多晶硅工艺学_教案
多晶硅培训讲义
多晶硅的技术经历了三代，神舟硅业有限责任公司目前应用的就是第 三代的改良西门子法生产工艺，主要是通过热氢化将得到的四氯化硅 加氢制备成三氯氢硅，继续参与到系统中，形成闭环循环；这是目前 世界上最先进、最成熟、最稳定的工艺。
多晶硅主要生产厂家
黑姆洛克 瓦克 REC MEMC Tokuyama M Setic（日本松工） OCI （韩国DCC） 中能
4、氯硅烷分离提纯系统
氯硅烷主要指多晶硅生产过程中产生的各种含氯硅烷化合物的总称，主要包括 三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅等。氯硅烷提纯的目的是得到符合标准的高 纯度的三氯氢硅，并提纯副产物四氯化硅；氯硅烷的提纯采用的主要方法就是 精馏。氯硅烷的提纯主要分为粗馏和精馏两部分： 粗馏： 初步分离三氯氢硅，去除含聚氯硅烷的四氯化硅（氯硅烷分离工段）； 精馏： 第一部分：合成精馏 第一阶段：提纯合成的三氯氢硅 第二阶段：处理合成精馏的二级三氯氢硅 第三阶段：处理合成粗馏的四氯化硅 第二部分：还原精馏 第三部分：氢化精馏 处理还原CDI送来的还原氯硅烷 处理氢化CDI送来的氢化氯硅烷
反应中氢气：氯气=1.1（摩尔比）
氯化氢合成是合成工序的一部分，目前我公司采用的是加压合成，不同于烧 碱工业上的常压合成，共有三套系统。
2、三氯氢硅合成
三氯氢硅合成反应发生在三氯氢硅合成炉中,是通过控制一定的温度压力（300℃， 0.3-0.5Mpa）实现硅粉与氯化氢的化合反应，硅粉即为工业级原料硅粉，氯化氢 部分来自于合成工序中的氯化氢，部分来自于循环氯化氢。三氯氢硅合成炉存在 着主反应： Si+3HCl === SiHCl3+H2 副反应： Si+4HCl === SiCl4+2H2 Si+2HCl === SiH2Cl2 三氯氢硅合成反应是个剧烈放热反应，主反应反应热为141.8KJ/mol，因此需要 通过夹套的循环水大量移走热量,但是常温下该反应并不发生，因此反应开始之前 需要预热原料。 三氯氢硅合成共有五套系统，是目前中国最大的合成系统
多晶硅车间工艺培训
还原氢化工序工艺讲义第一节工序划分及主要设备一、三氯氢硅还原的工序划分单元号工序名称T1100/T1101 三氯氢硅(TCS)蒸发T1200/T1201 四氯化硅(STC)蒸发T100/T101 还原T200/T201 氢化T300 硅芯拉制T400 硅芯腐蚀T500 破碎、分级T600 超纯水制取T700 实验室(分析检测中心)T800/801 钟罩清洗T900 冷却水循环系统T1000 HF洗涤二、主要原辅材料及质量要求物质纯度原料三氯氢硅TCS≥99%（B≤0.1ppb;P≤0.1ppb）四氯化硅STC≥98%氢气H2≥99.999%硅芯Si≥99.999%；电阻率≥50Ω·cm(暂定)；Φ5mm ；长2m石墨电极高纯辅料硝酸分析纯氢氟酸优纯级或分析纯洗涤剂氢氧化钠分析纯或化学纯酸洗剂氨基磺酸化学纯超纯水电阻率＞18M·Ω三、主要设备设备个数位号三氯氢硅(TCS)蒸发器 4 T1100AB001/002 T1201AB001/002四氯化硅(STC)蒸发器 4 T1200AB001/002 T1201AB001/002还原炉及氢化炉的静态混合器 2 AM100还原炉18 T100/T101AC001-009氢化炉9 T200AC001-005 T201AC001-004硅芯拉制炉 6 T300AC001-006区熔炉 1 T700AC001冷却水及冷却去离子水缓冲罐 4 T900/T901AB001-002 全自动硅块腐蚀清洗机 1 T400HF洗涤塔 1T1000AK001A/B第二节 三氯氢硅氢还原工艺一、还原工艺描述H 多晶硅图1 三氯氢硅氢还原工艺流程简图经提纯的三氯氢硅原料，按还原工艺条件的要求，经管道连续加入蒸发器中。
向蒸发器夹套通入蒸汽使三氯氢硅鼓泡蒸发并达到10bar ，三氯氢硅的汽体和一路一定压力的高纯氢气（包括干法分离工序返回的循环氢气）在混合器AM100中以1：3的比例混合，经三层套管换热器加热后经进气管喷头喷入还原炉内。
课程设计 多晶硅的生产工艺
光电材料制备课程设计说明书设计题目：太阳电池用多晶硅的生产工艺设计设计者李其光指导教师姜燕江苏大学无机非金属（光电材料）教学组2012年6月20日摘要：本文首先介绍了制造高纯硅的各种工艺流程，工艺特点，主要讲述了改良西门子法以及需要的设备核心结构及参数，并对其他方法进行了简单优缺点介绍。
接下来讲述了铸造多晶硅的生产过程，以及对需要控制的条件做了一些说明。
关键词：多晶硅；工艺流程；三氯氢硅法；热交换；太阳能光伏产业发展至今已有几十年的历史, 晶体硅太阳电池始终是商品化太阳电池的主流, 约占据整个太阳电池市场的90% , 国际市场上98% 以上的光伏电池都是利用高纯多晶硅制备的。
近年来, 我国集成电路及太阳能电池产业的发展, 大大带动了多晶硅材料市场需求发展. 2006 --2010 年集成电路(IC )用多晶硅市场需求量年均增长41 .9% , 太阳能电池产量则以年均157 % 的速度高速增长,6 年内太阳能电池产量及对多晶硅的需求量扩大了110 多倍.随着国内在建项目陆续投产,2007 年我国多晶硅产量已达1000t.不过由于近两年经济危机的影响，就国内除个别企业坚持低负荷开车外，三氯氢硅行业近九成企业停产或检修，市场低迷行情持续。
国内三氯氢硅主流报价在每吨4500～5000元。
三氯氢硅价格已低于成本线[1]。
2012年以来，新兴的美国光伏市场因“双反”对中国光伏企业关上了大门。
亚洲及其他国家光伏市场虽发展迅速，但总量和规模均不足以支撑和消化快速扩张的光伏产能。
据统计，2012年，全球光伏电池和多晶硅需求量仅为215亿瓦特、17.88万吨，而全球产能却达到660亿瓦特和29.5万吨[2]。
1.高纯多晶硅的制备目前，化学提纯制备高纯硅的方法很多，SiHCl3氢还原法，新硅烷法等，其中SiHCl3氢还原法具有产量大，质量高，成本低的优点，是目前国内外制取高纯硅的主要方法。
硅烷法可有效地除去杂质，无腐蚀性，分解温度低，但是存在安全方面的问题，有待很好地解决。
【VIP专享】多晶硅生产工艺学
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6.培养学生观察、思考、对比及分析综合的能力。过程与方法1.通过观察蚯蚓教的学实难验点，线培形养动观物察和能环力节和动实物验的能主力要；特2征.通。过教对学观方察法到与的教现学象手分段析观与察讨法论、，实对验线法形、动分物组和讨环论节法动教特学征准的备概多括媒，体继课续件培、养活分蚯析蚓、、归硬纳纸、板综、合平的面思玻维璃能、力镊。子情、感烧态杯度、价水值教观1和.通过学理解的蛔1虫.过观适1、察于程3观阅 六蛔寄.内列察读 、虫生出蚯材 让标容生常蚓3根料 学本教活.见身了 据： 生，师的2、的体解 问巩鸟 总看活形作用线的蛔 题固类 结雌动态业手形虫 自练与 本雄学、三：摸动状对 学习人 节蛔生结4、收 、一物和人 后同类 课虫活构请一集 蚯摸并颜体 回步关 重的动、学、鸟 蚓蚯归色的 答学系 点形教生生让类 在蚓纳。危 问习从 并状学理列学的 平线蚯害 题四线人 归、意特出四生面体形蚓以、形类 纳大图点常、五观存 玻表动的及鸟请动文 本小引以见引、察现 璃，物身预3类学物明 节有言及的、导巩蚯状 上是的体防之生和历 课什根蚯环怎学固蚓， 和干主是感所列环史 学么据蚓节二样生练引鸟 牛燥要否染以举节揭 到不上适动、区回习导类 皮还特分的分蚯动晓 的同节于物让分答。学减 纸是征节方布蚓物起 一，课穴并学蚯课生少 上湿。?法广的教， 些体所居归在生蚓前回的 运润4；泛益学鸟色生纳.靠物完的问答原 动的蛔4，处目类 习和活环近.在成前题蚯因 的？虫了以。标就 生体的节身其实端并蚓及 快触寄解上知同 物表内特动体结验和总利的我 慢摸生蚯适识人 学有容点物前构并后结用生国 一蚯在蚓于与类 的什，的端中思端线问活的 样蚓人的飞技有 基么引进主的的考?形题环十 吗体生行能着 本特出要几变以动，境大 ？节活的1密 方征本“特节化下物.让并珍 为近会习形理切 法。课生征有以问的学引稀 什腹小性态解的 。2课物。什游题主.生出鸟 么面起结和结蛔关观题体么戏：要明蚯类 ？处哪利适构虫系察：的特的特确蚓等，些用于特适。蛔章形殊形征，这资是疾板穴点于可虫我态结式。生种料光病书居是寄的们结构，五物典，滑？小生重生鸟内学构，学、的型以还5结活要生类部习与.其习巩结的爱是如鸟的原活生结了功颜消固构线鸟粗何类形因的存构腔能色化练特形护糙预适态之结的，肠相是系习点动鸟？防于、一构现你动适否统。都物为蛔飞结。和状认物应与的是。主虫行构课生却为和”其结与题病的、本理不蛔扁的他构环以？特生8特乐虫形观部特8境小三征理页点观的动位点相组、梳等这；，哪物教相，适为引理方些2鸟，育同师.应单导知面鸟掌类结了；？生的位学识的你握日构解2互.。办生特认线益特了通动手观征识形减点它过，抄察；吗动少是们理生报蛔5？物，与的解.参一虫了它和有寄主蛔与份结解们环些生要虫其。构蚯都节已生特对中爱。蚓会动经活征人培鸟与飞物灭相。类养护人吗的绝适这造兴鸟类？主或应节成趣的的为要濒的课情关什特临？就危感系么征灭来害教；？；绝学，育，习使。我比学们它生可们理以更解做高养些等成什的良么两好。类卫动生物习。惯根的据重学要生意回义答；的3.情通况过，了给解出蚯课蚓课与题人。类回的答关：系线，形进动行物生和命环科节学动价环值节观动的物教一育、。根教据学蛔重虫点病1.引蛔出虫蛔适虫于这寄种生典生型活的线结形构动和物生。理二特、点设；置2.问蚯题蚓让的学生生活思习考性预和习适。于穴居生活的形态、结构、生理等方面的特征；3.线形动物和环节动物的主要特征。
多晶硅生产电子教案
多晶硅生产工艺多晶硅生产工艺1．概述硅是地球上含量最丰富的元素之～，约占地壳质量的25．8％，仅次于氧元素，居第二位。
硅在地球上不存在单质状态，基本上以氧化态存在于硅酸盐或二氧化硅中，其表现形态为各种各样的岩石，如花岗岩、石英岩等。
硅是一种半导体元素，元素符号为Si，位于元素周期表的第三周期第四主族，原子序数为14，原子量为28.0855。
硅材料的原子密度为5.OOx1022／cm。
，熔点为141 5℃，沸点为2355℃它在常温(300K)下是具有灰色金属光泽的固体，属脆性材料。
硅材料有多种形态，按晶体结构，可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。
单晶硅材料，是指硅原子在三维空间有规律周期性的不问断排列，形成一个完整的晶体材料，材料性质体现各向异性，即在不同的晶体方向各种性质都存在差异。
多晶硅材料，是指由两个以上尺寸不同的单晶硅组成的硅材料，它的材料性质体现的是各向同性。
非晶硅材料，是指硅原子在短距离内有序排列、而在长距离内无序排列的硅材料，其材料的性质显示各向同性。
通常硅晶体的晶体结构是金刚石型，有9个反映对称面、6条二次旋转轴、4条三次旋转轴和3条四次旋转轴，其全部对称要素为3L44LS6L 9PC。
如果加压到1.5GPa，硅晶体就会发生结构变化，由金刚石型结构转变为面心立方结构，此时的晶体常数为0.6636nm。
硅材料是应用最广泛的元素半导体材料，具有其他元素不具有的一些特性，在室温下它的禁带宽度为1.1 2eV，其本征载流子浓度为1.45x10 D／cm。
硅材料具有典型的半导体电学性质。
硅材料的电阻率在10～1010Ω·cm间，导电能力介于导体和绝缘体之间。
特性其导电性受杂质、光、电、磁、热、温度等环境因素的影响明显。
高纯无掺杂的无缺陷的硅晶体材料，称为本征半导体，其电阻率在10Ω·cm以上。
P-N结构性。
即N型硅材料和P型硅材料结合组成PN结，具有单向导电性等性质。
这是所有硅半导体器件的基本结构。
多晶硅生产工艺培训
多晶硅生产工艺培训1. 简介多晶硅（Polycrystalline silicon，简称poly-Si或多晶硅）是一种重要的半导体材料，广泛应用于太阳能电池、集成电路和电池制造等领域。
多晶硅的生产工艺非常关键，正确掌握工艺技术可以提高生产效率和产品质量。
本文档将介绍多晶硅生产的基本工艺和注意事项。
2. 原料准备多晶硅的制备过程需要使用高纯度硅粉作为原料。
硅粉的纯度对多晶硅的品质有直接影响，通常要求硅粉的杂质含量控制在ppm级以下。
同时，硅粉的粒径也要根据具体工艺要求进行选择。
在原料准备过程中，还需要进行混料和筛选等操作，确保原料的均匀性和质量。
3. 炉内反应多晶硅的制备主要通过化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）的方法进行。
在炉内反应过程中，首先向炉腔中注入硅源气体，例如氯气和硅烷气体等。
同时，通过加热炉腔使气相反应进行，生成多晶硅。
炉内反应的条件包括温度、压力和气体流量等。
温度和压力的控制对于多晶硅的纯度和结晶度有重要影响，一般需要在严密控制的炉腔内进行。
气体流量的控制则决定了多晶硅的生长速率和晶粒尺寸。
4. 结晶和提拉在炉内反应结束后，多晶硅以小晶粒的形式存在于反应室内。
为了进一步提高晶粒尺寸和纯度，需要进行结晶和提拉操作。
在结晶过程中，多晶硅在高温下逐渐长大，晶粒逐渐增大。
同时，通过控制结晶速度和晶体形态，可以调控多晶硅的性质。
提拉指的是将结晶好的多晶硅通过拉伸操作变成长晶体。
在提拉过程中，需要控制拉伸速度和拉伸的方向，以获得所需的晶体尺寸和外形。
5. 制品后处理在多晶硅的生产工艺中，制品后处理是不可忽视的环节。
主要包括去除表面杂质、研磨和切割等步骤。
去除表面杂质是为了提高多晶硅的纯度和表面质量。
常用的方法包括化学抛光和酸洗等。
研磨和切割则是为了获得所需的多晶硅片。
通过机械研磨和切割操作可以获得平整、光滑的多晶硅片，以用于太阳能电池等领域的制造。
6. 质量控制多晶硅生产的质量控制非常重要。
太阳能电池材料电子教案(铸造多晶硅晶体生长工艺)
问题：1、利用铸造技术制备多晶硅的工艺主要有几种？分别是？
2、两种技术的本质区别？
3、直熔法如何进行冷却？
4、质量标准？
5、铸造多晶硅制备时的工艺不足？
6、铸造多晶硅的原料？坩埚及优缺点？
7、坩埚内涂层的作用？
Ⅲ、讲授新课：78分钟
第八章铸造多晶硅
8.3.3晶体生长工艺
一、装料
坩埚----冷却板----放料----安装加热、隔热设备及炉灶----炉内抽真空
二、加热
炉内加热----表面湿气蒸发----缓慢加热----1200-1300摄氏度（4-5小时）
三、化料
通入保护期----升温至1500摄氏度（至化料结束）9-11小时
四、晶体生长
降温至1420-1440摄氏度（硅熔点）----坩埚下降或隔热装置上升----坩埚脱离加热区（热交换）----冷却板通水（20-22小时）
授课日期
授课节次
授课班级
8.3.3晶体生长工艺
教学目的
1、复习前面所讲内容，了解学生掌握情况
2、了解直熔法制备铸造多晶硅的具体工艺
教学重点
使学生真正掌握前面所讲的内容
教学难点
理清直熔法制备方法
单晶硅多晶硅的生产工艺以及性质特点培训课件
流
硅烷化
溶剂
溶液回收与 NaAlF4分离
合格多晶硅 脱氢
的热分解
（粒状）
程
NaAlF4（干燥）
反应制取
图
NaAlF4
高纯硅。 脱氢硅（粒状）
反应原理
硅镁合金法工艺
Komatsu
硅化镁法
硅烷制法
氯硅烷歧化工艺
Union Carbide
歧化法
金属氢化物工艺
MEMC公司发 明的新硅烷法
硅烷法小结
❖ 硅烷热分解法能耗仅为40 KW·h／kg
（2）与氧化性酸反应： 在常温下硅对多数酸是稳定 Si + 4HF == SiF4↑ + 2H2↑ Si + 4HNO3+6HF == H2SiF6+4NO2+4H2O
（3）与碱反应： 在常温下硅能与稀碱溶液反应 Si + 2OH - + H2O == SiO32- + 2H2↑
硅的分类
硅
工业硅
传统方法
1
2
3
改良西门子法 硅烷法
流态床反应法
改良西门子法
改 良 西 门 图子 工 艺 流 程
西门子法， 即采用H2还 原SiHCl3生 产高纯多晶
硅的方法，
由德国 Siemens公 司发明并于 1954年申请 了专利， 1965年左右 实现了工业 化。
改良西门子法主要包括五个环节
SiHCl3的合成 精馏提纯SiHCl3 SiHCl3的氢还原 尾气回收
尾气回收方法主要有冷冻法和吸附分离法
尾气回收示意图
活性炭吸附纯化氢气
从吸收塔顶部出来的氢气被送到活性炭吸附柱进行吸附，以除 去其中含有的极少量氯硅烷和氯化氢，获得纯净的氢气。纯氢 气可以直接返回相应的原工序中使用。
多晶硅生产工艺和反应原理
多晶硅生产工艺和反应原理多晶硅是一种用于制造太阳能电池板的关键材料。
其制备工艺涉及多个步骤和反应原理。
多晶硅的生产工艺可以概括为以下几个主要步骤：1. 原料准备：多晶硅的主要原料是冶炼硅、矽酸钠和氢氯酸等。
这些原料在制备过程中需要进行精确的配比，以确保最终产品的质量和效能。
2. 冶炼硅的制备：首先，将原料中的冶炼硅与氢氧化钠进行反应，生成硅酸钠溶液。
然后，在高温下将溶液与电解质反应，从中析出粗硅。
这个过程主要是通过液相冶炼和电解两个步骤来完成的。
3. 精炼多晶硅：将粗硅放入电炉中，并在控制温度和环境的条件下进行加热。
通过向炉内加入能与杂质反应的物质（如氯化氢），可以将杂质从硅中去除。
这个过程被称为精炼，其目的是提高多晶硅的纯度。
4. 抽拉和切割：经过精炼的多晶硅会以一定的比例被抽拉成圆柱形的晶棒。
这个晶棒通常被切割成薄片，用于制造太阳能电池板。
切割过程需要高精确度的设备和操作，以确保最终产品的品质。
在多晶硅生产过程中，存在多个反应原理的作用：1. 溶液反应：冶炼硅与氢氧化钠反应形成硅酸钠溶液，这个反应产生了大量的热量。
同时，在高温下进行的电解质反应中，硅酸钠溶液被分解为纯硅和氢氧化钠，从而促使多晶硅的形成。
2. 杂质去除反应：在精炼多晶硅的过程中，通过向电炉中加入氯化氢等物质，可以与多晶硅中的杂质发生反应。
这些杂质会以气体或液体的形式被移出，从而提高多晶硅的纯度。
3. 抽拉和切割反应：在多晶硅被抽拉和切割的过程中，需要使用高精确度的设备和工艺控制，以确保晶棒和切片的质量。
这个过程主要是机械物理反应，通过切割工具对多晶硅进行切割和加工。
总而言之，多晶硅的生产工艺涉及多个步骤和反应原理。
从原料准备、冶炼、精炼到抽拉和切割，每一步骤都是为了提高多晶硅的纯度和形状，以满足太阳能电池板制造的要求。
通过控制反应条件和使用精确的设备，可以实现高质量的多晶硅生产。
多晶硅是一种非常重要的材料，广泛应用于太阳能电池板的制造。
多晶硅培训计划
多晶硅培训计划第一部分：培训背景和目的1.1 背景介绍多晶硅是一种广泛应用于光伏产业的重要材料，其质量和生产工艺的优劣直接影响光伏电池的性能和成本。
随着光伏产业的快速发展，多晶硅的需求量也在不断增加。
因此，培训多晶硅的相关知识和技能对光伏企业和研发人员来说至关重要。
1.2 培训目的本培训计划旨在为光伏产业相关从业人员提供全面而系统的多晶硅知识和技能培训，让学员能够掌握多晶硅相关的基本原理、工艺流程、设备操作和质量控制等知识，提升其在光伏产业中的竞争力和专业水平。
第二部分：培训内容和形式2.1 培训内容本培训计划主要包括以下几个方面的内容：（1）多晶硅的基本原理：包括多晶硅的结构与性质、原料选用、熔炼方法等基本知识；（2）多晶硅的生产工艺：介绍多晶硅的生产流程、设备使用和工艺控制等；（3）多晶硅的质量控制：重点介绍多晶硅的质量标准、检测方法和质量控制技术；（4）多晶硅的应用前景：探讨多晶硅在光伏产业中的应用前景和发展趋势，以及相关的市场需求和竞争形势。
2.2 培训形式本培训计划将采用多种形式进行，包括课堂授课、实验操作、案例分析、讨论交流等。
课堂授课将由多晶硅领域的专家和资深从业人员担任，他们将结合自身的经验和研究成果，为学员们提供全面而深入的知识和技能培训。
实验操作环节将由实验技术人员指导学员进行相关操作，以增强学员们的实际操作能力和技能。
第三部分：培训对象和时间安排3.1 培训对象本培训计划主要面向光伏产业相关从业人员、科研院所的研究人员以及大专院校的本科和研究生学生等。
希望参与本培训的学员们具有一定的材料科学和工程领域的基础知识和技能，并对多晶硅的相关技术和应用领域感兴趣。
3.2 培训时间安排本培训计划将采取集中授课和实践操作的形式进行，总计培训时间为30天。
具体时间安排如下：（1）第1天至第5天：多晶硅基本原理和生产工艺的讲授和实验操作；（2）第6天至第10天：多晶硅质量控制和检测方法的讲授和实验操作；（3）第11天至第15天：多晶硅的应用前景和市场需求的讲授和案例分析；（4）第16天至第20天：学员们进行相关项目的研讨和总结，并撰写相关论文或报告；（5）第21天至第30天：学员们进行实际项目的操作和实践，由专家和导师进行现场指导和指导。
太阳能电池材料电子教案铸造多晶硅制备工艺
太阳能电池材料电子教案铸造多晶硅制备工艺教学目标：1.理解太阳能电池的工作原理和应用；2.了解多晶硅的制备工艺；3.掌握多晶硅的铸造方法。
教学准备：1.教材：太阳能电池材料相关教材；2.多媒体设备：投影仪、电脑；3.实验设备：实验室用的电炉、石英坩埚、高温计量秤等；4.实验化学品：硅粉、碳粉、氧化铝粉、卤化铝等。
教学过程：一、导入（5分钟）通过展示太阳能电池的实物或者图片，向学生介绍太阳能电池的基本原理和应用。
二、太阳能电池材料介绍（10分钟）1.介绍太阳能电池的基本原理：太阳能电池是一种将太阳光转变为电能的装置，其工作原理是通过太阳能光子的能量使半导体中的电子跃迁，从而产生电流。
2.介绍太阳能电池材料：目前使用最广泛的太阳能电池材料是多晶硅。
多晶硅具有优异的光电转换效率和稳定性，是太阳能电池的理想材料。
三、多晶硅制备工艺介绍（15分钟）1.介绍多晶硅制备的主要方法：目前多晶硅的主要制备方法是铸造法。
铸造法是将硅粉与其他添加剂混合，在高温下熔炼并冷却，使其凝固成块，再进行压碎和烧结等工艺，最终得到多晶硅块料。
2.介绍多晶硅铸造的工艺过程：铸造法包括熔炼、凝固和固化等过程。
学生可以通过实验室模拟实验的方式，了解多晶硅的铸造工艺。
四、多晶硅铸造实验演示（30分钟）1.展示实验所需实验设备和化学品，并说明注意事项和操作步骤。
2.进行实验演示，包括熔炼、凝固和固化等过程。
3.解释实验过程中发生的化学反应和物理变化，并与制备多晶硅的工艺过程进行对比。
4.学生可以通过观察实验现象和参与实验操作，加深对多晶硅铸造工艺的理解。
五、讨论和总结（10分钟）1.学生就实验中观察到的现象和实验过程进行讨论，加深对多晶硅铸造工艺的理解。
2.进行小结，总结太阳能电池材料太阳能电池材料多晶硅铸造工艺的基本知识和实验过程。
六、作业布置（5分钟）布置相关的学习任务，如阅读太阳能电池材料相关教材，并完成相关的练习题。
以上内容可以根据实际教学需要进行调整和补充。
第14、15讲 多晶硅材料的制取
太阳能汽车
太阳能手机
光伏灯源
光伏系统
Railway station in Germany.
屋顶太阳能光伏系统
光伏发电站与跟踪装置
One-axis solar tracking system usually generate 30% more energy, Two-axis system got even more.
高 沸 点 杂 质
低沸点
低 沸 点 杂 质
还原
高沸点 绿色线为产品流向
（4）三氯氢硅氢还原 装好高纯硅制取的硅晶体细棒（硅芯），作为发 热体。直径5-6mm，加热至1100℃。
还原炉中，同时发生SiHCl3热分解。 2SiHCl3=Si+SiCl4+2HCl 还原炉中氢比例大，副反应少，少SiCl4 。 氢比例太大，稀释SiHCl3 ， 影响SiHCl3反应概率，降低 硅的沉积速率。 控制SiHCl3：H2比例为10：1（摩尔比）。 B、P也会被还原沉积，多晶硅纯度可达9-10个“9”。
8.2.1 三氯氢硅氢还原法 三氯氢硅氢还原法又称西门子法。 （1）原料的制备 1）硅铁经过酸洗、粉碎研磨，粒度为80-120目。 目：颗粒可以通过筛网的筛孔尺寸，以1英寸（25.4mm） 宽度的筛网内的筛孔数表示，因而称之为“目数”。目数 越高，粒径越小。80目=198um。 2）氯化氢气体制取 氯气与氢气在合成炉中生成氯化氢气体。 Cl2+H2=2HCl
SiCl4
物理性质 无色或淡黄色发烟液体，有刺激性气味，易潮解。 熔点(℃)：-70 沸点(℃)：57.6 化学性质 受热或遇水分解放热，放出有毒的腐蚀性烟气。对很多金属尤 其是潮湿空气存在下有腐蚀性。 四氯化硅在潮湿空气中水解而成 和氯化氢，方程式如下： SiCl4+3H2O====H2SiO3+4HCl 或SiCl4+4H2O====H4SiO4+4HCl 不慎与眼睛接触后，请立即用大量清水冲洗并征求医生意见。
多晶硅生产工艺和反应原理模板
多晶硅生产工艺和反应原理模板1多晶硅生产工艺和反应原理第一节多晶硅的基础知识多晶硅的基础知识重要的半导体材料, 化学元素符号Si, 电子工业上使用的硅应具有高纯度和优良的电学和机械等性能。
硅是产量最大、应用最广的半导体材料, 它的产量和用量标志着一个国家的电子工业水平。
在研究和生产中, 硅材料与硅器件相互促进。
在第二次世界大战中, 开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。
所用的硅纯度很低又非单晶体。
1950年制出第一只硅晶体管, 提高了人们制备优质硅单晶的兴趣。
1952年用直拉法(CZ)培育硅单晶成功。
1953年又研究出无坩埚区域熔化法(FZ), 既可进行物理提纯又能拉制单晶。
1955年开始采用锌还原四氯化硅法生产纯硅, 但不能满足制造晶体管的要求。
1956年研究成功氢还原三氯氢硅法。
对硅中微量杂质又经过一段时间的探索后, 氢还原三氯氢硅法成为一种主要的方法。
到1960年, 用这种方法进行工业生产已具规模。
硅整流器与硅闸流管的问世促使硅材料的生产一跃而居半导体材料的首位。
60年代硅外延生长单晶技术和硅平面工艺的出现, 不但使硅晶体管制造技术趋于成熟, 而且促使集成电路迅速发展。
80年代初全世界多晶硅产量已达2500吨。
硅还是有前途的太阳电池材料之一。
用多晶硅制造太阳电池的技术已经成熟; 无定形非晶硅膜的研究进展迅速; 非晶硅太阳电池开始进入市场。
2化学成分硅是元素半导体。
电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于0.4ppb和0.1ppb。
拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质, 以获得所要求的导电类型和电阻率。
重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质, 它们的存在会使PN结性能变坏。
硅中碳含量较高, 低于1ppm者可认为是低碳单晶。
碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。
硅中氧含量甚高。
氧的存在有益也有害。
直拉硅单晶氧含量在5～40ppm范围内; 区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。
硅的性质硅具有优良的半导体电学性质。
多晶硅工艺原理
表压0.45～0.5MPa的氯化氢同时被分别送入硅粉接收槽、硅粉计量罐和硅粉供料罐中，以平衡硅粉装料设备和合成系统的压力。在三氯氢硅合成炉内，硅粉和氯化氢发生反应，生成三氯氢硅，同时生成四氯化硅、二氯氢硅、金属氯化物、聚氯硅烷等副产物。主要反应式如下：Si+3HCl = SiHCl3+H2+QSi+2HCl = SiH2Cl2+QSi+4HCl = SiCl4+2H2+Q反应产物以汽气混合气的形式出合成炉顶，去 “干法”除尘系统。反应炉下部区域压力为0.35～0.45MPa，温度为 290～330℃。在反应过程中生成大量的热，用蒸发反应炉夹套内的水而移出。
B.二级精馏——湿氮处理，脱除三氯氢硅中杂质的反应精馏二级反应精馏，是通过用湿润的氮对三氯氢硅的处理，把其中易于水解的杂质化合物转化成难于挥发的形态，以便用精馏的方法除去。二级反应精馏各台精馏塔均为筛板式。塔底再沸器用0.6MPa的蒸汽加热，塔顶冷凝器用循环冷却水冷却。
a．二级一段反应精馏一级精馏塔顶馏出的，含有低沸点和高沸点杂质的三氯氢硅冷凝液不断送入二级1#精馏塔的再沸器。同时，从塔底供入来自氮气加湿器的湿润氮气对塔内工艺物料进行处理。塔顶馏出三氯氢硅冷凝液，经槽，靠位差流入二级2#精馏塔（二段反应精馏）的再沸器，进行二段反应精馏。出二级1#精馏塔底含悬浮物的釜液，排入贮槽，泵送入六级进料液槽
多晶硅生产工艺 (3)
多晶硅生产工艺简介多晶硅（Polycrystalline Silicon）是一种重要的半导体材料，广泛用于太阳能电池、集成电路等领域。
多晶硅的生产工艺对于材料的质量和性能具有重要影响。
本文将介绍多晶硅的生产工艺，包括原料制备、熔炼、晶体生长、切片和清洗等环节。
原料制备多晶硅的原料主要是高纯度的硅源材料，通常采用二氧化硅（SiO2）作为硅源。
原料制备的主要步骤包括原料选矿、研磨和粉碎等过程。
在原料选矿过程中，通过采用化学分析和物理分选等方法，从矿石中提取出高纯度的二氧化硅。
然后将二氧化硅进行研磨和粉碎，使其颗粒大小适合后续工艺的要求，同时去除杂质。
经过原料制备后，得到了适合用于多晶硅生产的高纯度硅源。
熔炼多晶硅的熔炼是整个生产工艺中的关键步骤，其目的是将高纯度硅源熔化成液态，并去除其中的杂质。
常用的熔炼方法有电熔和气相熔炼两种。
电熔熔炼电熔熔炼是通过电阻加热的方式将硅源材料熔化。
硅源材料放置在熔炉中的靶位（电极）上，通入高纯度氢气，并施加电流。
电流通过硅源材料，产生Joule 加热，使硅源材料熔化。
这种熔炼方法可以快速熔化硅源，并且熔炼温度和时间可以精确控制。
然而，电熔熔炼的缺点是生成的硅块质量不稳定，晶粒大小和杂质含量较高。
气相熔炼气相熔炼是通过将硅源材料与氧化剂反应，在高温下生成硅砂和气体的方法进行熔炼。
气相熔炼常用的方法有气相氧化、化学气相沉积等。
其中，气相氧化法是将硅源材料与氧化剂（如氧气）在高温下反应，生成 SiO2 和 CO2。
然后将生成的SiO2 再与还原剂（如氢气）反应，生成硅砂和 H2O。
气相熔炼可以得到较高纯度和较稳定的硅块，但熔炼过程比较复杂，熔炼时间较长。
晶体生长多晶硅的晶体生长是将熔化的硅源材料重新凝固成晶体的过程。
常用的晶体生长方法有凝固法、浮区法和气相传递法等。
凝固法凝固法是将熔化的硅源材料放置在高纯度石英坩埚中，然后缓慢降温，使硅源材料逐渐凝固成晶体。
在凝固过程中需要控制温度梯度，以确保晶体的纯度和结晶度。
铸造多晶硅的书
铸造多晶硅的书
引言
铸造多晶硅是一项重要的工艺，它在太阳能电池、集成电路和半导体等领域都有广泛应用。
本书将详细介绍铸造多晶硅的原理、方法和应用，帮助读者深入了解这一技术。
第一章：多晶硅概述
1.1 多晶硅的定义和特性 1.2 多晶硅在工业中的应用
第二章：铸造多晶硅的原理
2.1 多晶硅的结构特点 2.2 铸造多晶硅的基本原理 2.3 影响铸造质量的因素
第三章：铸造多晶硅的方法
3.1 传统方法：Czochralski法 3.1.1 Czochralski法工艺流程 3.1.2 Czochralski法优缺点及改进措施
3.2 新兴方法：区熔法、浮区法等 3.2.1 区熔法工艺流程及优缺点 3.2.2 浮区法工艺流程及优缺点
第四章：铸造多晶硅设备与工艺参数控制
4.1 铸造多晶硅设备概述 4.2 温度控制 4.3 压力控制 4.4 搅拌控制
第五章：铸造多晶硅的质量控制与评估
5.1 多晶硅的质量评估指标 5.2 质量控制方法和流程 5.3 质量问题分析与解决
第六章：铸造多晶硅的应用领域
6.1 太阳能电池生产中的应用 6.2 集成电路生产中的应用 6.3 半导体材料研究中的应用
结论
本书详细介绍了铸造多晶硅的原理、方法和应用，希望读者通过学习本书，能够全面了解这一技术，并在实际工作中运用自如。
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洁净室一般分为三级，是以Air(空气）中的 尘埃微粒的多少来进行分级的。它是以尘 埃0.5u以上和5u以上的粒子在单位面积中 的个数来划分的。 A、100级：平均每单位体积（立方英尺） （一英尺=30.48cm）中以0.5u以上大小 的粒子，不超过100个，5u以上的粒子没 有。 B、10000级：平均每单位体积中0.5u以上 的大小粒子不超过10000个，5u以上的粒 子在65个以下。
氮气 N2
28.01 6
1.250 7
0.967 3
22.3
-196
随着电子工业的发展，又出现了良机，目前 已达30~40家，千吨以上的有20多家，百 吨以上的约十多家。我们锋威硅业有限公 司是1500吨。质量（质量鉴定会认为还是 四川峨眉半导体材料厂好）。
国内多晶硅供需情况
我国太阳能电池生产与多晶硅的需求 2000 2003 2004年 2005 201 年 年 年 0年 太阳 4.5 能电 池产 量MW 多晶 63 硅需 求量 （吨） 53.5 70 110 300
Asimi 公司 MEMC
日本Tokuyama公司 三菱 住友公司 这些国家绝大部分生产1000吨以上
其中：生产3000~5000吨以上
供需状况
国际市场多晶硅的供求 2005年 2010年 需多晶硅27000吨 需多晶硅达6000吨
二、国内多晶硅状况
我国多晶硅工艺起步晚于二十世纪五十年代 中期由北京有色金属研究院进行研究，65 年进入投产由四川峨眉半导体材料厂、所 开始生产。由于电子业的发展硅业像雨后 春笋，生产厂家达20多家。由于技术难度 大、规模小、工艺落后、环境污染严重、 耗能大、成本高，绝大部分企业相继停产 和转产。到96年仅剩四家：峨眉、洛阳、 天源和榬光，合计产量102.2吨。
思考题
1、提高多晶硅质量有哪些措施和途径？
2、高纯金属的纯度表示方法有哪些？ 3、简单叙述硅的物理性质、化学性质
第二章 气体净化
2-1 常用气体及气体净化的意义 一、气体净化的意义 多晶硅的生产过程中须应用H2（氢 气）、N2（氮气）和Ar（氩气）三种。这 些气体的纯度较低，一般只有2到3个九， 不能满足多晶硅生产的需要，其中还有 H2O、CO2、CO、O2、CH4等。
749
980
1540 420 0 （保 守估 计）
1MW的太阳能兼容需多晶硅12~14吨计， 缺口百吨以上需进口 从以上发展概况可以看出： 同国际先进水平相比，国内多晶硅生产企业 在产业化方面的差距主要表现如下： A、产能低、供需矛盾突出 B、生产规模小，最佳规模2500吨/年 C、工艺设备落后，耗电大、三废还存在一定 问题 D、技术创新能力强，国家投资少
2、发展趋势
A、建设多对硅棒还原炉 2对—4对—9对—20多对硅棒 B、增大多晶硅直径 40mm—100mm—150mm, 180mm, 200mm~300mm的多晶硅棒 C、提高多晶硅还原的沉积速度 200~500g/h
五、加强分析手段，提高分析灵敏度
在生产过程中为了及时掌握产品质量、各生 产环节都要进行分析，用分析检验的数据 来控制中间产品的质量，来指导多晶硅生 产。 H2 + Cl2 = HCl 用化学分析水H2O、氧气O2、氯化氢HCl的 含量合成出的
一、国际多晶硅状况
当前多晶硅材料是最主要的光伏材料，其市 场占90%，而在今后相当长的一段时间内 依然是太阳能电池的主流材料，长期以来 生产技术掌握在美、日、法三个国家、7个 公司、10家工厂手中，形成技术封锁、市 场垄断的情况。
如：美国 Hemlock 公司 SGS 公司
法国 Wacker公司
C、改进粗、精馏的设备，选用高效率的塔板、 减少设备材质对多晶硅产品质量的污染， 一般选用含Mo（钼）低磷（P）的精馏塔。 塔内壁喷涂或内衬F4-6级氟(F)塑料材质或 耐腐蚀的镍（Ni）基合金等来提高 SiHCl3(三氯氢硅含量）
四、多晶硅还原炉的改进及发展趋向
1.改进多晶硅还原炉的设备、设施应具有高 质的材质 A、用钯（Pd)管或钯膜提高氢气的纯度。 SiHCl3 +H2=Si+3HCl B、用优质多晶硅细棒作沉积硅载体。 C、选用好的材质做还原炉，用镍基不锈钢和 含钼（Mo）低磷（P）不锈钢做还原炉， 或在还原炉中设置石英钟罩来防止多晶硅 的污染。
C、10，0000级：平均每单位体积中0.5u以 上的大小粒子不超过100000个，5u以上 的粒子在700个。 二、提高原料的纯度 生产多晶硅材料过程中，需要很多的原 料，如：硅铁、H2、Cl2、SiHCl3、SiCl4 等原料。这些原料的质量好坏对多晶硅产 品有极大的影响，为此应特别注意原料的 纯度。
氢气是生产多晶硅的血脉，其净度要求很高， 一般要求氧含量低于5PPm,H2O低于 39PPm（露点温度小于50℃）， A、氧含量大于20PPm，水的露点大于30 ℃时，会造成多晶硅的生长方向上生成 数量不等的分层结构，即多晶硅夹层现象， 严重时用肉眼可以看到一圈一圈与树木生 长年轮，严重影响下一步的物理提纯，区 熔时产生“火花”、“硅跳”等（见图1~ 图8）
而多晶硅中的纯度常用“N”个九来表示 如： SiHCl3的纯度99.9999%（6个九） B、不纯度：就是杂质占主体物质的重量，常 用PPm和PPb。 PPm是百万分之一= 1/1000000换成百分 数0.0001%。 PPb= 1/1000000000=10-7%(十亿万分 之一） PPm、PPb是无单位的，可以是重量，如重 量之比，也可以是体积与体积之比。
气体 名称 分子 式 分子 量
在0 ℃ 及 760m mHg下 的密度 g/e 在0 ℃ 比重 及 （对 空气） 760m
mHg下 的摩尔 分数体 积
760m 熔态的密度 mHg 沸点℃ 温度℃ 密度 Kg/e -252 252.7 0.070 9
氢气
H2
2.016 0.089 9
0.06 952
22.43
B、氧含量大于75PPm，水含量为100PPm 时（露点-42℃），外延生长为多晶材料。 C、二氧化碳、一氧化碳使衬底氧化 以上缺陷，说明了多晶硅生产过程中所 用气体，一定要进行净化。 SiHCl3+ H2→Si +3HCl 所以净化氢气是十分重要的。
2-2 常用气体的种类及简单性质
一、常用气体的种类及简单性质 几种气体的种类及简单性质
硅铁：（块状 Si 98.4% Fe 0.6% Al 0.5% Ca 0.5%)称硅铁 有些硅铁还差（质量） 可以用酸浸泡来除去硅铁中的金属杂质。 氢气H2中含有H2O、O2、CO、 CO2、CH4 等可以用催化脱氧、干燥除水及其它杂质。
三、强化粗、精馏的分离效果
SiHCl3(三氯氢硅）的提纯效果主要是靠粗、 精馏来提高多晶硅产品纯度来实现的唯一 手段。 A、用加压方法进行粗、精馏的物理提纯 SiHCl3的纯度。 B、用固体吸附氢气中杂质。
B、硅二极管 用于电气测定仪器，电子计算机载波装置、 微波通讯装置等。 C、晶体管和集成电路 用于各种无线电装置、自动电话、自动控 制系统、电视摄像机的接收机、计测仪器 及各种无线电设备的放大器和振荡器。
D、太阳能电池 将利用多晶硅材料把太阳能转变为电能。 多晶硅材料是过去电子真空管不能比拟的， 所以电子工业的发展将引起整个工业的革 命，电子工业的发展，将大大促进多晶硅 工业高、精、尖水平的发展。
C、依托高校、研究所，建立大型多晶硅研究 基地，获取自主知识产权的生产工艺技术。 D、政府主管部门加强宏观调控与行业管理， 可持续发展。 我公司聘用大家从事多晶硅生产工作。知 识水平高、年轻，应投身多晶硅行业，展 示自己的本领，为硅事业贡献力量。
1-2 多晶硅的应用
半导体材料的广泛应用原因： 耐高压、体积小、效率高、寿命长、可靠性 好等优点因而被广泛应用。 硅的用途： A、做电力整流器和可控硅整流器 应用于电气铁道机床、电解食盐、各种 机床的挖制部分、汽车整流来代替发电机 组及水银整流器等
折射率
凝固时的膨 ±10%
溶解热
12.1千卡/ 摩尔分数
凝固时的膨 ±10% 胀
熔融潜热
425±64卡 线性热胀条 (2.6±0.3) /克 数 x10-6/ ℃ 0.3卡/ 临界压力 秒· 厘米·℃ 1450大气 压
热传导率
空穴迁移率 480±15 cm2/伏秒
2、硅的化学性质
A、硅正电性比金属低，在某些硅化物中硅呈 阴离子状态，它的化合物在化学反应中相 似于砱 如：+2 +4 -1 H2SiF6 硅氟酸 B、能与卤素反应： 氟F、 氯Cl2、溴Br2、 碘I2、砹 At生成硅的卤化物。 C、在1000℃时能与氮反应生成SiN
硅的物理性质
性质
原子量 原子密度
数量
28.08
秒 230000Ω-cm 11.7±0.2 3145℃ 1416±4 ℃
密度
结构检查 晶格常数
本征载流子 浓度 5.0 x 1022 硅单晶本征 原子/cm2 电阻率 2.33g/cm2 界电常数 金刚石型品 沸点 格 5.42A° 熔点
1-4 硅的物理化学性质
1、硅的物理性质 硅是周期表中四族元素，碳（C）、硅 （Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）， 在自然界中硅含量仅次于氧而居第二位， 原子序为14，硅氧链稳定，以二氧化硅 （SiO2）和硅酸盐的形成存在。 硅有结晶型和无定型两种： 结晶硅是一种有光泽的灰色金属晶体。与金 刚石具有类似的品格，性质硬而脆，有导 电性。
多晶硅工艺学
第一章 绪论
1-1 多晶硅发展概况
多晶硅材料是电子技术的基础，早十九世纪 人们就发现了半导体材料。 1833年 由英国的巴拉迪发现硫化银（Ag2S) 的电阻随温度升高而降低。 1839年 法国的贝克莱尔发现半导体和电解 质接触形成结
1874年 法国的布劳恩发现硫化物的导电与 所加电场的方向有关，即导电是有方向的。 1871年 英国的史密斯发现硒（Se）晶体材 料在光照下电导增加的光电效应。 这四个效应处于保密阶段到十九世纪才被社 会公认。