多晶硅生产的3个方法

多晶硅生产的3个方法

多晶硅是光伏产业和半导体产业的重要原材料，其生产方法直接影响到最终产品的质量和成本。目前，工业上主要采用改良西门子法、硅烷法和硅烷流化床法来生产高纯度的多晶硅。本文将详细介绍这三种方法的工艺流程、特点和优缺点。

改良西门子法

改良西门子法是目前最主要的多晶硅生产方法，其产能占总量的70%-80%。该方法首先制备得到SiHCl3，然后通过氢气还原得到高纯度的多晶硅。具体工艺包括五个主要环节：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。

改良西门子法制备的多晶硅纯度较高，可用于CZ（直拉法）或FZ（浮区法）制备单晶硅。其沉积速率在8～10μm/min之间，转换效率可达5%～20%。然而，由于该方法需要在1100℃的高温下进行反应，电力成本成为整个工艺的最大成本，还原电耗高达120 kWh/kg。

硅烷法

硅烷法是在20世纪60年代后期发展起来的多晶硅生产技术，它可以在较低的温度下进行多晶硅的沉积。硅烷法与改良西门子法的主要区别在于中间产物不同，硅烷法使用SiH4作为中间产物。

硅烷法的优点是分解过程不会引起化学腐蚀问题，因此得到的多晶硅纯度更高，且较少受到金属污染。然而，硅烷法也存在一些明显的缺点：生产成本高、安全性差，整个过程需要反复加热冷却，能耗较高。此外，SiH4分解时在反应室内形成的硅粉尘损失可达10%以上，沉积速率也较低，仅为3～8μm/min。因此，目前硅烷法的应用相对较少。

硅烷流化床法

硅烷流化床法主要用于粒状多晶硅的沉积，是一个与传统棒式反应器显著不同的工艺。该方法同样需要先制备得到SiH4，但随后的工艺是将微小的硅颗粒在硅烷和氢混合物中流化，通过多晶硅的沉积形成自由流动的球形颗粒，平均直径为700微米，大小分布范围为100-1500微米。

由于颗粒状多晶硅具有较大的比表面积，流化床反应器的效率远高于传统的西门子棒式反应器。此外，颗粒状多晶硅的自由流动形式和高体积密度可以提高单晶生产的效率。在直拉法晶体生长过程中，坩埚可以快速而容易地填充，这比块状多晶硅料块的堆叠更充分，也为目前的连续加料技术的应用提供更方便的原料，极大推动了单晶硅生产的产能利用。

硅烷流化床法具有显著的能耗优势，分解温度低，分解率高，副反应少，流化床电耗仅为改良西门子法的10%~20%。因此，该方法具有未来替代改良西门子法的潜力。然而，目前硅烷流化床法在产品纯度、壁面沉积等方面仍存在一定的技术难题。

以上三种方法均可用于生产电子级（EG硅）和太阳能级（SOG硅）的多晶硅。但对于SOG硅，为了进一步降低生产成本，还发展了冶金法、气相沉积法、无氯技术、碳热还原反应法、铝热还原法等多种新型生产提纯技术。