關于多晶硅生產工藝流程的簡單介紹

2020-12-30 13:54:04 來源:

 

多晶硅生產工藝流程,多晶硅最主要的工藝包括,三氯氫硅合成、四氯化硅的熱氫化(有的采用氯氫化),精餾,還原,尾氣回收,還有一些小的主項,制氫、氯化氫合成、廢氣廢液的處理、硅棒的整理等等。

主要反應包括:Si+HCl---SiHCl3+H2(三氯氫硅合成);SiCl4+H2---SiHCl3+HCl(熱氫化);SiHCl3+H2---SiCl4+HCl+Si(還原)多晶硅是由硅純度較低的冶金級硅提煉而來,由于各多晶硅生產工廠所用主輔原料不盡相同,因此生產工藝技術不同;進而對應的多晶硅產品技術經濟指標、產品質量指標、用途、產品檢測方法、過程安全等方面也存在差異,各有技術特點和技術秘密,總的來說,目前國際上多晶硅生產主要的傳統工藝有:改良西門子法、硅烷法和流化床法。改良西門子法是目前主流的生產方法,采用此方法生產的多晶硅約占多晶硅全球總產量的85%。但這種提煉技術的核心工藝僅僅掌握在美、德、日等7家主要硅料廠商手中。這些公司的產品占全球多晶硅總產量的90%,它們形成的企業聯盟實行技術封鎖,嚴禁技術轉讓。短期內產業化技術壟斷封鎖的局面不會改變。

西門子改良法生產工藝如下:

這種方法的優點是節能降耗顯著、成本低、質量好、采用綜合利用技術,對環境不產生污染,具有明顯的競爭優勢。改良西門子工藝法生產多晶硅所用設備主要有:氯化氫合成爐,三氯氫硅沸騰床加壓合成爐,三氯氫硅水解凝膠處理系統,三氯氫硅粗餾、精餾塔提純系統,硅芯爐,節電還原爐,磷檢爐,硅棒切斷機,腐蝕、清洗、干燥、包裝系統裝置,還原尾氣干法回收裝置;其他包括分析、檢測儀器,控制儀表,熱能轉換站,壓縮空氣站,循環水站,變配電站,凈化廠房等。

1)石英砂在電弧爐中冶煉提純到98%并生成工業硅,

其化學反應SiO2+C→Si+CO2↑

2)為了滿足高純度的需要,必須進一步提純。把工業硅粉碎并用無水氯化氫(HCl)與之反應在一個流化床反應器中,生成擬溶解的三氯氫硅(SiHCl3)。

其化學反應Si+HCl→SiHCl3+H2↑

反應溫度為300度,該反應是放熱的。同時形成氣態混合物(Н2,НС1,SiНС13,SiC14,Si)。

3)第二步驟中產生的氣態混合物還需要進一步提純,需要分解:過濾硅粉,冷凝SiНС13,SiC14,而氣態Н2,НС1返回到反應中或排放到大氣中。然后分解冷凝物SiНС13,SiC14,凈化三氯氫硅(多級精餾)。

4)凈化后的三氯氫硅采用高溫還原工藝,以高純的SiHCl3H2氣氛中還原沉積而生成多晶硅。

其化學反應SiHCl3+H2→Si+HCl。

多晶硅的反應容器為密封的,用電加熱硅池硅棒(直徑5-10毫米,長度1.5-2米,數量80根),在1050-1100度在棒上生長多晶硅,直徑可達到150-200毫米。

這樣大約三分之一的三氯氫硅發生反應,并生成多晶硅。剩余部分同Н2,НС1,SiНС13,SiC14從反應容器中分離。這些混合物進行低溫分離,或再利用,或返回到整個反應中。氣態混合物的分離是復雜的、耗能量大的,從某種程度上決定了多晶硅的成本和該3工藝的競爭力。

來源:電子發燒友

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