电子级多晶硅生产技术

工业生产

化 工 设 计 通 讯

Industrial Production

Chemical Engineering Design Communications

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第45卷第4期

2019年4月

多晶硅是人类高科技产品的重要原材料，直接影响电子产品二极管、电路级的功能。近年来太阳能技术的高度发展，太阳能电池对于多晶硅也产生了较大的需求。所以，对于多晶硅的提出，以及电子级多晶硅的生产技术，近年来得到了广泛的探讨，其中越发凸显出提纯效率、环境污染、成本等方面的问题。所以，本文以电子级多晶硅在全球实践和研究领域的发展，对电子级多晶硅关键生产技术进行探讨。1 国内外相关领域技术发展水平和趋势

目前工业实践领域对于电子级多晶硅的生产方式，主要为三类：一是改良西门子法。该方法主要是借助HCI 与硅粉进行结合，形成SiHCl 3，然后再将SiHCl 3进行提纯，从而获得高纯度的电子级多晶硅。该方法的主要优势在于成本低、效率高，提纯效果相对较好，而且对环境的污染相对较低。不过，其劣势同样明显，那就是改良西门子法所生产的电子级多晶硅，在产品质量上一直不尽如人意；二是硅烷法，该方法实质上是指以多种硅烷结合方式进行提纯的方法类别，其中包括硅化镁法、歧化法等。从应用来看，目前生产领域主要采取三种方法，分别是NaALH 4、Mg 2Si 、4SiHCl 3，而从实践效果来看，该方式提纯的电子级多晶硅质量相对较为突出，环保方面虽然劣于改良西门子法，但是也符合国家标准。但核心问题在于能源消耗较为严重；三是流化床冶金法，该方法在成本、能耗、生产效率、污染，甚至是投资建设成本上，都有着明显的优势。但是，由于技术切线，流化床冶金法目前仅能够生产太阳能级多晶硅，所以应用局限性相对较大。

从上述三种工业生产领域主要采取的方法来看，以改良西门子法的应用最为广泛，硅烷法大多应用在需要生产更高纯度多晶硅时使用，而流化床冶金法则局限于产品的应用领域。虽然光伏产业虽然发展迅速，但整体技术模式仍旧不够成熟，所以，流化床冶金法的应用较少。而由此综合来看，对电子级多晶硅生产技术的改良和探讨，无疑是基于硅烷法更具有现实意义。原因在于该方式的技术局限相对较低，也不会对环境等方面监管需求构成影响。意味着仅需要通过相应技术的改良，降低硅烷法的成本即可。反观改良西门子法和流化床冶金法，两者存在着先天的技术局限，而技术的突破带有较强的不可控性，无论是成本还是改良周期均更加难以掌控。

2 电子级多晶硅关键生产技术分析

电子级多晶硅生产的关键技术主要是硅烷、氢气控制、无定形硅的产生、以及电流和电压的控制，只有做好这些方面的控制，才能够提高多晶硅产品的质量。

2.1 硅烷、氢气在不同时间段的最佳流量和摩尔配比

硅烷法主要采取化学原料为硅烷和H 2，硅烷一般为两种，分别是SiH 4和Si 2H 6。由于原材料的特殊性，通常在使用硅烷和H 2时，多会调节投放的时间和用量，从而达到效率的最优化。从目前应用来看，生产领域主要采用新型12对棒还原炉对两者进行调节。该技术是指通过直流电的控制实现对于能耗的影响，同时还可以精准促进电子级多晶硅，实现质量的提升。其主要原理则是通过对于硅棒的刺激，使其体积变大，在膨胀过程中刺激内部温度，继而实现形态的变化。而在此过程中，新型12对棒还原炉进行持续有效的“刺激”。不过，考虑到生产质量因素，该环节则采取硅烷和H 2的摩尔配比，继而确保生产效果。

2.2 控制无定形硅的发生和产出率

在电子级多晶硅生产中，影响生产效率的主要因素便是无定形硅的产生。由此也意味着，无定形硅并不符合电子级多晶硅的标准生产成果。而在硅烷法技术应用时，解决无定形硅的主要方式便是温控。从原理上来看，硅棒分解的基础温度是300℃，其中初期分级方式为表面气化反应，该阶段是制止无定形硅生产的关键。所以，在该阶段需要进行温场设置，通过内置冷却夹套的方式，实现对于硅棒表面反应的抑制，继而确保其实现定性。与此同时，低温场也涉及到多晶硅的生产效率和污染物产生。所以，在具体生产过程中，结合硅棒纯度对低温场作用时间进行调节也尤为必要。

2.3 获取在不同时间段的电流和电压的最佳配合参数

上文中提到，电能的应用是实现精准生产的重要因素，同时电能本身的控制，也决定了电子级多晶硅的生产成本。硅棒的外层温度和内层温度不统一，以及表面的空气接触等因素，使得生产多晶硅需要对硅棒进行复杂的反应过程。而在该过程中不断调节电流和电压。也意味着对于生产进行最优化的调节，实现生产效率的提升，以及能源消耗的控制。另外，高频率调节电流、电压可能造成气流返混现象。对此，在生产过程中需要充分考虑气相和流场的分布，以避免出现新的的生产问题。

3 国内电子级多晶硅项目技术特点

摘　要：

电子级多晶硅是多晶硅经过高度提纯所获得的一种材料，广泛应用于高纯硅制品，是人类现代高科技所不可缺少的一种原材料。而随着人类科学技术的发展，对于原材料质量和纯度的要求也不断提升，对此，也产生了对于电子级多晶硅生产技术的探讨。以全球发展技术状况的阐述作为基础，充分探讨了当前能够获得高质量、高纯度电子级多晶硅的相应生产 技术。

关键词：

电子级多晶硅；高纯硅制品；生产技术中图分类号：

TQ127.2 文献标志码：A 文章编号：1003–6490（2019）04–0172–02Production Technology of Electronic

Grade Polycrystalline Silicon

Gou Hai-long

Abstract ：Electronic grade polysilicon is a kind of material obtained by highly purified polysilicon ，which is widely used in high purity silicon products ，and is a raw material that can not be obtained by modern high-tech human beings.With the development of human science and technology ，the requirement of raw material quality and purity has been constantly improved ，which has also led to the discussion of the production technology of electronic grade polysilicon.Based on this background and the description of global development technology ，this paper fully explores the current production technology of electronic grade polysilicon with high quality and purity.

Key words ：electronic grade polysilicon ；high purity silicon products ；production technology 电子级多晶硅生产技术

苟海龙

（新特能源股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830011）

收稿日期：2019–02–12作者简介： 苟海龙（1988—），男，新疆奇台人，工程师，主要研究

方向为化学工程与工艺。