上一篇文章我們?yōu)榇蠹医榻B了多晶硅為什么這么重要，以及多晶硅片的加工工藝，今天卓精藝繼續(xù)來為大家介紹多晶硅的相關(guān)知識。

能源枯竭、資源消耗、環(huán)境污染都是當今社會面臨的問題，太陽能因其綠色環(huán)保以及取之不盡的優(yōu)勢而得到廣泛關(guān)注。高純多晶硅正是太陽能光伏電池和半導(dǎo)體集成電路的原材料，今天我們就來看看高純多晶硅的主要生產(chǎn)方法。

根據(jù)中間化合物的不同，化學(xué)提純多晶硅可分為不同的技術(shù)路線，目前，在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的技術(shù)主要有：改良西門子法、硅烷熱分解法等，其中改良西門子法約占全球總產(chǎn)量的70％以上、硅烷熱分解法占總量的約20％。

1、改良西門子法

1955年，西門子公司成功開發(fā)了利用氫氣還原三氯硅烷（SiHCl3）在硅芯發(fā)熱體上沉積的工藝技術(shù)，并于1957年開始了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，這就是通常所說的西門子法。

在西門子法工藝的基礎(chǔ)上，通過增加還原尾氣干法回收系統(tǒng)、SiCl4氫化工藝，實現(xiàn)了閉路循環(huán)，于是形成了改良西門子法——閉環(huán)式SiHCl3氫還原法。

利用氯氣和氫氣合成HCl，HCl和冶金硅粉在一定溫度下合成SiHCl3，分離精餾提純后的SiHCl3進入氫還原爐被氫氣還原，通過化學(xué)氣相沉積反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。

改良西門子法包括五個主要環(huán)節(jié)：SiHCl3合成、SiHCl3精餾提純、SiHCl3的氫還原、尾氣的回收和SiCl4的氫化分離。該方法通過采用大型還原爐，降低了單位產(chǎn)品的能耗。通過采用SiCl4氫化和尾氣干法回收工藝，明顯降低了原輔材料的消耗。

-改良西門子法生產(chǎn)工藝-

改良西門子法制備的多晶硅純度高，安全性好，沉積速率為8~10um/min，一次通過的轉(zhuǎn)換效率為5%~20%，相比硅烷法、流化床法，其沉積速率與轉(zhuǎn)換效率是最高的。沉積溫度為1100℃，僅次于SiCl4（1200℃），所以電耗也較高，為120kWh/kg（還原電耗）。改良西門子法生產(chǎn)多晶硅屬于高能耗的產(chǎn)業(yè)，其中電力成本約占總成本的70%左右。SiHCl3還原時一般不生產(chǎn)硅粉，有利于連續(xù)操作。

改良西門子法價格比較低、可同時滿足直拉和區(qū)熔要求。是目前生產(chǎn)多晶硅最為成熟、投資風(fēng)險最小、最容易擴建的工藝，國內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅廠大多采用此法生產(chǎn)SOG硅與EG硅，所生產(chǎn)的多晶硅占當今世界總產(chǎn)量的70%~80%。

2、硅烷法

硅烷法以氟硅酸、鈉、鋁、氫氣為主要原輔材料，通過SiHCl4氫化法、硅合金分解法、氫化物還原法、硅的直接氫化法等方法制取SiH4，然后將SiH4氣提純后通過SiH4熱分解生產(chǎn)純度較高的棒狀多晶硅。硅烷法與改良西門子法接近，只是中間產(chǎn)品不同：改良西門子法的中間產(chǎn)品是SiHCl3；而硅烷法的中間產(chǎn)品是SiH4。

-硅烷法生產(chǎn)工藝流程圖-

硅烷法存在成本高、硅烷易爆炸、安全性低；另外整個過程的總轉(zhuǎn)換效率為0.3，轉(zhuǎn)換效率低；整個過程要反復(fù)加熱和冷卻，耗能高；SiH4分解時容易在氣相成核，所以在反應(yīng)室內(nèi)生產(chǎn)硅的粉塵，損失達10%~20%，使硅烷法沉積速率（3~8um/min）僅為西門子法的1/10。

日本小松公司曾采用過此技術(shù)，但由于發(fā)生過嚴重的爆炸事故，后來就沒有繼續(xù)推廣。目前，美國Asimi和SGS公司（現(xiàn)均屬于挪威REC公司）采用該工藝生產(chǎn)純度較高的多晶硅。

除改良西門子法和硅烷法兩種最主要的高純多晶硅生產(chǎn)方法之外，還有流化床法、冶金法、氣液沉積法、無氯技術(shù)、碳熱還原反應(yīng)法、鋁熱還原法等也可進行高純多晶硅生產(chǎn)，在此不一一贅述。

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