高纯硅的制备

高纯硅的制备

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高纯硅的制备一般首先由（SiO2）制得工业硅（粗硅），再制成高纯的，最后拉制成硅单晶。

工业上是用（SiO2）和以一定比例混合，在中加热至1600~1800℃而制得纯度为95%~99%的粗硅，其反应如下：SiO2+2C=Si+2CO

粗硅中一般含有铁、铝、碳、硼、磷、铜等杂质，这些杂质多以硅化构成的形式存在，为了进一步提高工业粗硅的纯度，可采用酸浸洗法，使杂质大部分溶解（有少数的不溶）。其生产工艺过程是：将粗碎后，依次用盐酸、、（HF+H2SO4）混合酸处理，最后用洗至中性，烘干后可得含量为99.9%的工业粗硅。

高纯的制备方法很多，据布完全统计有十几种，但所有的方法都是从工业硅（或称，因为含铁较多）开始，首先制取既易提纯又易分解（即还原）的含硅的中间化合物如SiCl4、SiHCl3、SiH4等，再使这些中间化合物提纯、分解或还原成高纯度的

目前我国制备高纯硅多晶硅主要采用氢还原法、热解法和四氢还原法。一般说来，由于还原法具有一定优点，目前比较广泛的被应用。此外，

由于SiH4具有易提纯的特点，因此热分解法是制备高纯硅的很有发展潜力的方法。下面我们就分别介绍上述三种方法制备高纯硅的化学原理。

1. 还原法

（1）三氯氢硅的合成

第一步：由制取粗硅硅石（SiO2）和适量的混合，并在内加热至

1600~1800℃ 可制得纯度为95%~99%的粗硅。其反应式如下：

SiO2+3C=SiC+2CO（g）↑

2SiC+SiO2=3Si+2CO（g）↑

总反应式： SiO2+2C=Si+2CO（g）↑

生成的硅由底部放出，浇铸成锭。用此法生产的粗硅经酸处理后，其纯度可达到99.9%。

第二步：三氯氢硅的合成三氯氢硅是由干燥的气体和粗在合成炉中（250℃）进行合成的。其主要反应式如下：Si+3HCl=SiHCl3+H2（g）

（2）三氯氢硅的提纯

由合成炉中得到的三氯氢硅往往混有硼、磷、砷、铝等杂质，并且它们是有害杂质，对质量影响极大，必须设法除去。

近年来三氯氢硅的提纯方法发展很快，但由于精馏法工艺简单、操作方便，所以，目前工业上主要用精馏法。三氯氢硅精馏是利用三氯氢硅与杂质的沸点不同而分离提纯的。

一般合成的三氯氢硅中常含有（BCl3）、（PCl3）、四

（SiCl4）、三氯化砷（AsCl3）、三（Al2Cl3）等。其中绝大多数的沸点与三氯氢硅相差较大，因此通过精馏的方法就可以将这些杂质除去。但和的沸点与三氯氢硅相近，较难分离，故需采用高效精馏，以除去这两种杂质。精馏提纯的除硼效果有一定限度，所以工业上也采用除硼效果较好的络合物法。

三氯氢硅沸点低，易燃易爆，全部操作要在低温下进行，一般操作环境温度不得超过25℃，并且整个过程严禁接触火星，以免发生爆炸性的燃烧。

（3）三氯氢硅的氢还原

提纯三氯氢硅和高纯氢混合后，通入1150℃还原炉内进行反应，即可得到硅，总的化学反应是：SiHCl3+H2=Si+3HCl

生成的高纯多晶硅淀积在多晶硅载体上。