分明显。本文将重点研讨具有代表性的多晶硅材料,并结合硅资源中其他几种类型的资源利用,系统分析其行业结构,对预期的发展作出科学的预测。
[关键词]硅资源;发展现状;产业结构
1 引言
硅是生产太阳能电池的主要原材料,然而多晶硅材料的供应短缺问题在近年来却成为太阳能市场成长的最大障碍。2006—2007年间,全球多晶硅短缺量在5000吨左右,这个缺口需要在3年之后才能够补上。由于太阳能市场需求大增,太阳能级多晶硅的市场价格也一路高涨。经过几年的疯狂繁荣发展后,现已出现一个剧烈调整期,在这个阶段,多晶硅市场的走势将逐步回落到一个理性价位。本文将从此过程中市场和产业结构所发生的一系列变化入手分析现状找出问题关键,并对未来趋势加以预测。
2 硅资源产业链分析
硅资源是指水晶、脉石英、石英砾石(砾石型石英)、天然硅砂等,属非金属矿藏。随着技术的发展,硅资源的产品领域不断拓展,硅资源产业作为与人们日常生活密切相关的产业,逐步与信息产业和国防军工业等紧密相关。据统计,2000年以来全球75亿美元的硅材料产业,带动了2500亿美元的半导体集成电路产业(其中半导体器件的95%以上、集成电路的99%以上是用硅制作的),从而进一步支撑起数以万亿美元的电子产品、计算机、通信、光纤等现代信息产业(如下图所示)。10多年来,我国半导体制造技术取得了一些进步,硅资源产业规模也在不断地扩大。这却引起了美国少数政要人士的紧张,并认为中国半导体工业技术的发展对美国国家安全造成了潜在威胁。因此,美国一些政要人士主张通过各种手段,对中国不论商用还是军用的半导体制造行业均实施力所能及的限制。限制内容包括优质硅资源和先进技术设备的出口、技术转让、硅类高科技企业的对华投资。与此同时,日本、欧盟对我国均出台一些与硅资源产业有关的限制性政策,并纷纷加大
高纯硅粉的用途
高纯硅粉的用途
简介
高纯硅粉是一种以硅(Si)为主要成分的粉状材料，具有高纯度、细度和活性等特点。它广泛应用于多个领域，包括电子、光电、化工、建筑材料等。本文将详细介绍高纯硅粉在这些领域中的具体用途。
电子领域
在电子领域中，高纯硅粉是制造半导体器件的重要原料。通过将高纯硅粉与其他添加剂混合后烧结，可以制得单晶硅或多晶硅片，用于生产集成电路、太阳能电池板等。此外，高纯硅粉还可作为填充材料用于制造半导体封装材料和导热膏。
光电领域
在光电领域中，高纯硅粉可用于制造光学玻璃、光纤和光学镜片等产品。由于其具有良好的光学性能和稳定性，可以有效地改善光传输效果，并广泛应用于通信、显示器件等设备中。
化工领域
在化工领域中，高纯硅粉可用于制造硅橡胶、硅油和硅树脂等产品。由于其化学稳定性和耐高温性能，高纯硅粉可以增加材料的柔软度、抗老化能力和耐腐蚀性，广泛应用于航空、汽车、建筑等行业。
建筑材料领域
在建筑材料领域中，高纯硅粉可用于制造水泥、混凝土和陶瓷等产品。高纯硅粉作为一种细粉料，可以填充水泥基材料中的微孔，提高材料的密实性和强度。同时，由于其细度较高，还可以改善材料的流动性和加工性能。
其他应用领域
除了以上主要领域外，高纯硅粉还具有其他一些应用。例如，在电池制造过程中，高纯硅粉可用作负极活性物质的添加剂；在涂料工业中，它可用作填充剂和增稠剂；在医药领域中，它可用于制备药物载体或生物材料。
总结
高纯硅粉是一种多功能的材料，广泛应用于电子、光电、化工、建筑材料等领域。它的应用范围涵盖了半导体器件制造、光学玻璃制备、硅橡胶生产和水泥加工等多个行业。随着科技的不断进步，高纯硅粉在各个领域中的应用将会进一步扩大，并为相关产业的发展提供更好的支持。
多晶硅料到n型多晶硅的距离-概述说明以及解释
多晶硅料到n型多晶硅的距离-概述说明以及解释
1.引言
1.1 概述
概述：
多晶硅料到n型多晶硅的距离是指从原始的多晶硅料经过一系列的加工和处理过程，最终转变成为n型多晶硅的过程。随着科技的不断进步，n型多晶硅的应用范围越来越广泛，因此对于多晶硅料到n型多晶硅的转变过程进行深入研究具有重要意义。
本文将从多晶硅料的特性、n型多晶硅的特性以及多晶硅料到n型多晶硅的转变过程等方面进行探讨。首先，我们将介绍多晶硅料的主要特性，包括晶体结构、导电性能等。其次，我们将详细阐述n型多晶硅的特性，包括掺杂方式、杂质浓度等因素对其性能的影响。最后，我们将深入研究多晶硅料到n型多晶硅的转变过程，包括原始多晶硅料的准备、掺杂和热处理等关键步骤，以及这些步骤中的重要参数和影响因素。
通过对多晶硅料到n型多晶硅的距离的研究，我们可以更好地理解多晶硅料和n型多晶硅的特性，为多晶硅材料在光伏、半导体等领域的应用提供技术支持和理论指导。同时，我们也可以为多晶硅料到n型多晶硅的转变过程提供改进和优化的建议，提高生产效率和品质。
在本文的后续章节中，我们将详细阐述多晶硅料的特性和n型多晶硅的特性，以及多晶硅料到n型多晶硅的转变过程，希望能够为读者提供全面、准确的信息，并为多晶硅料到n型多晶硅的研究和应用提供有益的启示。
1.2文章结构
文章结构部分的内容可以如下所示：
1.2 文章结构
本文将按照以下结构进行描述和讨论多晶硅料到n型多晶硅的距离：
1. 引言：首先对本文的研究背景和意义进行概述，并给出本文的目的和研究方法。
2. 多晶硅料的特性：介绍多晶硅料的组成、结构和性质，包括晶体结构、晶粒度、电阻率等。
多晶硅的原理及应用
多晶硅的原理及应用
原理介绍
多晶硅是一种由结晶方法制备的硅材料，具有多晶结构特征。它的制备过程主
要包括炼熔、分散和长大三个步骤。
炼熔
多晶硅的制备首先需要将硅矿石加热到高温，形成硅的熔体。通过添加掺杂剂，可以调节硅的电子性质，使其具备半导体的特性。
分散
将熔融的硅材料混合悬浊剂，用搅拌方法将硅材料分散成颗粒状。在分散的过
程中，掺杂剂会均匀分布在硅颗粒中。
长大
将分散的硅颗粒放入高温高压的容器中，通过控制温度和压力，硅颗粒会逐渐
结晶并长大。这个过程需要精确的控制参数，以保证硅材料的晶体质量。
应用领域
多晶硅具有优异的电子特性，因此被广泛应用于半导体行业和太阳能电池制造
领域。
半导体行业
多晶硅是目前最常用的半导体材料之一。半导体芯片中的晶体管和电阻器等元
件都需要使用多晶硅来制造。多晶硅可通过控制温度和压力来调控其导电性和半导体特性，使其适用于各种电子器件。
太阳能电池
太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置。多晶硅被广泛应用于太阳能电
池的制造中。制作太阳能电池的过程中，多晶硅被制成薄片，然后通过掺杂和涂覆等步骤，形成电池的正负极，以将光能转化为电能。
研究领域
除了半导体行业和太阳能电池制造，多晶硅还被广泛应用于各种研究领域。由
于其良好的电学性能和机械性能，多晶硅被用作传感器、微机电系统（MEMS）和
纳米器件等的材料基础。
优势与展望
多晶硅具有以下几个优势，决定了其在电子行业的广泛应用：
1.价格低廉：多晶硅的制备成本相对较低，使其在大规模生产中更具竞
争力。
2.电学性能优异：多晶硅具备良好的半导体特性和导电性能，适用于各
多晶硅制造现状和行业技术发展趋势分析
多晶硅制造现状和行业技术发展趋势分析多晶硅是一种高纯度的硅材料，广泛应用于太阳能电池板、半导体、
光纤等领域。随着全球可再生能源的兴起和高科技产业的快速发展，多晶
硅的需求量呈现出井喷式增长，多晶硅制造行业也面临着巨大的市场机遇
和技术挑战。
目前，全球多晶硅的主要生产国是中国、美国和日本，其中中国产量
占据全球市场的近80%。随着中国在可再生能源领域的投资力度不断加大，中国多晶硅制造行业也逐渐崭露头角，成为全球的多晶硅生产中心。
多晶硅制造的主要工艺流程包括矿石提纯、炉料制备、电化学法或热
法制取多晶硅等。矿石提纯是多晶硅制造的第一步，一般采用的方法有冶
炼法、氯化法和硅烷法等。炉料制备是通过对矿石进行破碎、磨粉、混合
等工序，制备出符合要求的炉料。电化学法是较为常见的多晶硅制取方法，主要是通过电解法将炉料中的硅粉溶解在熔融盐中，再通过特定的工艺流
程得到多晶硅。
一是提高制备效率。随着多晶硅市场需求的增长和产能的扩张，制备
效率的提高成为多晶硅制造行业的迫切需求。目前，制备多晶硅的电化学
法和热法在效率方面还有一定的提升空间。电化学法主要通过优化电解液
组成、提高电流效率等来提高制备效率；热法可以通过改变熔融盐的组成
和工艺参数等来提高制备效率。
二是降低制备成本。多晶硅制造的成本主要包括原材料成本、能源成
本和生产成本等。如何降低原材料的消耗和能源的使用成为多晶硅制造行
业的重要课题。目前，一些新技术已经开始应用于多晶硅制造中，如碳热
还原法可以用廉价的煤炭代替高成本的硅粉，降低原材料成本；利用余热
发电等技术可以降低能源成本。
多晶硅制备方法及其应用研究
多晶硅制备方法及其应用研究第一章：绪论
多晶硅是一种重要的材料，它被广泛用于太阳能电池板、集成
电路、光伏电池等领域。在多晶硅的制备过程中，困扰人们的问
题包括成本高、能源消耗大、工艺复杂等。因此，研究多晶硅的
制备方法及其应用是当前的热点问题。
本章将介绍多晶硅的基本概念、应用领域以及研究意义和现状。
第二章：多晶硅制备方法
多晶硅制备的方法主要包括气相法、液相法和固相法三种。其中，气相法是目前应用最广泛的一种方法，主要是通过化学气相
沉积（CVD）和热氧化还原（HOR）两种方法来制备多晶硅。液
相法主要是通过晶种法、远心熔法和液相浸渍法来制备多晶硅。
固相法是通过气相沉积的方式将单晶硅转化为多晶硅。
2.1 气相法
2.1.1 化学气相沉积法
化学气相沉积法（CVD）是制备多晶硅的一种重要方法，其原
理是在高温、低压条件下让硅源物质分解成单质硅并沉积到基片
上形成多晶硅膜。CVD主要分为热CVD和等离子体增强化学气
相沉积（PECVD）两种。
2.1.2 热氧化还原法
热氧化还原法（HOR）是通过将硅源物质加热氧化成SiO2，
再还原成Si来制备多晶硅。该方法的优点是操作简单、成本低，
但需要较高的反应温度。
2.2 液相法
2.2.1 晶种法
晶种法是一种通过划线法在单晶硅上刻蚀出棱角形状的“划痕”，然后将该棱角破碎形成微小的单晶硅颗粒，用这些颗粒作为生长
开始点，在含硅溶液中生长出多晶硅的方法。
2.2.2 远心熔法
远心熔法主要是通过将硅源物料装在远心炉陶瓷钵中，通过离
心力的作用将熔融的硅源物质喷到基片上，形成多晶硅层的方法。该方法具有高速生长、操作简便等优点。
多晶硅制备及其应用
多晶硅制备及其应用
多晶硅是一种重要的半导体材料，广泛应用于现代电子、光电、太阳能等领域。本文将介绍多晶硅的制备方法和其应用领域。
一、多晶硅制备方法
目前，主要的多晶硅制备方法有两种：一种是通过氯化硅还原
法制备，另一种是通过硅烷热分解法制备。
1.氯化硅还原法
氯化硅还原法是目前应用最广泛的多晶硅制备方法。这种方法
需要使用高纯度的硅、氯气和氢气作为原料，通过氯化硅还原反
应来制备多晶硅。反应的化学方程式为：
SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl
其中，氯化硅和氢气在还原反应中发生反应，生成多晶硅和氯
化氢。这种方法比较简单、成本较低，同时产生的多晶硅质量也
比较高，因此被广泛应用于半导体、光电、太阳能等领域。
2.硅烷热分解法
硅烷热分解法是通过将硅烷气体分解而制备多晶硅的方法。当
硅烷气体加热到一定温度时，会发生热分解反应，生成多晶硅和
氢气。反应的化学方程式为：
SiH4 → Si + 2H2
这种方法很少用于多晶硅的制备，因为硅烷气体很难制备得到，并且造价较高。
二、多晶硅的应用领域
多晶硅作为一种重要的半导体材料，其应用领域非常广泛，下
面将介绍其在电子、光电、太阳能等领域的应用。
1.电子领域
多晶硅被广泛应用于电子领域，如集成电路、电池、传感器等。多晶硅具有高硬度、高稳定性、低损耗等优点，能够提高电子元
器件的稳定性和可靠性，同时还能提高电子元器件的工作效率和
性能。
2.光电领域
多晶硅在光电领域中也有着广泛的应用，如太阳能电池、光电
传感器、LED等。多晶硅具有优异的光电性能，能够将太阳能等
光能转化为电能，同时还能够提高LED等光电器件的功率和效率。
多晶硅制造现状和行业技术发展趋势
多晶硅制造现状和行业技术发展趋势多晶硅是目前太阳能光伏发电的关键材料之一，其制造的质量和成本直接影响光伏产业的发展。本文将对多晶硅制造的现状和行业技术发展趋势进行分析。
一、多晶硅制造现状
1.制造工艺
多晶硅的制造主要分为两个步骤：原料提取和硅棒制备。原料提取通常使用冶炼法，将高纯度硅矿石通过冶炼、还原等过程提纯为冶金级多晶硅。硅棒制备主要采用光熔法或电熔法，将高纯度多晶硅料通过熔化和晶体生长的方式生成多晶硅棒。
2.制造成本
多晶硅制造的成本主要由原材料成本和能源成本构成。原材料成本包括硅矿石、助熔剂等，能源成本包括电能和燃料。此外，还有其他成本如设备投资和运营成本等。目前多晶硅的制造成本较高，主要原因是能源成本占比较大。
3.产能和供需情况
目前全球多晶硅的产能主要集中在中国，特别是在江苏、浙江、山东等地的企业。然而，多晶硅的供需矛盾较为突出，供应过剩导致多数企业利润下降。此外，多晶硅的需求也受市场变化和政策影响较大。
1.提高制造效率
提升多晶硅制造的效率是当前的主要目标之一、一方面，通过发展更加节能高效的冶炼和熔炼工艺，降低能源消耗和排放。另一方面，通过改进硅棒制备过程，提高硅棒的产出率和质量。
2.降低制造成本
降低多晶硅制造的成本是行业的长期目标。一方面，技术创新可以减少原料消耗和能源消耗，从而降低成本。另一方面，扩大规模和集中生产可以降低单位产品的制造成本。
3.发展新型制造工艺
目前多晶硅主要采用的是传统的冶炼法和熔炼法。未来的发展趋势是探索新的制造工艺，如高温氧化法、化学气相沉积法等。这些新工艺可以实现原料直接转化为多晶硅的高效制备，降低能源和原料的消耗。
气相传输法在半导体级硅单晶生长中的应用研究
气相传输法在半导体级硅单晶生长中的应用
研究
随着电子技术的飞速发展，半导体材料的需求日益增长。而半导体技术的核心
是高纯度的硅单晶材料的制备。在硅单晶生长的过程中，气相传输法被广泛应用，以满足半导体材料的高纯度、高质量需求。本文着重研究了气相传输法在半导体级硅单晶生长中的应用，探讨了其工艺、机理和发展趋势。
一、气相传输法的工艺
气相传输法，又称化学气相沉积法(CVD)，是一种通过气体相的反应在固体表
面上沉积物质的方法。在半导体级硅单晶生长中，气相传输法通常采用三氯化硅(SiCl4)为硅源，氢气(H2)为还原剂，通过热分解反应产生活性的硅原子，并在硅衬
底上沉积形成硅单晶材料。
气相传输法的工艺过程可分为以下几个步骤：硅源的分解、气体传输、沉积反
应和沉积物质的生长。首先，硅源如SiCl4被加热分解产生活性的硅原子。然后，
产生的硅原子与衬底表面反应生成硅衬底上的沉积物质。最后，通过不断的反应和传输过程，硅单晶材料不断生长。
二、气相传输法的机理
气相传输法在半导体级硅单晶生长中的机理是通过控制硅源和还原剂的流量、
反应温度和衬底表面的特性实现的。在挥发性硅化物(SiCl4)的气相沉积过程中，主要通过热分解反应产生活性硅原子并在衬底表面上沉积。还原剂如氢气(H2)在反应中起到还原硅原子的作用，可以控制沉积速率和晶体质量。
经过对硅单晶生长机理的深入研究，发现气相传输法的关键在于控制形成的硅
原子的活性和浓度。活性硅原子的浓度决定了硅单晶材料的生长速率和质量。因此，
在工艺过程中，通过调节反应温度、硅源和还原剂的流量等参数，可以精确控制硅原子的活性和浓度，从而获得高质量的半导体级硅单晶材料。
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稀相输送是最传统的气力输送方式 ,料气比低 , 输送速度较大 ,系统磨损大 ,输送效率低 ,能耗大 。
密相输送料气比高 ,流速较低 ,可使物料对管道的磨 损减低 ,因此能耗低 ,经济性好 [ 2 ] 。
收料斗每次加入硅粉的重量为一定值 ,因此硅 粉在通过仓泵输送前必须经过计量 。在有仓泵的气 力输送装置中 ,物料的重量可以采用仓泵自身做为 料斗 ,在仓泵支架上设置压力传感器进行计量 ,也可 以单独制作一料斗进行计量 。采用仓泵计量可以节
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山 东 化 工 SHANDONG CHEM ICAL INDUSTRY 2010年第 39卷
密相正压气力输送可分为 "静压 "和 "紊流 " 2 种输送方式 。紊流输送是目前正压密相气力输送的 主流方式 ,其工作原理是先将物料在仓泵内与输送
收稿日期 : 2009 - 11 - 06 作者简介 :徐华春 (1974—) ,男 ,安徽潜山人 ,工程师 ,主要从事环境工程保护设计工作 。
第 3期
硅粉采用氮气进行气力输送 ,氮气的耗量是气 力输送系统的一个重要经济指标 。仓泵的容积大小 根据每次的设计输送量和压送次数计算 。设计输送 量在有备用输送系统时 ,取每次要求输送量的 1. 2 倍 。仓泵密相输送时 ,对于一定的输送量 ,仓泵的容 积与压送次数成反比 ,压送次数越多 ,仓泵容积越 小 ,选用容积小的仓泵可以降低其制造费用 ,但是由 于进料和换罐的次数增多 ,输送循环中稳定输送时 间所占的比例减少 ,进出料阀的耗损增加 ,这样相对 降低了输送效率 [ 6 ] 。仓泵密相输送物料 ,每罐物料 发送完毕后 ,需要对管道进行吹扫 ,压送次数增加之 后 ,吹扫的耗气量相应会增大 。仓泵的压送次数需 要全面考虑 ,以提高输送效率 ,降低氮气的耗气量 。 4. 2 称重装置
图 1 硅粉气力输送工艺流程图
3. 1 称重计量系统 贮仓内的硅粉通过手动插板阀 、气动刀型阀和
旋转给料机 ,落料至称重料斗 ,每个料斗设三个支 耳 ,支耳下面安装压力传感器 ,对进入料斗内的硅粉 进行称重计量 。计量时 ,先大给量进料 ,当料斗内的 硅粉重量接近预设值时 ,通过螺旋给料机调节 ,小给 量进料 ,在达到每次设定的称量重量后 ,关闭进料阀 门。 3. 2 物料输送系统
[ 2 ] 楼建勇 ,林江. 气力输送系统的研究现状及发展趋势 [ J ]. 轻工机械 , 2008, 26 (3) : 4 - 7.
[ 3 ] 程克勤. 粉粒状物料性能与其气力输送特性 [ J ]. 硫磷 设计与粉体工程 , 2004 (6) : 13 - 25.
[ 4 ] 赵峥 ,李文平. 浓相正压气力输送流动特性研究和系统 选择 [ J ]. 中国电力 , 2007, 40 (11) : 78 - 81.
阀门用于硅粉在管道输送中的启停和换向 ,它
的性能好坏直接影响输送系统的可靠性 。由于硅粉 具有很强的磨蚀性 ,阀门的结构和材质必须考虑硅 粉流动时对它的冲击磨损 。可以用于硅粉输送的阀 门有耐磨球阀 、刀型阀 、盘阀等多种形式 。阀门的结 构和材质不同 ,其价格差别很大 。目前国内生产适 合硅粉输送的阀门厂家较少 ,国外进口的硅粉输送 阀门又极其昂贵 。因此阀门选择时必须权衡性价 比 ,对不同阀门的使用寿命和价格进行分析比较 ,选 择性价比高的阀门 。 5 结束语
Abstract: Introduced the dense phase pneumatic conveying to transport silicon powder technique used in a polycrystalline silicon p lant, and also the transporting m anner and p rocess flow. Analyzed som e considerations about the type selection and design for the main equipments, p ip ing and valves which used in this pneumatic conveying system. Key words: silicon powder ; dense phase pneumatic conveying; polycrystalline silicon
称重料斗内的硅粉经计量后 ,落料至仓泵 。通
入仓泵的输送气体 ———氮气将硅粉流化后 ,靠仓泵 内的压力将硅粉通过输粉管道送到各收料斗 。当用 一根母管输送硅粉到不同的收料斗时 ,需要设置阀 门使物料换向 。硅粉采用低速密相输送 ,输送时需 要较大的压力 ,同时可能会产生粉料堵塞现象 。因 此 ,根据各输送装置的管道布置情况 ,在输粉管道上 设置助吹管 、排堵管及阀门 。沿输粉管道设置吹堵 母管 ,吹堵母管外径宜 Φ50～Φ100mm ,支管直径宜 为 Φ40～Φ65mm ,吹堵支管接入输粉管的水平夹角 不应大于 30°。并应在紧靠输粉管处的吹堵支管上 装设止回阀 、旋塞阀或球阀 。 3. 3 控制系统
避免弯头磨损或延长其磨损时间主要通过选材 和改变弯头结构来实现 。从选材上看 ,是把弯头部 分采用耐磨材料或内衬耐磨材料 ,如铸石弯头 、耐磨 陶瓷弯头 。从改变弯头的结构看 ,一种方式是将磨 损特别显著的弯头外侧附加易更换的衬板或填充耐 磨材料 ;另一种方式是让物料在弯管处停滞 ,让粉粒 体间互相冲撞 ,防止壁面磨损 [ 9 ] ,如 "背包 "弯头 ,在 弯头的弯曲段外侧加焊一个全封闭的格栅 "背包 " , 当弯头外壁管被磨穿后 ,物料逐渐进入并填满 "背 包 " , "背包 "内的物料成为 "料垫 " ,产生 "料磨料 " 的情况 ,避免了物料在弯头内对管壁的直接冲击磨 损 [ 10 ] 。 4. 5 阀门
省料斗的制作费用 ,降低硅粉贮仓的高度 ,但是与仓 泵本体连接的管道较多 ,即使采用补偿器连接 ,实践 中还是很难保证达到较高的称量精度 ,采用单独的 料斗计量装置 ,可以确保每次加入收料斗中的硅粉 重量在允许的误差范围之内 。 4. 3 直管段
物料与输送管道管壁的摩擦和碰撞所引起的磨 损破坏是输送管道磨损的主要原因 。在直管段内 , 物料所受的外力是气流推力和物料自身的重力 ,以 及物料与管壁的撞击和物料间的相互碰撞作用力 。 密相气力输送管道内料气混合物的流速较低 ,输粉 直管段可以采用无缝厚壁碳钢管 。
1 概述 改良西门子法工艺生产的多晶硅在世界上的产
能最大 ,约占总产能的 80%。该工艺是将氯化氢和 工业硅粉 (粗硅 )在高温下合成三氯氢硅 ,然后对三 氯氢硅进行化学精制提纯 ,提纯后的三氯氢硅在还 原炉内进行化学气相沉积反应生成高纯度多晶硅 。 在三氯氢硅合成阶段 ,原料硅粉经吊运被卸入硅粉 接收料斗 [ 1 ] ,这种人工操作生产方式效率低 ,劳动 强度大 ,同时操作中产生的粉尘危害人体健康 ,污染 现场环境 。硅粉采用密相气力输送加料可以从根本 上消除人工吊运的诸多弊端 。 2 输送方式选择
徐华春 :硅粉密相气力输送技术在多晶硅生产中的应用
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气体充分混合 ,再通过压力将混合物利用管道进行 输送 ,只要保证一定的流速 ,物料在管道中不大量沉 积造成堵管 ,系统便可连续运行 ,因此输送效率高 , 应用广泛 [ 4 ] 。
硅的氧 化 性 较 强 , 处 于 粉 态 时 , 在 空 气 中 易 爆 [ 5 ] 。为了保证气力输送的安全和避免硅粉表面 被氧化 ,保持其良好的活性 ,硅粉输送的气源采用氮 气 ,可以利用厂内的制氮站提供 。 3 工艺流程
管道设计时 ,当直管段大于或等于 50m 时 ,需 设置伸缩节 ,管道采用法兰连接 ,管道法兰间跨距以 10～20m 为宜 [ 7 ] 。 4. 4 弯头
物料经过弯头时 ,除了受到在直管段内的几种 作用力外 ,还受到离心力的作用 。离心力导致了物 料运动方向的改变 ,部分物料通过反复撞击弯头外 侧内壁前移通过弯头 ,因此输送管道中弯头是最容 易磨损的部位 。研究发现 ,弯头部位的磨损率可比 直管部分高 50倍 [ 8 ] 。在气力输送系统设计中 ,一般 要求管道布置尽量减少弯头的个数 。对于密相气力 输送的弯头曲率半径不宜小于管径的 10倍 ,且不小 于 1m。
[ 5 ] 常森. 硅粉生产技术评说 [ J ]. 有机硅材料 , 2005, 19 (5) : 21 - 23.
称重计量系统和物料输送系统采用 PLC 可编 程序控制器进行控制 ,通过开发操作方便的应用软 件 ,在上位机上进行各参数设定 ,对现场执行机构进 行操作 ,监控各个设备的工作状态 。在控制系统中 , 通过对氮气的压力 、流量 、阀体开闭 、输送管道压力 等的实时监控 ,管道在达到设定的压力与时间许可 值时可以自动排堵也可以在上位机控制开启排堵 , 及时方便地处理管道堵塞问题 。 4 主要设备和管道 、阀门选型及设计 4. 1 仓泵
本套硅粉气力输送装置在某多晶硅厂技改项目 中安装实施后 ,实现了硅粉自动化加料 ,运行安全可 靠 。整个输送过程封闭 、物料不泄露 、污染小 ,提高 了工厂的生产效率和管理水平 ,改善了车间生产环 境。
参考文献
[ 1 ] 杨涛. 改良西门子法生产多晶硅工艺设计探讨 [ J ]. 贵 州化工 , 2009, 34 (3) : 7 - 11. .
Applica tion of the Techn ique w ith D en se Pha se Pneuma tic Convey ing to Tran sport S ilicon Powder in Produc ing Polycrysta lline S ilicon
XU Hua - chun ( GCL Engineering L im ited, Nanjing 210008, China)
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硅粉密相气力输送技术在多晶硅生产中的应用
徐华春
(中环 (中国 )工程有限公司 ,江苏 南京 2ຫໍສະໝຸດ Baidu0008)
摘要 :介绍某多晶硅厂对硅粉加料采用密相气力输送技术的输送方式和工艺流程 ,分析了该气力输送系统中主要设备和管道 、阀 门选型及设计时的考虑因素 。 关键词 :硅粉 ; 密相气力输送 ;多晶硅 中图分类号 : TQ022. 11 + 4 文献标识码 : B 文章编号 : 1008 - 021X (2010) 03 - 0056 - 03
某多晶硅厂生产使用的硅粉物性见表 1。
表 1 硅粉物性表
名称 粒径 /μm 堆积密度 / ( t·m - 3 ) 安息角 / °o 含水率 / ‰
数值 50～150
1. 3 35 < 0. 5
从表 1看 ,硅粉的安息角约 35°,散料安息角在 30°～38°时 ,能自由流动 [ 3 ] 。同时硅的莫氏硬度为 7,对于非常硬的物料 ,莫氏硬度大于 6,趋向易于流 动 ,但对管道的磨蚀性很强 。根据硅粉的物性和类 似物料的气力输送经验 ,硅粉适合低速密相正压气 力输送 。
硅粉气力输送工艺流程中 ,硅粉由气力输送罐 车装运硅粉至厂内硅粉贮仓 ,罐车接通厂供氮气气 源后 ,将硅粉压送到硅粉贮仓内 。贮仓下部设置两 套气力输送系统 ,贮仓内的硅粉通过气力输送装置 送至厂内各处收料斗 。正常工作时 ,两套气力输送 系统单独向两个不同处的收料斗供粉 ,但是两套系 统之间又通过阀门互连 ,互为备用 ,在一套系统出现 故障或检修时 ,另外一套系统可以向两个不同的收 料斗处供粉 。整个气力输送工艺流程由称重计量系 统 、物料输送系统和控制系统组成 ,见图 1。