改良西门子法制备高
多晶硅
多晶硅产品分类:多晶硅按纯度分类可以分为冶金级（工业硅）、太阳能级、电子级。
1、冶金级硅（MG）：是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成。
一般含Si 为90 - 95％以上，高达99.8％以上。
2、太阳级硅（SG）：纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，至今未有明确界定。
一般认为含Si在99.99 ％– 99.9999％（4～6个9）。
3、电子级硅（EG）：一般要求含Si > 99.9999 ％以上，超高纯达到99.9999999％～99.999999999％（9～11个9）。
多晶硅生产流程：1，西门子法，改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成H C l（或外购HCl），HCl和工业硅粉在一定的温度下合成SiHCl3，然后对SiHCl3进行分离精馏提纯，提纯后的SiHCl3在氢还原炉内进行化学气相沉积反应得到高纯多晶硅。
改良西门子法包括五个主要环节：即SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。
改良西门子法是目前生产多晶硅最为成熟、投资风险最小、最容易扩建的工艺，国内外现有的多晶硅厂大多采用此法生产太阳能级与电子级多晶硅。
改良西门子法生产多晶硅属高能耗的产业，其中电力成本约占总成本的70%左右。
2，硅烷热分解法，1956年，英国标准电讯实验所成功研发出了硅烷（SiH4 ）热分解制备多晶硅的方法，即通常所说的硅烷法。
1959年，日本的石冢研究所也同样成功地开发出了该方法。
后来，美国联合碳化物公司采用歧化法制备SiH4，并综合上述工艺且加以改进，便诞生了生产多晶硅的新硅烷法。
硅烷法与改良西门子法接近，只是中间产品不同，改良西门子法的中间产品是SiHCl3，而硅烷法的中间产品是SiH4。
SiH4是以SiCl4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来制取，然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉中生产纯度较高的棒状多晶硅。
日本小松公司曾采用过此技术，但由于发生过严重的爆炸事故，后来就没有继续推广了。
改良西门子法多晶硅生产技术详解
近年来，多晶硅产业之所以迅猛发展，主要受益于改良西门子法技术的进步，具体技术主要体现在化学气相沉积反应器的不断创新，能适应不断扩大生产的需要；冷氢化工艺的发展，使生产过程物料循环回收利用系统进一步完善；系统得到进一步优化，生产体系物料的技术集成不断提高，使工厂能实现更大的生产规模，建设投资和生产成本不断降低。
瓦克公司在一篇50年发展多晶硅生产的纪念性文章中，总结出企业发展的两点关键经验：首先是得益于50多年CVD反应器技术不断进步和创新；其次是生产体系物料的技术集成、综合利用的逐步完善。
1）CVD技术CVD反应炉的生产技术不断创新，生产能力不断扩大，是西门子法生产多晶硅技术得以发展的最重要因素。
钟罩式棒状载体CVD反应器因发源于德国西门子公司而闻名，用于三氯氢硅还原反应的被称为三氯氢硅西门子技术，用于硅烷分解的被称为硅烷西门子技术。
早期德国西门子公司与Wacker公司合作，为西门子公司生产硅整流器研发多晶硅原料，使用硅粉和HCl合成三氯氢硅，提纯后再以氢还原三氯氢硅生成多晶硅，使用石英玻璃CVD反应器。
后期随着材料技术的进步和降本降耗的需要，逐渐发展到金属钟罩炉、不锈钢钟罩炉，还原炉里面的棒数也逐渐从1对棒、3对棒逐渐提升到36对棒以上的大型还原炉。
图为不同年代的主流还原炉年产量情况，从图中可以看出，还原炉产量已从1975年的单炉40吨/年，提升至2015年的500吨/年，48对棒的还原炉年产能更是达到600吨的水平。
多对棒常压还原炉的使用。
进入20世纪70年代，部分企业开始想方设法地提高单炉产量，基于压力安全等方面的考虑，日本多晶硅公司研发了大型常压还原炉，以降低电耗生产能耗。
运行实践证明，多对棒还原炉与少对棒还原炉相比具有明显的节能效果，且相同生产规模的厂房面积减少，与之配套的辅助工艺设备、电气设备、工艺管线和阀门均相应减少，采用多对棒还原炉可以降低建设投资，也可以减少操作人员数量。
其中以三菱公司为代表采用96根硅棒以上的大型常压还原炉为例，炉产量达到5吨/炉，使还原电耗水平由150～200kW·h/kg-Si降到约80kW·h/kg-Si，技术进步较明显。
太阳能级多晶硅生产工艺介绍
流化床法是美国 Boeing 公司研发的多晶硅生产工艺，该方法主要采用硅籽作为 沉积体，再将其与卤硅烷进行反应，进而制造多晶硅。流化床法制造多晶硅需要 用到流化床反应器，具体反应过程如下：将 SiHCl3 和 H2 由底部注入到反应装 置中，在经过加热区和反应区后，可以和装置顶部的硅晶体进行反应，反应条件 需要处在高温环境，同时在气相沉积的作用下，硅晶体将会不断增多，最终可以 形成多晶硅产物。该方法与西门子法相比主要具有以下优势：第一，可以进行连
加的节能，能耗大约在 40kW·h/kg 左右。然而，该方法存在着一定的安全问题， 这是由硅烷的特性决定的，硅烷是一种易燃、易爆的气体，这极大地增加了硅烷 的保存难度，在日常生产过程中不易于管理。产品和晶种相对容易受到污染，存 在超细硅粉问题，工艺和设备成熟度较低。
3. 冶金法
冶金法制备多晶硅主要分为两个步骤：第一，需要采用真空蒸馏、定向凝固等方 式对工业硅进行提纯，去除工业硅中的杂质，使其纯度达到要求。第二，通过等 离子炉清除 C、B 等元素，得到更加纯净的硅元素。通过这种方式制备的多晶硅 具有 P-极性，并且电阻系数较小，因而具有较高的光电转化效果。日本 Kawasaki Steel 企业采用的就是这种制造方式，可以有效地对工业硅进行提纯。此外，上 述方法还可以进行优化，优化过程主要用到了湿法精炼极性处理。通过这种方式 可以对多晶硅进一步进行精炼，与未使用该方法相比，可以将太阳能电池的工作 效率提升到 15%左右。由此可见，多晶硅的纯度非常的重要，通过提高多晶硅 的纯度可以极大地改变多晶硅的物理特性，能够在很大程度上提高太阳能电池的 工作效率。
6. 电解法
电解法采用电解硅酸盐的方式得到纯度较高的硅，在电解装置中，以 C 作为阳 极，反应温度控制在 1000℃，在经过一段时间的电解反应后，Si 单质将会在阴 极上附着，阳极生成 CO2 气体。电解反应对电极材料的要求较高，这是因为在 电解反应中，尤其是温度较高的反应条件下，电极极易发生腐蚀，进而将新的杂 质引入反应体系中，如 B、P 等，对硅的纯度造成影响。以 CaCl2 作为熔盐电解 为例，使用石墨作为阳极，阴极采用特制材料。电解完成后，需要将阴极置于真
改良西门子法生产多晶硅的工艺研究
摘要多晶硅是硅产品产业链中的一个非常重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料，是信息产业和新能源基础的原材料。
总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有:改良西门子法、硅烷法和流化床法。
其中改良西门子工艺生产的多晶硅的产能最大，约占全世界总产能的80% 。
本论文主要研究改良西门子法（又称闭环式三氯氢硅氢还原法）生产多晶硅，,与其他的方法相比其更具优越性.。
改良西门子法是用氯气和氢气合成氯化氢(或外购氯化氢)，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达到9个9以上，其中金属杂质总含量应降到0. 1 x 10 -9以下，提纯精馏后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD（化学沉淀法）反应生产高纯多晶硅。
改良西门子法生产多晶硅不但效率高而且环保。
国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产太阳能级与电子级多晶硅。
关键词：多晶硅；改良西门子法；提纯；还原Improved method of polysilicon production ofSiemens technology researchPolycrystalline silicon of the industrial grade silicon product is a very important intermediate products, is manufacturing silicon crystal, flowing and high purity silicon solar battery products of the main raw material, is the information industry and new energy foundation of raw materials. In general, the international polysilicon production main traditional process are: improved Siemens method, silane method and fluidized bed method. Which improved the production of Siemens polysilicon production capacity of the largest, accounts for about 80% of the world total.This thesis mainly research improved Siemens method (also called partially closed loop type hydrogen silicone hydrogen reduction method) production of polysilicon, and other methods more advantages than the Siemens method is improved with chlorine gas and hydrogen synthesis hydrogen (or outsourcing hydrogen), hydrogen and industrial silicon powder (coarse silicon) under high temperature hydrogen synthesis abroad.emphasis silicon, and then to the different chemical refining purified hydrogen silicon to nine and above, including metal impurity total content should be down to 0. 1 x 10 -9 the following, purification and distillation of the hydrogen in the different after silicon hydrogen reduction furnace for CVD chemical precipitation) reaction production high purity polycrystalline silicon. Improved Siemens method not only high efficiency and production of polysilicon environmental protection. The current available polycrystalline silicon factory most use this law in the production level and electronics polycrystalline silicon.Keywords: polysilicon; Improved Siemens method; Purification process; reduction摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 目前多晶硅的发展前景 (1)1.2 多晶硅行业发展趋势预测 (1)1.3 国内多晶硅企业发展面临的可能风险 (2)第2章多晶硅的生产方法 (4)2.1 多晶硅的概括 (4)2.2 硅烷法 (4)2.3 流化床法 (5)2.4 改良西门子法 (6)第3章改良西门子法介绍与对比 (9)3.1 改良西门子法介绍 (9)3.2 多晶硅生产过程中的产污分析 (13)3.3 改良西门子法与其它方法的对比 (14)3.3.1改良西门子法与西门子法的比较 (14)3.3.2改良西门子法与硅烷法比较 (15)结论 (16)参考文献 (17)致谢 (18)第1章绪论1.1 目前多晶硅的发展前景在如今能源日趋紧张、环境压力增大的情况上，世界各国都把目光投向了新能源领域，太阳能作为一种重要的可再生能源，其开发和利用已成为各国可持续发展战略的重要组成部分。
改良西门子法制备高纯多晶硅料
主讲人：廖卫兵教授 单 位：新余高等专科校
纲要
硅的化学提纯 高纯多晶硅硅料主要生产方法 改良西门子法 改良西门子法的关键技术
1.1 硅的化学提纯
对于太阳电池，多晶硅的纯度一般要求在6N （99.9999%）以上。到目前为止，都是利用 化学提纯技术，将冶金级硅（95%—99%）进 一步提纯，得到高纯多晶硅。
所谓硅的化学提纯是将硅用化学方法转化为中 间化合物，再将中间化合物提纯至所需的纯度， 然后再还原成高纯硅。
1.1 硅的化学提纯
硅的化学提纯主要包括三个步骤：
1
中间化合物的 形成。
2
中间化合物的 分离和提纯。
3
中间化合物被 还原或被分解 成高纯硅。
1.2 高纯多晶硅硅料主要生产方法
根据中间化合物的不同，化学提纯多晶硅可分为不同的 技术路线。目前，在工业中广泛应用的技术主要有：
三氯氢硅氢还原法 （西门子法）
硅烷热分解法
四氯化硅氢还原法
经过化学提纯得到的高
纯多晶硅的基硼浓度应 小于0.05ppba，基磷 浓度小于0.15ppba， 碳浓度小于0.1ppma， 金属杂质浓度小于 1.0ppba。
1.3 改良西门子法
三氯氢硅氢还原法于1954年由西门子公司研究成功， 因此又称为西门子法，是广泛采用的高纯多晶硅制备 技术，国际上生产高纯多晶硅的主要大公司都采用该 技术，包括瓦克、海姆洛克和德山。
对环境不产生污染（三氯氢硅和四氯化硅均有腐蚀性）。
知识回顾 Knowledge Review
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改良西门子法——为闭环式三氯氢硅氢还原法。在西门 子法工艺的基础上，通过增加还原尾气干法回收系统， 四氯化硅氢化工艺，实现了闭路循环。改良西门子法包 括5个主要环节：三氯氢硅合成，三氯氢硅精馏提纯， 三氯氢硅的氢还原，尾气的回收和四氯化硅的氢化分离；
1改良西门子法是目前主流的生产方式总
1、改良西门子法是目前主流的生产方法多晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。
改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85％。
但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在美、德、日等7家主要硅料厂商手中。
这些公司的产品占全球多晶硅总产量的90%，它们形成的企业联盟实行技术封锁，严禁技术转让。
短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。
在未来15-20年内，采用改良西门子法工艺投产多晶硅的资金将超过1,000亿美元，太阳能级多晶硅的生产将仍然以改良西门子法为主，改良西门子法依然是目前生产多晶硅最为成熟、最可靠、投产速度最快的工艺，与其他类型的生产工艺处于长期的竞争状态，很难相互取代。
尤其对于中国的企业，由于技术来源的局限性，选择改良西门子法仍然是最现实的作法。
在目前高利润的状况下，发展多晶硅工艺有一个良好的机遇，如何改善工艺、降低单位能耗是我国多晶硅企业未来所面临的挑战。
2、西门子改良法生产工艺如下：这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。
改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。
（1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅，其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑（2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。
改良西门子法工艺简介及各工段取样项目介绍
9
CDI回收氯硅烷精馏 回收氯硅烷精馏6~7＃塔 ＃ 回收氯硅烷精馏
轻组分 V03A09 CDI回收 回收 V03A16a
6# 精 馏 塔
CDI回收 回收 V03A16b
STC V03A15
7# 精 馏 塔
纯TCS储罐 储罐 V03A14
10
精馏8＃～9＃塔
8＃、 ＃塔具有不同功能。 ＃、9＃塔具有不同功能。 ＃、 8＃是脱除系统中的轻组分，其产品 回到 ＃是脱除系统中的轻组分，其产品TCS回到 1＃塔重新精馏。 ＃塔重新精馏。 9＃塔是脱除系统中的重组分，其产品是 ＃塔是脱除系统中的重组分，其产品是STC 回到氢化工段转化成TCS， 在去往6＃ 回到氢化工段转化成 ，到CDI在去往 ＃塔。 在去往
改良西门子法工艺及分析项目 简介
1
提纲
• 1、改良西门子法工艺流程 • 2、各工段取样项目简介
2
生产流程图
Si
氢化 制
SiHCl3,SiCl4 STC
TCS精 精 馏
三 氯 废 热 蒸 汽
N2 LSI AP A H2O 气 H2
尾气
氯 H2 H2O 硅 烷
氢 硅
程
气
3
改良西门子法工艺流程
• 1、制H2工段 、 工段
12
还原炉结构图
13
14
改良西门子法工艺流程
• 5、CDI尾气回收 、 尾气回收
尾气的回收就是将尾气中有用成分， 尾气的回收就是将尾气中有用成分，主要 是H2、SiHCl3、SiCl4和HCl等，通过物理和化 、 、 和 等 学的方法使之分离， 学的方法使之分离，经过提纯后再应用于生 产中。在多晶硅生产过程中， 产中。在多晶硅生产过程中，尾气主要来自 于以下两个工序， 氢还原工序， 于以下两个工序，SiHCl3氢还原工序，SiCl4氢 氢还原工序 氢 化工序。 化工序。
多晶硅生产工艺—西门子法
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℃和0.45MPa下催化生成SiHCl3。
主要副产物为SiCl4和SiH2Cl2，含量分别为5.2％和1.4％，此外还有1.9％较大分子量的氯硅烷。
生成物经沉降器去除固体颗粒，再经冷凝器进行汽液分离。
分离出的H2压缩后返回流床反应器，液态产物SiCl4、SiH2Cl2、较大分子量的氯硅烷和SiHCl3则进入多级分馏塔进行分离，馏出物SiHCl3作为原料再次进入储罐。
SiHCl3在常温下是液体，由H2携带进入钟罩反应器，在1100℃左右的硅芯上沉淀。
反应为：SiHCl3+H2→Si+HCl (1)2SiHCl3→Si+SiCl4+2HCl(2)式(1)是希望发生的反应，但式(2)也同时进行。
多晶硅常见的工艺
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。 这里对几家国内多晶硅厂和国外多晶硅厂的设备技术做些比较. 新光核心技术是俄罗斯技术,也就是改良西门子技术同时还有德国设备 已经取得较大程度的磨合.今年估计产能300吨.估计实际产能会小于此 数.明年预估800-1000吨 洛阳中硅核心技术也是俄罗斯技术,今年也是300吨,明年预估1000吨. 峨眉半导体核心技术也是俄罗斯技术今年200吨. LDK 首先从德国sunways 买来了两套现成的 simens设备, 包括所有的附 件. sunways 帮助安装,和调试生产. 这两套设备年产量1000吨. 按照合同, 今年第四季度两套设备会送到江西. (我估计现在该到了, LDK 的人能证 实一下吗?). 明年6月份投产. 作为回报, LDK 在10 年内卖1GW 的wafer 给sunways. 这是个很好的交易, 等于 sunways 帮LDK 培育生产硅料的人才. 另外, LDK 还从 美国GT solar 买新的生产硅料的设备, 建成后, 2008 年 有6000吨的规模, 2009 年有15000吨的规模. 整个施工有美国Fluor 设计. Fluor的实力 强大无比, 只要它还在, 成功的可能性也很大.LDK了解的比 较深就多写些. 扬州顺大引进国外技术,计划明年量产6000吨 青海亚洲硅业(施正荣投资)引进国外技术,计划明年量产1000吨同时STP 和亚洲硅业签了长单协议明年下半年开始供货 其他的就不说了都没什么可能性. 现在说国外的 HEMLOCK.主要工艺是西门子法.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.明年增加3000吨MA二氯二氢硅+工业硅西门子工艺明年产能6000吨. WACKER二氯二氢硅+工业硅西门子工艺明年产能9000吨. MEMC流化床工艺明年产能8000吨 REC西门子工艺明年产能7000吨 国外多晶硅生产技术发展的特点： 1）研发的新工艺技术几乎全是以满足太阳能光伏硅电池行业所需要的 太阳能级多晶硅。 2）研发的新工艺技术主要集中体现在多晶硅生成反应器装置上，多晶 硅生成反应器是复杂的多晶硅生产系统中的一个提高产能、降低能耗的 关键装置。 3）研发的流化床（FBR）反应器粒状多晶硅生成的工艺技术，将是生 产太阳能级多晶硅首选的工艺技术。其次是研发的石墨管状炉（TubeRecator）反应器，也是降低多晶硅生产电耗，实现连续性大规模化生 产，提高生产效率，降低生产成本的新工艺技术。 4）流化床（FBR）反应器和石墨管状炉（Tube-Recator）反应器，生成 粒状多晶硅的硅原料可以用硅烷、二氯二氢硅或是三氯氢硅。 5）在2005年前多晶硅扩产中100%都采用改良西门子工艺。在2005年后 多晶硅扩产中除Elkem外，基本上仍采用改良西门子工艺。 通过以上分析可以看出，目前多晶硅主要的新增需求来自于太阳 能光伏产业，国际上已经形成开发低成本、低能耗的太阳能级多晶硅生 产新工艺技术的热潮，并趋向于把生产低纯度的太阳能级多晶硅工艺和 生产高纯度电子级多晶硅工艺区分开来，以降低太阳能级多晶硅生产成 本，从而降低太阳能电池制造成本，促进太阳能光伏产业的发展，普及 太阳能的利用，无疑是一个重要的技术决策方向。 2，国内多晶硅技术发趋势 目前国内的几家多晶硅生产单位的扩产，都是采用改良西门子工艺技 术。还没见到新的工艺技术有所突破的报导。
改良西门子法制备高纯多晶硅.doc
改良西门子法制备高纯多晶硅摘要：本文主要叙述了高纯多晶硅的各种制备方法，有三氯氢硅氢还原法、硅烷热分解法、四氯化硅氢还原法、流化床法、物理提纯法等其他制备高纯多晶硅的工艺。
[1]其中重点介绍了现在普遍都使用，技术相对成熟的改良西门子法，包括改良西门子法的制备工艺、三氯氢硅的提纯与尾气处理。
关键词:高纯多晶硅；良西门子法；尾气处理The preparation of high purity poly crystalline siliconmodified SiemensAbstract：This paper mainly describes various preparation methods of high purity poly crystalline silicon,hydrogen reduction method,the silicon cross-linked with hydrogen silica thermal decomposition method,silicon tetra chloride hydrogen reduction method,fluidity bed method,physical purification method preparation of high purity poly crystalline silicon and other crafts. Which focus on widely used now，the technology is relatively mature and improved Siemens method,including improved Siemens method of preparation,chemical hydrogen purification of silicon and tail gas treatment.Keywords:high purity poly crystalline silicon；a good method of Siemens；tail gas treatment.绪论近年来，太阳能硅电池、半导体工业和电子信息产业发展迅猛，而多晶硅是这些产业的最基本和主要的功能材料，因此，多晶硅的生产受到了各国企业的重视。
多晶硅改良西门子工艺工艺技术方案
多晶硅改良西门子工艺工艺技术方案1 、工艺技术路线确定从多晶硅生产的主要工艺技术的现状和发展趋势来看，改良西门子工艺能够兼容电子级和太阳能级多晶硅的生产，以其技术成熟、适合产业化生产等特点，是目前多晶硅生产普遍采用的首选工艺,也是目前国内多晶硅生产的主要工艺技术。
2 、生产方法和反应原理项目主要工序生产方法及反应原理如下：2.1 H2制备与净化在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。
电解H20→H2+022.2 HCl合成在氯化氢合成炉内,氢气与氯气的混合气体经燃烧反应生成氯化氢气体，经空气冷却器、水冷却器、深冷却器、雾沫分离器后，被送往三氯氢硅合成工序。
H2+Cl2→2HCl2.3 SiHCl3合成在SiHCl3合成炉内Si粉与HCI在280～300℃温度下反应生成三氯氢硅和四氯化硅。
同时，生成硅的高氯化物的副反应，生成SinCl2n+2系的聚氯硅烷及SinHmCl( 2n+2)-m类型的衍生物。
主反应Si+3HCl→SiHCl3+H2Si+4HCl→SiCl4+2H2副反应2SiHCl3→SiH2CI2+SiCl42Si+6HCl→Si2C16+3H22Si+5HCl→Si2HCl5+2H22.4合成气干法分离经三级旋风除尘器组成的干法除尘系统除去部分硅粉，经低温氯硅烷液体洗涤、分离成氯硅烷液体、氢气和氯化氢气体，分别循环回装置使用。
2.5氯硅烷分离、提纯氯硅烷的分离和提纯是根据加压精馏的原理，通过采用合理节能工艺来实现的。
该工艺可以保证制备高纯的用于多晶硅生产的三氯氢硅和四氯化硅(用于氢化)。
2.6 SiHCl3氢还原在原始硅芯棒上沉积多晶硅。
高纯H2和精制SiHCl3进入还原炉，在1050℃的硅芯发热体表面上反应。
5SiHCl3+H2→2Si+2SiCl4+5HCl+ SiH2Cl22.7还原尾气干法分离还原尾气干法分离的原理和流程与三氧氢硅合成气干法分离工序类似。
2.8 SiCl4氢化在三氯氢硅的氢还原过程中生成四氯化硅，在将四氯化硅冷凝和脱除三氯氢硅之后进行热氢化，转化为三氯氢硅。
多晶硅制备技术
第二章太阳能级多晶硅生产工艺简介近年来出现了不少新技术、新工艺，其中改良西门子法、硅烷热分解法、流化床反应器法三种技术已比较成熟，应用也较为广泛，既可用于太阳能级多晶硅的生产，也可用于电子级多晶硅的生产，其它几种则主要是用于太阳能级多晶硅的生产。
2.1 改良西门子法—闭环式SiHCI3氢还原法1955年西门子公司研究成功开发了用H2还原SiHCI3，生成的硅沉积在发热的硅芯上的工艺技术，并于1957年建厂进行工业规模生产，这就是通常所说的西门子法。
随后，西门子工艺的改进主要集中在减少单位多晶硅产品的原料、辅料、电能消耗以及降低成本等方面，于是形成当今广泛应用的改良西门子法5。
改良西门子法在西门子法工艺基础上，增加还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺，实现了闭路循环，所以又称（闭环式SiHCI3氢还原法）。
改良西门子法包括5个主要生产环节：(1)、SiHCI3的合成2Si+10HCI 200---800或0.05---3MPa 2SiHCI3+SiCl4+4H2该反应所用反应器经历了从固定床、搅拌床到流化床的发展过程。
工艺也从间歇式发展到连续式。
反应器由碳钢制成，预先将硅粉加到反应器中，然后加热到所需地温度后，从底部连续通入氯化氢气体，产物及未反应的物料被连续输出，经除尘精制后，用于生产高纯多晶硅和高纯硅烷。
且上述反应为放热反应，反应热为-141.8KJ/mol· L。
高温有利于提高反应速率，但同时也导致了三氯氢硅的选择性下降，通过优化反应温度，可明显提高三氯氢硅的选择率。
例如在310-—420℃和2—5KPa条件下,硅和氯化氢反应，产物以700—950Kg/h输出，三氯氢硅的选择率竟高达70—78%，或者在冶金级多晶硅中掺入微量的铝时，会加快反应的速度，降低反应的温度，提高了三氯化硅的收率，其中副产物包括质量分数为1%—2%二氯硅烷和1—4%的缩聚物，其余为四氯化硅。
氯化氢气体中的水分会影响三氯氢硅的收率，因此必须严格干燥。
改良西门子法制多晶硅
改良西门子法制多晶硅
西门子法制多晶硅是一种生产太阳能电池的主要方法，其主要步骤包括将硅原料通过高温反应制得多晶硅，然后再通过加热和高温处理使其去除杂质、增强晶体质量。
为了改进西门子法制多晶硅的效率和成本，以下是一些可能的改良方法：
1. 使用优化的硅原料：优化硅原料的含杂量、粒度和化学纯度可以提高多晶硅的晶体质量和电池转换效率。
2. 采用高温熔体法：与西门子法相比，高温熔体法的反应过程更加均匀，可以进一步提高多晶硅晶体质量和转换效率。
3. 采用硅熔融法：硅熔融法可以将硅原料直接熔化，制得单晶硅材料，可以大幅提高太阳能电池的转换效率。
4. 改进晶体生长技术：采用最新的晶体生长技术，如气相沉积法、溶液法等，可以制得更均匀、更高质量的多晶硅材料。
5. 优化加工工艺：通过优化多晶硅的加工工艺，如锯切和薄化等，可以进一步提高太阳能电池的转换效率和降低成本。
总之，改进西门子法制多晶硅可以大幅提高太阳能电池的转换效率和生产效率，降低成本，促进可持续发展。
改良西门子法多晶硅生产中的热能综合应用
改良西门子法多晶硅生产中的热能综合应用作者：王兵王强袁坤邱召龙赵旭波来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第06期摘要：多晶硅生产过程中需要进行精馏、还原，同时还需要对产生的尾气进行回收。
为了能够降低多晶硅的生产成本，达到节能降耗的目的，需要多晶硅企业的生产技术进行综合分析，通过热能综合应用的方式对不同的单元进行改造。
基于此，本文将重点针对改良西门子法多晶硅生产中的热能综合应用方式进行分析，以便更好的达到节能的目的。
关键词：改良西门子法;多晶硅生产;热能综合1 多晶硅还原生产工艺多晶硅是一种非常重要的半导体材料，我国针对多晶硅的生产使用最多的就是改良西门子法，多晶硅还原是多晶硅生产过程中一种重要的生产工艺，对高纯度的三氯氢硅进行沉淀反应。
在硅棒的表面生成高纯度的多晶硅，其公式为：以三氯氢硅作为沉淀反应的原料，在硅棒的表面进行沉淀反应，温度约为1100℃左右，生成多晶硅，在生成的过程中会产生氯化氢、四氧化硅等，这种沉淀反应一般被成为吸热，硅棒的温度要保持在1100℃左右，同时硅棒的两端要时刻保持通电的状态，以保证硅棒中有一定量的电流经过，让硅棒能够发热。
在硅棒的表面有单质硅的存在，电流越大则沉淀的面积越大，面积越大则热量越高。
为了不影响材质，需要将硅棒辐射的热量进行转移。
在生成多晶硅的反应中，副产了一定量的HCl，根据大量气态HCl对各种金属合金高温腐蚀影响的研究，HCl对金属的高温强腐蚀主要发生在温度为550～700℃之间，为了不影响还原炉的寿命，需要将还原炉的内壁温度控制在550℃以下。
2 精馏分析多晶硅精馏单元中有合成、还原以及冷氢化等三个主要的精馏单元，精馏单元作为多晶硅生产过程中消耗能源最大的一个单元，需要进行特别的注意。
生产多晶硅的氯硅烷对于分离的要求较高，操作的过程中容易产生回流比，再沸量较大，因此所产生的冷媒质量较好。
在生产的过程中为了更好的得到制冷效果，需要使用常温的冷却水代替深度的冷水进行冷却，这样做的目的是为了提高冷凝的温度。
改良西门子法制备高纯多晶硅料
1、反应温度在300℃-400℃之间；
2、氯化氢气体（HCI）必须是干燥无水的；
3、工业硅(
S
)须经过破碎和研磨，达到适合的粒径。
i
1.3 改良西门子法
改良西门子法多晶硅制备工艺原理图
氯气
工业硅
氯化氢合成
硅粉
三氯氢硅合成
氢气 三氯氢硅提纯
氢气 多晶硅 还原
氯化氢气体 三氯氢硅 三氯氢硅
氢化
四氯化硅
硅的化学提纯主要包括三个步骤：
1
中间化合物纯。
3
中间化合物被 还原或被分解 成高纯硅。
1.2 高纯多晶硅硅料主要生产方法
根据中间化合物的不同，化学提纯多晶硅可分为不同的 技术路线。目前，在工业中广泛应用的技术主要有：
三氯氢硅氢还原法 （西门子法）
硅烷热分解法
四氯化硅氢还原法
1.1 硅的化学提纯
对于太阳电池，多晶硅的纯度一般要求在6N （99.9999%）以上。到目前为止，都是利用 化学提纯技术，将冶金级硅（95%—99%）进 一步提纯，得到高纯多晶硅。
所谓硅的化学提纯是将硅用化学方法转化为中 间化合物，再将中间化合物提纯至所需的纯度， 然后再还原成高纯硅。
1.1 硅的化学提纯
经过化学提纯得到的高
纯多晶硅的基硼浓度应 小于0.05ppba，基磷 浓度小于0.15ppba， 碳浓度小于0.1ppma， 金属杂质浓度小于 1.0ppba。
1.3 改良西门子法
三氯氢硅氢还原法于1954年由西门子公司研究成功， 因此又称为西门子法，是广泛采用的高纯多晶硅制备 技术，国际上生产高纯多晶硅的主要大公司都采用该 技术，包括瓦克、海姆洛克和德山。
主要化学反应主要包括以下2个步骤：
改良西门子法是目前主流的生产方法(总)
1、改良西门子法是目前主流的生产方法多晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。
改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85％。
但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在美、德、日等7家主要硅料厂商手中。
这些公司的产品占全球多晶硅总产量的90%，它们形成的企业联盟实行技术封锁，严禁技术转让。
短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。
在未来15-20年内，采用改良西门子法工艺投产多晶硅的资金将超过1,000亿美元，太阳能级多晶硅的生产将仍然以改良西门子法为主，改良西门子法依然是目前生产多晶硅最为成熟、最可靠、投产速度最快的工艺，与其他类型的生产工艺处于长期的竞争状态，很难相互取代。
尤其对于中国的企业，由于技术来源的局限性，选择改良西门子法仍然是最现实的作法。
在目前高利润的状况下，发展多晶硅工艺有一个良好的机遇，如何改善工艺、降低单位能耗是我国多晶硅企业未来所面临的挑战。
2、西门子改良法生产工艺如下：这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。
改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。
（1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅，其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑（2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。
西门子改良法生产多晶硅工艺流程
西门子改良法生产多晶硅工艺流程西门子改良法生产多晶硅工艺流程一、TCS（三氯氢硅SiHCL3）的制备（硅粉加盐酸反应）二、TCS的提纯TCS的提纯工艺为提纯单元包括都为CVD反应炉提供纯TCS的分离和提纯系统。
第一个精馏系统（或纯精馏），接受来自TCS制备单元的氯硅烷。
在这个系统中任何来自TCS制备单元的重组分杂质将被移除，微量的金属也将被去除到符合的饿要求。
混合组分将被分成单独的组分—TCS、STC（SiCL4）和DCS(SiH2CL2)与TCS的混合物，纯TCS组分在送至CVD反应炉前先储存在纯TCS检查罐中。
第二个精馏系统（回收精馏系统）首先将来自尾气回收系统的氯硅烷分离成STC与TCS，TCS在送至CVD反应炉前同样需要先送至TCS检查罐中。
200CL101塔的底部出料将在200CL107中被分离，其中STC 将被去除，重组分将被集中送去水解。
三、多晶硅的制备（TCS加氢还原）在CVD反应器中设置硅棒，按照一定的硅的转化率、氯氢比所规定的流量，将TCS和高纯度的氢气按照一定的比例混合后加入CVD反应器中，在1000~1200℃下，经氢还原后，硅在硅棒上沉积，制得高纯度的多晶硅（99.999999%）。
以上各步反应都不是单纯的无机反应，均会生成很多的副产品，这些副产品大多可以循环利用，所以，该生产过程还需要很多的附属的生产单元，例如尾气回收、聚合物处理、加氢转化等。
另外还需要为该生产所必备的条件所需要的设施单元如：变配电所、冷冻站、冷却水站、热源、仓库、空压站、氢气站、氩气站、盐酸罐、包装区、净水站、污水处理等。
第二代多晶硅生产流程中虽然SiCl4 得到利用, 但HCl 仍然未进入循环。
第一代和第二代多晶硅生产流程中, H2 和HCl 的分离可以用水洗法, 并得到盐酸。
而第三代多晶硅生产流程中不能用水洗法, 因为这里要求得到干燥的HCl 。
为此, 用活性炭吸附法或冷SiCl4 溶解HCl 法回收, 所得到的干燥的HCl 又进入流床反应器与冶金级硅反应。
l李晓康 07 高纯多晶硅制备中的改良西门子法
项目课程说明书题目：光伏材料生产工艺流程设计（项目课程）二级学院新能源科学与工程学院年级专业13材料物理专业学号1303210007学生姓名李晓康指导教师胡云教师职称讲师新余学院项目课程任务书二级学院：新能源科学与工程学院学号1303210007 学生姓名李晓康专业（班级）13材料物理设计题目高纯多晶硅制备中的改良西门子法设计技术参数按照所查阅的相关文献，撰写一篇学术论文，5000字数左右，格式应满足主流期刊所发表论文的格式（包括中文题目，作者，作者通讯单位，中文摘要，中文关键词，英文题目，英文作者，英文通讯单位，英文摘要，英文关键词，正文，结论，参考文献）。
论文摘要应该在200字左右，文中涉及图表按顺序标出，参考文献必须标至相应引文中。
文中字母、数字采用Times New Roman字体、公式使用公式编辑器编辑，且字母用斜体。
设计要求项目课程学术论文撰写符合规范，层次清楚，叙述文笔流畅，论文内容充实，论据充分。
自我讲述条理清晰，重点突出，表现出良好的语言表达和组织能力；答辩思路清晰，反应敏捷，回答问题正确，知识面较宽。
工作量1、有关改良西门子法制备高纯多晶硅生产工艺流程的学术论文一篇2、用AutoCAD和手绘出改良西门子法生产工艺流程图3、项目课程任务答辩工作计划项目实施时间内容课时负责人地点2015-6-29 描述项目任务 3 胡云主A2042015-6-30 查阅相关资料 3 胡云图书馆2015-7-1了解改良西门子法制备多晶硅工艺流程一，并用AutoCAD绘制流程图一3 胡云主A2042015-7-2了解改良西门子法制备多晶硅工艺流程二，并用AutoCAD绘制流程图二6 胡云主A2042015-7-3了解改良西门子法制备多晶硅工艺流程三，并用AutoCAD绘制流程图三6 胡云主A2042015-7-6 项目报告撰写 3 胡云主A204 2015-7-7项目报告撰写改良西门子法制备多晶硅工艺流程总图3 胡云主A204 2015-7-8 撰写学术论文现场指导 3 胡云主A204 2015-7-9 撰写学术论文现场指导 3 胡云主A204 2015-7-10 上交学术论文和论文答辩 3 胡云主A204 小计36参考资料【1】樊舜尧，师文林.多晶硅生产技术及发展现状[[J].新材料产业，2010(10): 22-26【2】司恭.改良西门子工艺生产多品硅的安全问题[[J].安全，2010,2, I 6-19【3】侯彦青，谢刚，陶东平，俞小花，田林，杨妮.太阳能级多晶硅生产工艺，月.材料导报，2010, 24 C 7:3135【4】张愿成，张澄清，郭飞，等.锌还原四氯化硅制备多晶硅技术的国内外进展「月.新材料产业，2010(02) : 4851【5】侯彦青，谢刚，陶东平等.太阳能级多晶硅生产技术[[J]，材料导报，2010 24: 31-34.指导教师签字教研室主任签字说明：此表一式叁份，学生、指导教师、二级学院各一份。
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改良西门子法制备高纯多晶硅改良西门子法制备高纯多晶硅摘要：本文主要叙述了高纯多晶硅的各种制备方法，有三氯氢硅氢还原法、硅烷热分解法、四氯化硅氢还原法、流化床法、物理提纯法等其他制备高纯多晶硅的工艺。
[1]其中重点介绍了现在普遍都使用，技术相对成熟的改良西门子法，包括改良西门子法的制备工艺、三氯氢硅的提纯与尾气处理。
关键词:高纯多晶硅；良西门子法；尾气处理The preparation of high purity poly crystalline siliconmodified SiemensAbstract：This paper mainly describes various preparation methods of high purity poly crystalline silicon,hydrogen reduction method,the silicon cross-linked with hydrogen silica thermal decomposition method,silicon tetra chloride hydrogen reduction method,fluidity bed method,physical purification method preparation of high purity poly crystalline silicon and other crafts. Which focus on widely used now，the technology is relatively mature and improved Siemens method,including improved Siemens method of preparation,chemical hydrogen purification of silicon and tail gas treatment.Keywords: high purity poly crystalline silicon；a good method of Siemens；tail gas treatment.绪论近年来，太阳能硅电池、半导体工业和电子信息产业发展迅猛，而多晶硅是这些产业的最基本和主要的功能材料，因此，多晶硅的生产受到了各国企业的重视。
越来越多的人注重多晶硅的研究与生产。
在此我主要介绍一下改良西门子法制备高纯多晶硅的生产过程以及尾气处理。
1 高纯多晶硅的生产方式1.1 三氯氢硅氢还原法三氯氢硅氢还原法是德国西门子（Siemens）公司于1954年发明的，又称西门子法，是广泛采用的高纯多晶硅制备技术，国际上生产高纯多晶硅的主要大公司都采用该技术，包括瓦克（Walker）、海姆洛克（Hemlock）和德山（Tokoyama）。
其化学反应式为：Si+3HCl→SiHCl3+H2（1）反应除了生成中间化合物三氯氢硅外，还有附加产物，如SiCl4、SiH2Cl2和FeCl3、BCl3、PCl3等杂质，需要精馏提纯。
经过粗馏和精馏两道工艺，三氯氢硅中间化合物的杂质含量可以降到10-7～10-10 数量级。
将置于反应室的原始高纯多晶硅细棒（直径约5mm）通电加热到1100℃以上，通入中间化合物三氯氢硅和高纯氢气，发生还原反应，通过化学气相沉积，生成的新的高纯硅沉积在硅棒上，使硅棒不断长大，一直到硅棒的直径达到150~200mm ，制成半导体级高纯多晶硅。
其反应式为：SiHCl3+H2→Si+3HCl （2）或2（SiHCl3）→Si+2HCl+SiCl4（3）或者将高纯多晶硅粉末置于加热流化床上，通入中间化合物三氯氢硅和高纯氢气，让生成的多晶硅沉积在硅粉上，形成颗粒高纯多晶硅。
1.2 硅烷热分解法用硅烷作为中间化合物有特别的优点，首先是硅烷宜于提纯，硅中的金属杂质在硅烷的制备过程中，不易形成挥发性的金属氢化物气体，硅烷一旦形成，其剩余的主要杂质仅仅是B和P等非金属，相对容易去除；其次是硅烷可以热分解直接生成多晶硅，不需要还原发应，而且分解温度相对较低。
但是，硅烷法制备的多晶硅虽然质量好，综合生产成本却很高。
制备硅烷有多种方法，一般利用硅化镁和液氨溶剂中的氯化铵在0℃以下反应，这是由日本小松电子公司（Komatsu）发明的，具体反应式是：Mg2Si+ 4NH4Cl→ 2MgCl2+ 4NH3+ SiH4（4）另一种重要的硅烷制备技术是美国联合碳化物公司（U nion Carbide）提出的，其主要反应式为：3SiCl4+ Si+ 2H2→4SiHCl3（5）2SiHCl3→ SiH2Cl2+ SiCl4（6）3SiH2Cl2→ SiH4+ 2SiHCl3（7）生成的硅烷可以利用精馏技术提纯，然后通入反应室，细小的多晶硅硅棒通电加热到850℃以上，硅烷分解，生成的多晶硅沉积在硅棒上，如美国AsiMi、SGS （现REC）公司，其化学反应为：SiH4→ Si+ 2H2（8）同样，硅烷的最后分解也可以利用流化床技术，能够得到颗粒高纯多晶硅，如美国的MEMC 公司。
[2]1.3 四氯化硅氢还原法四氯化硅氢还原法是早期最常用的技术，但是材料利用率低，能耗大，现在已很少用。
该方法利用金属硅和氯气发生反应，生成中间化合物四氯化硅，其反应式为：Si+ 2Cl2→ SiCl4（9）同样采用精馏技术，对四氯化硅提纯，然后再利用高纯氢气在1100～1200℃还原，生成多晶硅，反应式为：SiCl4 + 2H2→ Si+ 4HCl （10）1.4 流化床法流化床法也缩写为FBR（fluidizedbed reactor），即使用流化床反应器进行多晶硅生产的工艺方法。
目前，在多晶硅生产领域，流化床反应器一般有2种使用方式：①即上述硅烷法中提到的使用方式，在流化床反应器内加入细硅粒，并通入SiH4气，一般在通入SiH4气的同时，通入一定量的保护气体（并不参与反应），如氮气、氩气、H2等，这些保护气体通入流化床前已经加热到规定的温度。
控制适当的温度和压力，使SiH4气在流化床反应器内进行热分解反应，分解生成Si和H2，生成的Si在预先加入的细硅粒表面沉积，得到粒状多晶硅。
②以SiCl4、H2、HC1、工业Si粉为原料，控制适当的温度和压力，使上述原料在流化床内发生化学反应（气体通过颗粒状Si粉，使Si粉颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应），生成SiHCl3，SiHCl3通过歧化反应生成SiH2Cl2和SiCl4 ，其中，SiH2Cl2发生分解，生成SiH4气和SiHCl3。
制取的SiH4 气在流化床反应炉内进行热分解反应，生成的多晶硅在预先加入的细硅粒表面生长，最终得到粒状多晶硅。
这种生产过程涉及的化学反应方程式如下：3SiCl4 ＋H2＋2Si＋3HCl→5SiHCl32SiHCl3→SiH2Cl2＋SiCl43SiH2Cl2→2SiHCl3+SiH4SiH4→2H2＋Si流化床技术具有反应温度低（550～700℃），沉积效率高（整个流化床内温度基本一致，硅粒比表面积大，有利于气相沉积反应的进行），连续化不间断生产等优点。
目前，采用流化床法生产颗粒状多晶硅的公司有美国RECSilicon、瓦克公司、美国MEMC等。
1.5 物理提纯法长期以来，从冶金级硅提纯制备出低成本太阳能级多晶硅已引起业内人士的极大兴趣，有关人员也进行了大量的研究工作，即采用简单廉价的冶金级硅提纯过程以取代复杂昂贵的传统西门子法。
为达到此目的，常采用低成本高产率的物理提纯法(亦称冶金法)，具体方法是采用不同提纯工艺的优化组合对冶金级硅进行提炼进而达到太阳能级硅的纯度要求。
其中每一种工艺都可以将冶金级硅中的杂质含量降低1个数量级。
2 改良西门子法的生产工艺改良西门子法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。
改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有:氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置;其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。
2.1 三氯氢硅的制备(1)石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅，其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑(2)为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。
把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HC1)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。
其化学反应Si+HC1→SiHCl3+H2↑反应温度为300℃，该反应是放热的。
同时形成气态混合物（H2，HC1，SiHC13，SiC14，Si）图2.1 三氯氢硅合成示意图2.2 三氯氢硅的提纯三氯氢硅制备过程中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝SiHCl3，SiCl4，而气态H2，HC1返回到反应中或排放到大气中。
然后分解冷凝物SiHCl3，SiCl4，净化三氯氢硅(多级精馏)。
从原料氯硅烷贮槽送来的原料氯硅烷液体经预热器预热后，从中部送入1级精馏塔，进行除去低沸物的精馏操作。
塔顶排出不凝气体和部分二氯二氢硅，送往废气处理工序进行处理；塔顶馏出液为含有低沸点和高沸点杂质的三氯氢硅冷凝液，依靠压差送入2级精馏塔；塔釜得到含杂质的四氯化硅，用泵送四氯化硅回收塔进行处理。
[4，5]级精馏塔为反应精馏，是通过用湿润的氮对三氯氢硅处理，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。
2级精馏为双系列生产线。
2级精馏塔塔顶排出不凝气体同样送往废气处理工序进行处理；塔顶馏出三氯氢硅冷凝液，依靠压差送入沉淀槽；塔釜含悬浮物的釜液，用泵送至四氯化硅回收塔进行处理。
3级精馏目的是脱除三氯氢硅中的低沸点杂质。
三氯氢硅清液经三级进料预热器后，进入3级精馏塔中部。
塔顶馏出含有二氯硅烷和三氯氢硅的冷凝液，靠位差流至二级三氯氢硅槽；塔底釜液为三氯氢硅，用泵送入4级精馏塔。
4级、5级精馏目的是分两段脱除三氯氢硅中的高沸点杂质。
3级釜液送入4级精馏塔中部。
4级塔顶馏出三氯氢硅冷凝液，靠位差流至5级精馏塔，进行脱除高沸点杂质的第二阶段。
5级塔顶馏出的三氯氢硅冷凝液送入五级冷凝液槽，一个贮槽注满后分析三氯氢硅是否符合工业级三氯氢硅对杂质含量的要求，在分析有效的情况下，工业级精制的三氯氢硅从贮槽靠位差流至8级精馏塔。
4级、5级塔釜排出的含有高沸点杂质的三氯氢硅，用泵送入二级三氯氢硅槽。
从5级塔顶馏出的三氯氢硅，在6级精馏塔进行最终脱除三氯氢硅中的高沸点杂质的过程。