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一_二_三代三氯硅烷法多晶硅生产技术发展与比较

一_二_三代三氯硅烷法多晶硅生产技术发展与比较
一_二_三代三氯硅烷法多晶硅生产技术发展与比较

多晶硅的三大生产工艺之比较

多晶硅的三大生产工艺之比较 从西门子法到改良西门子法的演进是一个从开环到闭环的过程。 1955年,德国西门子开发出以氢气(H2)还原高纯度三氯氢硅(SiHCl3),在加热到1100℃左右的硅芯(也称“硅棒”)上沉积多晶硅的生产工艺;1957年,这种多晶硅生产工艺开始应用于工业化生产,被外界称为“西门子法”。 由于西门子法生产多晶硅存在转化率低,副产品排放污染严重(例如四氯化硅SiCl4)的主要问题,升级版的改良西门子法被有针对性地推出。改良西门子法即在西门子法的基础上增加了尾气回收和四氯化硅氢化工艺,实现了生产过程的闭路循环,既可以避免剧毒副产品直接排放污染环境,又实现了原料的循环利用、大大降低了生产成本(针对单次转化率低)。因此,改良西门子法又被称为“闭环西门子法”。 改良西门子法一直是多晶硅生产最主要的工艺方法,目前全世界有超过85%的多晶硅是采用改良西门子法生产的。过去很长一段时间改良西门子法主要用来生产半导体行业电子级多晶硅(纯度在99.9999999%~99.999999999%,即9N~11N的多晶硅);光伏市场兴起之后,太阳能级多晶硅(对纯度的要求低于电子级)的产量迅速上升并大大超过了电子级多晶硅,改良西门法也成为太阳能级多晶硅最主要的生产方法。 2.改良西门子法生产多晶硅的工艺流程 (改良西门子法工艺流程示意图) 改良西门子法是一种化学方法,首先利用冶金硅(纯度要求在99.5%以上)与氯化氢(HCl)合成产生便于提纯的三氯氢硅气体(SiHCl3,下文简称TCS),然后将TCS精馏提纯,最后通过还原反应和化学气相沉积(CVD)将高纯度的TCS转化为高纯度的多晶硅。 在TCS还原为多晶硅的过程中,会有大量的剧毒副产品四氯化硅(SiCl4,下文简称STC)生成。改良西门子法通过尾气回收系统将还原反应的尾气回收、分离后,把回收的STC送到氢化反应环节将其转化为TCS,并与尾气中分离出来的TCS一起送入精馏提纯系统循环利用,尾气中分离出来的氢气被送回还原炉,氯化氢被送回TCS合成装置,均实现了闭路循环利用。这是改良西门子法和传统西门子法最大的区别。

(完整版)多晶硅生产工艺学

多晶硅生产工艺学 绪论 一、硅材料的发展概况半导体材料是电子技术的基础,早在十九世纪末,人们就发现了半导体材料,而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的,五十年代以后锗为主,由于锗晶体管大量生产、应用,促进了半导体工业的出现,到了六十年代,硅成为主要应用的半导体材料,到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展,一些化合物半导体和混晶半导体材料:如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料(如萘、蒽、以及金属衍生物等)在一定范围内也有其半导休特性,也开始得到了应用。 半导休材料硅的生产历史是比较年青的,约30 年。美国是从 1949?1951年从事半导体硅的制取研究和生产的。几年后其产量就翻了几翻,日本、西德、捷克斯洛伐克,丹麦等国家的生产量也相当可观的。 从多晶硅产量来看,就79 年来说,美国产量1620?1670 吨日本420

?440 吨。西德700?800 吨。预计到85 年美国的产量将达到2700 吨、日本1040 吨、西德瓦克化学电子有限公司的产量将达到3000 吨。 我国多晶硅生产比较分散,真正生产由58 年有色金属研究院开始研究,65 年投入生产。从产量来说是由少到多,到七七年产量仅达70?80吨,预计到85年达到300吨左右。 二、硅的应用半导体材料之所以被广泛利用的原因是:耐高压、硅器件体积小,效率高,寿命长,及可靠性好等优点,为此硅材料越来越多地应用在半导体器件上。硅的用途: 1、作电子整流器和可控硅整流器,用于电气铁道机床,电解食盐,有色金属电解、各种机床的控制部分、汽车等整流设备上,用以代替直流发电机组,水银整流器等设备。 2、硅二极管,用于电气测定仪器,电子计算机装置,微波通讯装置等。 3、晶体管及集成电路,用于各种无线电装置,自动电话交换台,自动控制系统,电视摄相机的接收机,计测仪器髟来代替真空管,在各种无线电设备作为放大器和振荡器。 4、太阳能电池,以单晶硅做成的太阳能电池,可以直接将太阳能转变为电能。 三、提高多晶硅质量的措施和途径:为了满足器件的要求,硅材料的质量好坏,直接关系到晶体管的合格率与电学性能,随着大规模集成电路和MOS 集成电路的发展而获得电路的高可靠性,适应性。因此对半导体材料硅的要求越来越高。 1、提高多晶硅产品质量的措施:在生产过程中,主要矛盾是如何稳定产品的质 量问题,搞好工艺卫生是一项最重要的操作技术,在生产实践中要树立

多晶硅的传统制备方法

https://www.wendangku.net/doc/0e17063092.html, 多晶硅的传统制备方法 目前世界上多晶硅生产最常见的方法有三种;四氯化硅氢还原法、三氯氢硅氢还原法和硅烷裂解法。三氯氢硅氢还原法是德国西门子公司发明的,因此又被称为西门子法。由于西门子法诞生的时间较早,后来有人又进行了一些新的改良,因此又有人将其称为改良西门子法。其实,改良西门子法还是西门子法,它的主体工艺流程基本没有变,还是利用氢气还原三氯氢硅来生产多晶硅。因此,为简单起见,我们还称它为西门子法。 上诉这三种多晶硅的制备方法格有千秋,从制备的难度和投资额的多少来看,四氯化硅氢还原法生产设备最少,最简单,四氯化硅的合成和提纯不需要冷冻系统,普通水冷即可将四氯化硅气体冷凝为液态的四氯化硅,而且无需将工业硅加工成硅粉,只需是合格的硅块就可以了。因此,四氯化硅还原法的投资额最少,最容易上马。硅烷沸点太低,为-112℃,要想用精馏法提纯硅烷,不仅要有极深度的制冷机,而且设备也极其复杂。因此,硅烷裂解法的投资额最大,最难。从沉积硅的直接回收率上看,硅烷裂解法最高,几乎是100%,最低是四氯化硅氢还原法,不足20%,西门子法高于四氯化硅氢还原法,约为25%左右。从安全上看,硅烷最危险,最容易爆炸,三氯氢硅次之,也容易爆炸,四氯化硅最安全,根本就不会发生爆炸。 从上面的介绍可以看出,硅烷裂解法最难,投资额最大,特别是,硅烷本身是易燃易爆物,容易发生剧烈的爆炸,一旦爆炸,将造成不可挽回的经济损失。20世纪60、70年代玩过曾有人研究过硅烷裂解法,而且也曾生产出品质很高的多晶硅,但由于事故频繁,损失惨重,最终还是停产下马。目前我国已经很少再有人采用此法来生产多晶硅了。虽然如此,也要清楚硅烷裂解法是具有许多优势的,只要解决好防爆问题,它还是非常有前途的。 当前常采用的是四氯化硅氢还原法和三氯氢硅氢还原法(西门子法),而且这两种方法与多晶硅和石英玻璃的联合制备法密切相关。 四氯化硅氢还原法是以四氯化硅和氢气为原料,在还原炉内发生化学反应来生成多晶硅的方法;三氯氢硅氢还原法是以三氯氢硅和氢气为原料,在还原炉内发生化学反应来生成多晶硅的方法。这两种方法基本相同,不同之处只是,一个是以四氯化硅和氢气为原料,另一个是以三氯氢硅和氢气为原料。

SiHCl3流化床制备粒状多晶硅研究进展

第44卷第2期 当 代 化 工 Vol.44,No.2 2015年2月 Contemporary Chemical Industry February,2015 收稿日期: 2014-08-25 作者简介: 杨恺(1972-),男,河南信阳人,化工工程师,博士,南开大学博士后,2011年毕业于哈尔滨工业大学化工学院化学工程与技术专 业,研究方向:硅烷及多晶硅制备工艺技术研究。E-mail:yangkaimail@https://www.wendangku.net/doc/0e17063092.html,。 SiHCl 3流化床制备粒状多晶硅研究进展 杨 恺1, 2,赵 颖2 (1. 无锡中彩科技有限公司, 江苏 无锡 214183; 2. 南开大学 电子信息与光学工程学院, 天津 300071) 摘 要:综述了近年来关于三氯氢硅(SiHCl 3)流化床制备颗粒状多晶硅工艺技术研究状况,详细介绍了国内外关于颗粒状多晶硅制备流化床设备的设计思路及制备情况,并讨论了反应器制备方法对产品纯度的影响,分析了“热壁流化床”的技术缺陷,“冷壁流化床”的技术优势,对下一步流化床技术发展进行了展望。 关 键 词:三氯氢硅烷;流化床;粒状多晶硅 中图分类号:TQ 127.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-0460(2015)02-0301-04 Research Progress in the Preparation Technology of Granular Polysilicon With SiHCl 3 Fluidized Bed Reactor YANG Kai 1,2,ZHAO Ying 2 (1. Wuxi Zhongcai Technology Co., Ltd., Jiangsu Wuxi 214183,China ; 2. College of Electronic Information and Optical Engineering, Nankai University, Tianjin 300071,China ) Abstract : Recent research status of granular polysilicon preparation technology with SiHCl 3 fluidized bed was reviewed. The design ideas and development status of fluidized bed reactor for granular polysilicon preparation were introduced in detail. The influence of reactor preparation methods on the product purity was also discussed. Technical defects of "hot wall fluidized bed" were analyzed as well as advantages of "cold wall fluidized bed". Finally, development trend of the fluidized bed technology was prospected. Key words : SiHCl 3; Fluidized bed reactor; Granular polysilicon SiHCl 3流化床法是制备太阳能级颗粒状多晶硅主要工艺技术之一。目前为了突破光伏行业硅料制备技术瓶颈,引起国内外研究学者关注,本文就近年来国内外该制备技术原理、设备设计及技术难题等研究进展作综述。 1 传统流化床反应器的装置示意图及 原理 传统的SiHCl 3流化床反应器,采用石英管流化床体、石英材质的分布板。管外壁用电阻丝加热,床体内部温场控制在950~1 200 ℃,工业级微硅粉从流化床顶部加入,用高纯H 2携带SiHCl 3原料气进入高温流化床体内,保证反应器内的硅粉处于流化态。SiHCl 3在高温微硅粉表面分解沉积多晶硅,微硅粉逐渐长大到直径为0.3~3 mm 粒状太阳能电池级多晶硅,反应方程式如下。 SiHCl 3 + H 2 → Si + 3HCl (1) 由于微硅粉比表面积大,流化床反应器比钟罩 式反应器产率高。多晶硅颗粒逐渐长大,沉落到流化床底部,由产品出口排出流化床,通过密封连接系统进入到产品储存室,在高纯氢气保护下冷却到室温,经过惰性气体置换后,密封包装。传统流化床结构如图1。 传统石英材质流化床结构简单,不能承受压力,石英部件连接密封困难等等,存在很多技术缺陷,国内外学者做了很多研究,目前研究技术难题是流化床反应器选材和结构设计。 2 国内外研究现状 2.1 国外研究情况 Ling 使用直径为42 mm、长3英尺的石英管反应器,加入60~100目的微硅粉,用Ar 携带SiHCl 3气体进入反应器,石英管外壁缠绕电阻丝加热,在970 ℃, SiHCl 3转化为硅的速率是1.47 g/h,转化率为11%(w)。但是在石英管壁上会沉积多晶硅,随着反应进行,硅层越积越厚,由于热膨胀系数不同,石英管容易破裂(专利USP: 3012861)。

多晶硅硅的化学制备

多晶硅硅的化学制备 【摘要】硅是一种重要的半导体材料,目前广泛应用于微电子、太阳能、光信息等领域。作为这些领域的原材料,硅的纯度必须大于5N[1]。目前制备多晶硅的方法主要有化学法和物理法(又称“冶金法”)两大类。化学方法主要有:三氯氢硅氢还原法(改良西门子法)、硅烷法和流化床法,其他方法很少有工业化生产的实例,本文主要对三种方法进行介绍并比较分析各方法的优缺点。 【关键词】多晶硅化学方法介绍比较分析 引言 半导体材料是半导体科学发展的基础。对Si和以GaAs为代表的化合物的深入研究使集成电路、半导体激光器、高速场效应晶体管的研制获得成功,大大丰富了半导体科学的内容。近年来,半导体超晶格的发展为半导体光电子学和量子功能器件的发展开辟了广阔的道路。[2] 多晶硅的生产方法有化学法和物理法(又称“合金法”)两大类,化学法应用化学原理对硅进行提纯,物理方法通过冶金原理对硅进行提纯。物理法制备的多晶硅纯度有限,一般在4N-6N左右,根据市场应用情况来看,太阳能级多晶硅纯度需达到6N-7N,而电子级多晶硅的纯度以9N以上为宜。因此,物理法制备的多晶硅不能用于半导体材料,用于太阳能电池也尚处于探索、试产阶段,暂时还不具备进行大规模工业生产的能力。而化学法生产多晶硅的工艺相对比较成熟,产品纯度高(可达到9N-12N),不仅能够满足太阳能电池的使用,也能满足半导体材料的使用。 化学法制备多晶硅一般先将工业硅(冶金级硅,纯度97%-99.9%)通过化学反应转为硅化合物,再经过精馏提纯得到高纯硅化合物,高纯硅化合物经过化学反应生成多晶硅。其中,工业硅是从含硅矿物中提取的,高纯硅化合物一般通过化学气相沉积的方式生成棒状多晶硅或粒状多晶硅。 目前,已经工业化的多晶硅化学制备方法主要包括改良三氯氢硅氢还原法(改良西门子法)、硅烷法和流化床法,其他方法很少有工业化生产的实例,本文主要对三种方法进行介绍并比较分析各方法的优缺点。

多晶硅生产工艺及其应用

多晶硅生产工艺及其应用 摘要:随着人们对能源需求的不断增长以及面临传统能源日渐枯竭的问题,人们开始关注新能源的研究,而多晶硅作为制备太阳能电池板重要的原材料也被重视起来。本文主要介绍了多晶硅的生产工艺,主要包括改良西门子法、硅烷法、流化床法等,以及多晶硅在能源方面的应用。 关键词:多晶硅生产工艺应用 在传统能源逐渐被消耗殆尽的情况下,人们开始关注其他新型能源的研究,太阳能作为一种最具潜力、最清洁和最普遍的的新型能源被高度重视。在所有的太阳能电池中得到广泛应用的是硅太阳能电池,这主要是由于硅在自然界中的蕴含量极为丰富,并且它还有良好的机械性能和电学性能。此外,硅材料中的晶体硅,是目前所有光伏材料中研究和应用比较成熟的。在过去几十年中被泛应用,而其在商业太阳能电池应用中也有很高的转换率。因此,在以后的光伏产业中,硅材料特别是多晶硅的研究将会有一个广阔的发展空间。 一、多晶硅的性质 多晶硅作为单质硅的一种特殊存在形态,主要是熔融的单质硅在温度较低状态下凝固时,硅原子会以金刚石晶格形式排列成很多晶核,如果这些晶核生长成不同晶面取向的晶粒时,那么这些晶粒就会结合起来,便结晶形成多晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料,单晶硅与多晶硅的不同主要表现在物理性质方面,例如,在光学性质、热学性质和力学性质等向异性方面;在电学性质方面,单晶硅的导电性也比多晶硅明显。但在化学性质方面,两者则没有明显区别[1]。 二、多晶硅生产工艺 目前,已经工业上制备多晶硅的化学方法主要有改良西门子法、硅烷法和流化床法。 1、改良西门子法 3、流化床法 另外制备多晶硅的工艺还有:冶金法、气液沉积法、高纯金属还原法等。 三、多晶硅的应用 高纯度多晶硅作为重要的电子信息材料,被称为“微电子大厦的基石”。多品硅有比较广泛的用途,除信息产业外,多晶硅还被用来制备太阳能电池板以及生产可控硅元件。基于硅材料质量好、原料丰富、价格较低、工艺较成熟,因此在未来几十年里,没有其他材料可以代替多晶硅成为光伏产业和电子信息产业的原

改良西门子法生产多晶硅工艺流程

改良西门子法生产多晶硅工艺流程 1. 氢气制备与净化工序 在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。电解制得的氢气经过冷却、分离液体后,进入除氧器,在催化剂的作用下,氢气中的微量氧气与氢气反应生成水而被除去。除氧后的氢气通过一组吸附干燥器而被干燥。净化干燥后的氢气送入氢气贮罐,然后送往氯化氢合成、三氯氢硅氢还原、四氯化硅氢化工序。 电解制得的氧气经冷却、分离液体后,送入氧气贮罐。出氧气贮罐的氧气送去装瓶。气液分离器排放废吸附剂,氢气脱氧器有废脱氧催化剂排放,干燥器有废吸附剂排放,均由供货商回收再利用。 2. 氯化氢合成工序 从氢气制备与净化工序来的氢气和从合成气干法分离工序返回的循环氢气分别进入本工序氢气缓冲罐并在罐内混合。出氢气缓冲罐的氢气引入氯化氢合成炉底部的燃烧枪。从液氯汽化工序来的氯气经氯气缓冲罐,也引入氯化氢合成炉的底部的燃烧枪。氢气与氯气的混合气体在燃烧枪出口被点燃,经燃烧反应生成氯化氢气体。出合成炉的氯化氢气体流经空气冷却器、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。 为保证安全,本装置设置有一套主要由两台氯化氢降膜吸收器和两套盐酸循环槽、盐酸循环泵组成的氯化氢气体吸收系统,可用水吸收因装置负荷调整或紧急泄放而排出的氯化氢气体。该系统保持连

续运转,可随时接收并吸收装置排出的氯化氢气体。 为保证安全,本工序设置一套主要由废气处理塔、碱液循环槽、碱液循环泵和碱液循环冷却器组成的含氯废气处理系统。必要时,氯气缓冲罐及管道内的氯气可以送入废气处理塔内,用氢氧化钠水溶液洗涤除去。该废气处理系统保持连续运转,以保证可以随时接收并处理含氯气体。 3. 三氯氢硅合成工序 原料硅粉经吊运,通过硅粉下料斗而被卸入硅粉接收料斗。硅粉从接收料斗放入下方的中间料斗,经用热氯化氢气置换料斗内的气体并升压至与下方料斗压力平衡后,硅粉被放入下方的硅粉供应料斗。供应料斗内的硅粉用安装于料斗底部的星型供料机送入三氯氢硅合成炉进料管。 从氯化氢合成工序来的氯化氢气,与从循环氯化氢缓冲罐送来的循环氯化氢气混合后,引入三氯氢硅合成炉进料管,将从硅粉供应料斗供入管内的硅粉挟带并输送,从底部进入三氯氢硅合成炉。 在三氯氢硅合成炉内,硅粉与氯化氢气体形成沸腾床并发生反应,生成三氯氢硅,同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、金属氯化物、聚氯硅烷、氢气等产物,此混合气体被称作三氯氢硅合成气。反应大量放热。合成炉外壁设置有水夹套,通过夹套内水带走热量维持炉壁的温度。 出合成炉顶部挟带有硅粉的合成气,经三级旋风除尘器组成的干法除尘系统除去部分硅粉后,送入湿法除尘系统,被四氯化硅液体洗

流化床反应器

流化床反应器 fluidized bed reactor(FBR) : 一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态,并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时,又称沸腾床反应器。 流态化过程: 当流体向上流过颗粒床层时,其运动状态是变化的。流速较低时,颗粒静止不动,流体只在颗粒之间的缝隙中通过。当流速增加到某一速度之后,颗粒不再由分布板所支持,而全部由流体的摩擦力所承托。此时,对于单个颗粒来讲,它不再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置,相反地,在失去了以前的机械支承后,每个颗粒可在床层中自由运动;就整个床层而言,具有了许多类似流体的性质。这种状态就被称为流态化。颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度,称为临界流化速度。 流化床的性质: (1)在任一高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量; (2)无论床层如何倾斜,床表面总是保持水平,床层的形状也保持容器的形状; (3)床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的孔口中排出;(4)密度高于床层表观密度的物体在床内会下沉,密度小的物体会

浮在床面上; (5)床内颗粒混合良好,因此,当加热床层时,整个床层的温度基本均匀。 一般的液固流态化,颗粒均匀地分散于床层中,称之为“散式”流态化;一般的气固流态化,气体并不均匀地流过颗粒床层,一部分气体形成气泡经床层短路逸出,颗粒则被分成群体作湍流运动,床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化,因此这种流态化称为“聚式”流态化。与固定床反应器相比,流化床反应器的优点是: ①可以实现固体物料的连续输入和输出; ②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能,床层内部温度均匀,而且易于控制,特别适用于强放热反应。但另一方面,由于返混严重,可对反应器的效率和反应的选择性带来一定影响。再加上气固流化床中气泡的存在使得气固接触变差,导致气体反应得不完全。因此,通常不宜用于要求单程转化率很高的反应。此外,固体颗粒的磨损和气流中的粉尘夹带,也使流化床的应用受到一定限制。为了限制返混,可采用多层流化床或在床内设置内部构件。这样便可在床内建立起一定的浓度差或温度差。此外,由于气体得到再分布,气固间的接触亦可有所改善。 近年来,细颗粒和高气速的湍流流化床及高速流化床均已有工业应用。在气速高于颗粒夹带速度的条件下,通过固体的循环以维持床层,由于强化了气固两相间的接触,特别有利于相际传质阻力居重要地位的情况。但另一方面由于大量的固体颗粒被气体夹带而出,需要

多晶硅铸锭炉产业现状与发展前景

Advanced Materials Industry 多晶硅铸锭炉 产业现状与发展前景 一、全球光伏产业的发展现状简述 在严峻的能源替代形势和人类生态环境日益恶化的压力下,在持续的技术进步和逐步完善的法规政策的强力推动下,太阳能光伏发电产业成为20世纪80年代后世界上增长最快的高新技术产业之一。设备作为光伏产业的支撑,对光伏产业的发展起到了至关重要的作用。 根据世界能源组织对未来光伏发电发展趋势的预测,到2020年世界光伏发电将占总发电量的1%,到2040年光伏发电将占全球发电量的21%,而2009年这一比例仅为千分之几。按此推算,未来20年,全球光伏产业的年复合增长率将达到25%以上。 ■ 文/梁仁和 代红云 侯英新 北京京仪世纪电子股份有限公司 尽管受到金融危机的严重影响,2009年全球太阳能电池综合产量依然由2008年的6.85G W增至9.34G W。 中国大陆与台湾光伏产品的产量占 据较大市场份额,占全球电池产量的49%。图1展示了2005-2009年全球晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池产量的变化。 数据来源:国际太阳能市场研究咨询公司Solarbuzz。 图1 2005-2009年全球晶体硅太阳能电池与薄膜太阳能电池产量

从图2可以看出,光伏产业发展迅速,2005-2009年,太阳能电池产量保持着30%以上的逐年递增率。晶体硅片是制作光伏太阳能电池的主要材料,每生产1MW的太阳能电池组件需要17t左右的原料。据美国市场调查公司Clean Edge预计,全球太阳能发电市场投资规模将从2005年的110亿美元猛进增到2015年的510亿美元。 二、国内外多晶硅铸锭炉市场发展现状与前景 太阳能产业的迅猛发展需要更多的硅料及生产设备来支撑。世界光伏产业中,多晶硅片太阳能电池占据主导地位,带动了多晶硅铸锭生长设备市场的发展。目前,全球太阳能电池的主流产品为硅基产品,占太阳能电池总量的85%以上。多晶硅太阳能电池占太阳能电池总量的56%。多晶硅太阳能电池由于产能高,单位能源消耗低,其成本低于单晶硅片,适应降低太阳能发电成本的发展趋势。多晶硅铸锭生长技术已逐渐发展成为一种主流的技术,由此也带动了多晶硅铸锭炉市场的发展。多晶铸锭炉是专为太阳能工业设计的专用设备,是生产多晶硅铸锭的必需设备。该设备能自动或手动完成铸锭过程,高效节能,且能运 用先进的计算机控制技术,实现稳定 定向凝固,生产的多晶硅硅锭质量高、 规格大。多晶硅铸锭炉作为一种硅重 熔的设备,重熔质量的好坏直接影响 硅片转换效率和硅片加工的成品率。 在国际多晶硅铸锭炉市场上,市 场份额占有率最高的为美国GT Solar 公司和德国A L D公司。G T S o l a r 公司市场主要面向亚洲,在亚洲的 市场销售额占其收入的60%;A L D 公司主要面向欧洲市场。其他多 晶铸锭设备的主要国际生产商还 有美国Crystallox Limited、挪威 Scanwafer和法国ECM。德国ALD 公司生产的多晶硅铸锭炉投料量为 400kg/炉;美国Crystallox Limited 公司为275kg/炉;挪威Scanwafer公 司生产的多晶硅铸锭炉可同时生产4 锭,投料量达到800~1000kg/炉,该 设备属于专利产品,暂时不对外销售; 法国ECM生产的多晶硅铸锭炉采用三 温区设计,提高了硅料的再利用率高。 国内的多晶硅铸锭炉市场在2007 年之前一直被美国GT Solar公司垄 断。2007年多晶硅的暴利催生了国内 无数多晶硅生产企业,而进口设备的 价格昂贵、售后服务没有保证,这些因 素促使国内一些民间私营企业开始研 发多晶硅铸锭炉技术。2007年,我国首 台多晶硅铸锭炉由浙江精功科技股份 有限公司研制成功并生产,多晶硅铸 锭炉迅速呈现出国产化的趋势,2009 年我国多晶硅铸锭炉保有量约800台。 目前,国内已有几家企业能够生产出 拥有自主知识产权的多晶硅铸锭炉, 如:北京京仪世纪电子股份有限公 司、上海汉虹精密机械有限公司、浙江 精功科技股份有限公司、北京京运通 科技股份有限公司、中国电子科技集 团公司第四十八研究所、精工机电研 究所有限公司等。随着国外垄断的打 破,多晶硅铸锭炉在国产化趋势扩大 的情况下价格将逐步降低,国内多晶 硅铸锭炉的市场潜力将会凸显出来。 目前,全球市场多晶硅铸锭炉每 年需求量约为1000台。伴随着太阳能 电池需求的不断增长,多晶硅铸锭炉 的需求量也将以较高的速度增长。 我国有关研究数据显示,根据全国 重点项目建设情况分析,2009-2010年, 我国总计有57 500t的新增多晶硅料 需要多晶硅铸锭炉进行加工,折合需 求450kg铸锭炉约为1227台。光大证 券分析师研究认为,2011年国内多晶 硅铸锭炉安装量将约达1000台。美国 市场调研机构iSuppli的研究报告中 预计,按保守估算,至2012年,全球多 晶硅铸锭炉的市场将达3000台;如果图2 2005-2009年全球太阳能电池产量与增长率 数据来源: 国际太阳能市场研究咨询公司Solarbuzz。 新材料产业NO.3 201129

多晶硅生产工艺学

多晶硅生产工艺学

绪论 一、硅材料的发展概况 半导体材料是电子技术的基础,早在十九世纪末,人们就发现了半导体材料,而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的,五十年代以后锗为主,由于锗晶体管大量生产、应用,促进了半导体工业的出现,到了六十年代,硅成为主要应用的半导体材料,到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展,一些化合物半导体和混晶半导体材料:如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料(如萘、蒽、以及金属衍生物等)在一定范围内也有其半导休特性,也开始得到了应用。 半导休材料硅的生产历史是比较年青的,约30年。美国是从1949~1951年从事半导体硅的制取研究和生产的。几年后其产量就翻了几翻,日本、西德、捷克斯洛伐克,丹麦等国家的生产量也相当可观的。 从多晶硅产量来看,就79年来说,美国产量1620~1670吨。日本420~440吨。西德700~800吨。预计到85年美国的产量将达到2700吨、日本1040吨、西德瓦克化学电子有限公司的产量将达到3000吨。 我国多晶硅生产比较分散,真正生产由58年有色金属研究院开始研究,65年投入生产。从产量来说是由少到多,到七七年产

量仅达70~80吨,预计到85年达到300吨左右。 二、硅的应用 半导体材料之所以被广泛利用的原因是:耐高压、硅器件体积小,效率高,寿命长,及可靠性好等优点,为此硅材料越来越多地应用在半导体器件上。硅的用途: 1、作电子整流器和可控硅整流器,用于电气铁道机床,电解食盐,有色金属电解、各种机床的控制部分、汽车等整流设备上,用以代替直流发电机组,水银整流器等设备。 2、硅二极管,用于电气测定仪器,电子计算机装置,微波通讯装置等。 3、晶体管及集成电路,用于各种无线电装置,自动电话交换台,自动控制系统,电视摄相机的接收机,计测仪器髟来代替真空管,在各种无线电设备作为放大器和振荡器。 4、太阳能电池,以单晶硅做成的太阳能电池,可以直接将太阳能转变为电能。 三、提高多晶硅质量的措施和途径: 为了满足器件的要求,硅材料的质量好坏,直接关系到晶体管的合格率与电学性能,随着大规模集成电路和MOS集成电路的发展而获得电路的高可靠性,适应性。因此对半导体材料硅的要求越来越高。 1、提高多晶硅产品质量的措施: 在生产过程中,主要矛盾是如何稳定产品的质量问题,搞好

多晶硅生产工艺流程定稿版

多晶硅生产工艺流程 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

多晶硅生产工艺流程(简介) -------------------------来自于网络收集 多晶硅生产工艺流程,多晶硅最主要的工艺包括,三氯氢硅合成、四氯化硅的热氢化(有的采用氯氢化),精馏,还原,尾气回收,还有一些小的主项,制氢、氯化氢合成、废气废液的处理、硅棒的整理等等。 主要反应包括:Si+HCl---SiHCl3+H2(三氯氢硅合成);SiCl4+H2---SiHCl3+HCl(热氢化);SiHCl3+H2---SiCl4+HCl+Si(还原)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。 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着、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↑

多晶铸锭炉技术参数

附件1:JZ-460/660多晶铸锭炉技术参数 一、JZ-460/660型多晶铸锭炉介绍 JZ-460/660型多晶铸锭炉能生产520KG/660KG-800KG优质的多晶硅锭,本设备的生产量很大,能在60个小时的时间内生产出合格的硅锭。设备操作简单,直观的界面,给操作人员节省很多时间来处理设备的运行情况,从而极大的提高了生产效率,节约了成本。JZ-460/660型多晶铸锭炉使用高纯度的内涂氮化硅的石英坩埚,运行过程中,通过隔热层的提升,在热场内产生温度梯度,从而由下往上定向长晶,在整个长晶过程中只有隔热层一个部件在运动,大大减少了故障的发生,从而提高了炉子的稳定性能。 整个工艺过程分为装料,抽真空,检漏,加热,熔化,长晶,退火,冷却。装料是在喷有氮化硅涂层的石英坩埚内,在保证不破坏涂层的条件下,进行装料。装完料后开始抽真空,当压力降到0.008mbar时即可检漏,如果设备检漏通过,此时我们即可开始自动运行设备,按照配方工艺步骤运行。在晶体生长过程中,一般自坩埚底部开始降温,当硅熔体温度低于熔点时,在接近坩埚底部处首先凝固,形成许多细小的核心,然后横向生长,当核心相互接触时,再逐渐向上生长,长大,形成柱状晶,柱状方向与晶体方向平行,直至所有的硅熔体都结晶为止,这样制备出来的多晶硅的晶粒大小,晶界结构,缺陷类型都很相似。对于重量为520kg的铸造多晶硅而言,硅锭尺寸一般为840*840*316mm。目前JZ-460/660炉型已被著名硅片制造厂家批量采用,稳定生产出高质量的硅锭。 二、JZ-460/660型多晶铸锭炉使用需要的环境条件(户内) a)环境温度:20±5℃ b)环境湿度:≤ 65%(不结露) c)地质震动要求:外界震源:当大于10HZ时,振幅小于0~0.003mm

多晶硅制备及工艺

多晶硅制备及工艺 蒋超 材料与化工学院 材料1103班 【摘要】工业硅是制造多晶硅的原料,它由石英砂(二氧化硅)在电弧炉中用碳还原而 成。化学提纯制备高纯硅的方法有很多,其中SiHCl3 氢还原法具有产量大、质量高、成本低等优点,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硼和其他金属杂质,无腐蚀性、不需要还原剂、分解温度低和收率高,所以是个有前途的方法。下面介绍SiHCl3 氢还原法(改良西门子法)和硅烷法。 【关键词】改良西门子法硅烷法高纯硅 改良西门子法 1955年,西门子公司成功开发了利用氢气还原三氯硅烷(SiHCl3)在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术,并于1957年开始了工业规模的生产,这就是通常所说的西门子法。 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、SiCl4氢化工艺,实现了闭路循环,于是形成了改良西门子法——闭环式SiHCl3氢还原法。 改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成HCl(或外购HCl),HCl和冶金硅粉在一定温度下合成SiHCl3,分离精馏提纯后的SiHCl3进入氢还原炉被氢气还原,通过化学气相沉积反应生产高纯多晶硅。具体生产工艺流程见图1。 改良西门子法包括五个主要环节: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。该方法通过采用大型还原炉,降低了单位产品的能耗。通过采用SiCl4氢化和尾气干法回收工艺,明显降低了原辅材料的消耗。 图1:改良西门子法生产工艺流程图

改良西门子法制备的多晶硅纯度高,安全性好,沉积速率为8~10μm/min,一次通过的转换效率为5%~20%,相比硅烷法、流化床法,其沉积速率与转换效率是最高的。沉积温度为1100℃,仅次于SiCl4(1200℃),所以电耗也较高,为120 kWh/kg(还原电耗)。改良西门子法生产多晶硅属于高能耗的产业,其中电力成本约占总成本的70%左右。SiHCl3还原时一般不生产硅粉,有利于连续操作。该法制备的多晶硅还具有价格比较低、可同时满足直拉和区熔要求的优点。因此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SOG硅与EG硅,所生产的多晶硅占当今世界总产量的70~80%。 硅烷法 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,美国联合碳化合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。 硅烷法以氟硅酸、钠、铝、氢气为主要原辅材料,通过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制取SiH4,然后将SiH4气提纯后通过SiH4热分解生产纯度较高的棒状多晶硅。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. 图2:硅烷法生产工艺流程图 硅烷法存在成本高、硅烷易爆炸、安全性低的缺点;另外整个过程的总转换效率为0.3,转换效率低;整个过程要反复加热和冷却,耗能高;SiH4分解时容易在气相成核,所以在反应室内生成硅的粉尘,损失达10%~20%,使硅烷法沉积速率(3~8μm/min)仅为西门子法

冶金法生产多晶硅

冶金法多晶硅相关材料 目录 一、冶金法介绍 (1) 二、项目投资成本 (2) 三、技术路径 (3) 四、主要企业 (5) 一、冶金法介绍 目前,国际多晶硅生产的主流工艺是改良西门子法,占总产能85%以上。2010年用该技术生产的多晶硅占全球总产量的86.6%。太阳能级多晶硅仅需要6个9的纯度即可,西门子法一般提纯后可达11个9以上。为保证得到多晶硅电池最佳的电流传输率,西门子法还需要进行掺杂工序(掺硼掺磷),这无疑增加了光伏电池制造的成本。另外,某些公司也采用其他方法来制作多晶硅,如硅烷法、流化床法。此三种方法都属于多晶硅制作中的“化学法”。 物理法是采用对冶金级的硅进行造渣、精炼、酸洗(湿法冶金)、定向凝固等方式,将杂质去除。由于硅是不参加化学反应的,所以俗称物理法。但其实,无论是造渣、精炼还是酸洗,都不可避免地涉及到化学反应,因此,比较准确的叫方法应该是冶金法。物理法主要有

区域熔化法(FZ)、直拉单晶法(CZ)、定向凝固多晶硅锭法(铸造法)等等。 按照硅的纯度不同,硅料分为冶金级硅(MG-Si)、太阳能级硅(SG-Si)、电子级硅(EG-Si),国际业界通常把物理法称为冶金法(Metallurgical Method),把物理法提纯的硅称为UMG-Si(Upgraded Metallurgical Grade Silicon)。 UMG-Si制备由于其工艺路径使其理论提纯水平仅能够达到7N级,化学法可提纯至9N级以上用于半导体行业,而3N以下的冶金级硅料主要用于铝合金等领域。因此,UMG-Si的目标市场即为太阳能光伏领域。 二、项目投资成本 UMG-Si由于采用的是物理提纯方法,主要是通过物理变化而非复杂的系列化学反应来提取硅料,在设备投入、环保控制、能耗指标等均低于化学法制备,就SG-Si制备而言具备成本优势。 在2011年初,就项目总投资而言,化学法多晶硅制备如果从三氯氢硅开始直至多晶硅产出,年产量1000吨的工厂大约需要投资6亿到7亿元人民币,;而UMG-Si制备由于采取的工艺路径和原材料冶金硅品质的区别,其初始投资以年产1000吨计算,大约在2亿元左右。 在2012年的成都西博会上,阿坝州共有25个新项目签约,签约金额达107亿元。其中包括:协鑫集团下属四川协鑫硅业科技有限公

多晶硅铸锭炉行业发展现状

2014-2018年中国多晶硅铸锭炉产业发展现状及投资分析报告 完成日期:2014年5月 第一章多晶硅铸锭炉行业概述 第一节多晶硅铸锭炉概述 一、多晶硅铸锭炉的定义 二、多晶硅铸锭炉的结构组成特点 三、多晶硅铸锭炉的作用 四、多晶硅铸锭炉技术特点 五、多晶硅铸锭炉主要技术指标 六、子多晶硅铸锭炉发展历程 第二节多晶硅铸锭炉配套系统 第三节多晶硅工艺技术 一、西门子反应炉及工艺参数分析 二、冷氢化热氢化工艺对比分析 三、铸锭拉晶工艺技术 四、铸锭炉及能耗分析 五、拉晶炉及工艺分析 第二章2013-2014年世界多晶硅铸锭炉行业运行现状分析 第一节2013-2014年世界多晶硅铸锭炉行业发展现状分析 一、全球多晶硅铸锭炉市场需求分析 二、世界多晶硅铸锭炉应用情况分析 三、国外多晶硅铸锭炉产品结构分析 四、国际多晶硅铸锭炉行业发展面临的问题 五、国际多晶硅铸锭炉行业技术发展现状 第二节2013-2014年世界多晶硅铸锭炉行业发展分析 一、美国 二、日本 三、德国 四、韩国 第三节2014-2018年世界多晶硅铸锭炉市场前景预测分析 第四节2014年世界多晶硅铸锭炉部分生产企业分析 一、德国的ALD公司 二、美国gtsolar公司 三、美国GT公司 四、法国ECM公司 五、略…… 第三章2013-2014年中国多晶硅铸锭炉行业发展环境分析 第一节2013-2014年中国宏观经济环境分析

一、中国GDP分析 二、中国工业发展形势分析 三、消费价格指数分析 四、城乡居民收入分析 五、社会消费品零售总额 六、全社会固定资产投资分析 七、进出口总额及增长率分析 第二节2013-2014年中国多晶硅铸锭炉市场政策环境分析 一、近年来国家以及政府颁布的相关政策法规 二、相关政策法规对市场的影响程度 三、多晶硅铸锭炉市场国家宏观发展规划调控方向 第三节2013-2014年中国多晶硅铸锭炉市场社会环境分析 第四节2013-2014年中国多晶硅铸锭炉行业技术环境分析 第四章2013-2014年中国多晶硅铸锭炉行业发展现状分析第一节2013-2014年中国多晶硅铸锭炉行业发展分析 一、我国多晶硅铸锭炉行业发展现状分析 二、我国多晶硅铸锭炉行业市场特点分析 三、我国多晶硅铸锭炉行业技术发展状况 第二节我国多晶硅铸锭炉行业存在问题及发展限制 一、主要问题与发展受限 二、基本应对的策略 第三节2013-2014年中国多晶硅铸锭炉运行分析 一、多晶硅铸锭炉前景广阔 二、多晶硅铸锭炉热场研究及数值模拟 三、多晶硅定向生长铸锭炉生产 四、多晶硅铸锭炉生产工艺控制技术和设备组 五、为多晶硅铸锭炉国产化作出重大贡献 六、多晶硅铸锭炉设备国产化研制成功 七、多晶硅铸锭炉国产化是发展趋势 第四节2013-2014年中国多晶硅铸锭炉行业发展面临问题分析 第五章2013-2014年中国多晶硅铸锭炉行业市场分析 第一节2013-2014年中国多晶硅铸锭炉市场规模分析 一、2008-2013年中国多晶硅铸锭炉行业市场规模及增速 二、中国多晶硅铸锭炉行业市场饱和度 三、国内外经济形势对多晶硅铸锭炉行业市场规模的影响 四、2014-2018年中国多晶硅铸锭炉行业市场规模及增速预测 第二节2013-2014年中国多晶硅铸锭炉市场结构分析 第三节2013-2014年中国多晶硅铸锭炉市场特点分析 一、多晶硅铸锭炉行业所处生命周期 二、技术变革与行业革新对多晶硅铸锭炉行业的影响 三、中国多晶硅铸锭炉差异化分析 第四节2013-2014年中国多晶硅铸锭炉市场运行动态分析

多晶硅的用途与生产工艺简介

多晶硅产品 的用途与生产工艺简介 黎展荣编写 2008-03-15 多晶硅产品的用途与生产工艺简介 讲课提纲: 一、多晶硅产品的用途 二、国内外多晶硅生产情况与市场分析 三、多晶硅生产方法 四、多晶硅生产的主要特点 五、多晶硅生产的主要工艺过程 讲课想要达到的目的: 通过介绍,希望达到以下几点目的: 1,了解半导体多晶硅有关基本概念与有关名词,为今后进一步学习、交流与提高打下基础; 2,了解多晶硅的主要用途与国内外多晶硅的生产和市场情况,热爱多晶硅事业与行业; 3,了解多晶硅生产方法和多晶硅生产的主要特点,加深对多晶硅生产工艺流程的初步认识; 4,了解公司3000吨/年多晶硅项目的主要工艺过程、工厂的概况、规模、车间工序的相互关联,有利于今后工作的开展。 一、多晶硅产品的用途 在讲多晶硅的用途前,我们先讲一讲半导体多晶硅的有关概念和有关名词。 1,什么是多晶硅? 我们所说的多晶硅是半导体级多晶硅,或太阳能级多晶硅,它主要是用工业硅或称冶金硅(纯度98-99%)经氯化合成生产硅氯化物,将硅氯化物精制提纯后得到纯三氯氢硅,再将三氯氢硅用氢进行还原生成有金属光泽的、银灰色的、具有半导体特性产品,称为半导体级多晶硅。 2,什么是半导体? 所谓半导体是界于导体与绝缘体性质之间的一类物质,导体、半导体与绝缘体的大概分别是以电阻率来划分的,见表1。 3,纯度表示法 半导体的纯度表示与一般产品的纯度表示是不一样的,一般产品的纯度是以主体物质的含量多少来表示,半导体的纯度是以杂质含量与主体物质含量之比来表示的。见表2。 表2 纯度表示法

外购的工业硅纯度是百分比,1个九,“1N”,98%,两个九,“2N”,99%,是指扣除测定的杂质元素重量后,其余作为硅的含量(纯度)。如工业硅中Fe≤0.4%,AL≤0.3%,Ca≤0.3%,共≤1%, 则工业硅的纯度是:(100-1)X100%=99% 。 2),半导体纯度 工业硅中的B含量是0.002%(W),则工业硅纯度对硼来说被视为99.998%,即4N(对B来说)。 半导体硅中的B含量,如P型电阻率是3000Ω.Cm时,查曲线图得B的原子数为4.3X1012原子/Cm3,则半导体的纯度是:4.3X1012 /4.99X1022=0.86X10-10=8.6X10-11(~11N,0.086PPba),或(4.3X1012 X10.81) /(4.99X1022X28)=0.33X10-10=0.033PPbw=3.3X10-11(~11N)。 对B来说,从工业硅的4N提高到11N,纯度提高7个数量级(,千万倍)即B杂质含量要降低6个数量级(1000000,百万倍),因此生产半导体级多晶硅是比较困难的。 3),集成电路的元件数 集成电路的元件数的比较,列于表3。集成电路的集成度越高,则对硅材料纯度的要求越高。 表3 集成电路的元件数比较 据报导:日本在6.1X5.8 mm的硅芯片上制出的VLSI有15万6千多个元件 4),硅片(单晶硅)发展迅速 硅片(单晶硅)发展迅速,见表4。 大规模生产中多晶硅直径一般公认为是120-150 mm比较合适,也研发过200-250 mm。 5),多晶硅、单晶硅、硅片与硅外延片 多晶硅:内部硅原子的排列是不规则的杂乱无章的。 单晶硅:内部硅原子的排列是有规则的(生产用原料是多晶硅)。 硅片:单晶硅经滚磨、定向后切成硅片,分磨片与抛光片。 硅外延片:抛光片经清洗处理后用CVD方法在其上再生长一层具有需求电阻率的单晶硅层,目前

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