多晶硅生产的3个方法

多晶硅生产的3个方法

多晶硅是光伏和半导体产业的重要原材料，其生产技术的发展对整个行业具有重要影响。目前，多晶硅生产主要有三种主流方法：改良西门子法、硅烷法和硅烷流化床法。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

改良西门子法首先制备得到SiHCl3，然后氢气将SiHCl3还原得到高纯度的多晶硅。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。

改良西门子法是最主要的生产多晶硅方法，其产能占总量的70%-80%。其制备的多晶硅纯度较高，可用于CZ/FZ制备；沉积速率（8～10μm/min）与转换效率（5%～20%）最高。

由于改良西门子法是在1100℃的温度下沉积，电力成本是整个工艺的最大成本，还原电耗120 kWh/kg。

硅烷法

硅烷生产和热解的多晶硅生产技术是在20世纪60年代后期建立起来的，它可以在较低的温度下沉积多晶硅。由于硅烷法的分解不会引起任何化学腐蚀问题，所得到的多晶硅较少受到通过化学传输过程的金属的污染，能生产更高纯度的多晶硅。

硅烷法与改良西门子法接近，不同点为该方法中间产物为SiH4。主要是先制备得到SiH4，然后热分解生产纯度较高的棒状多晶硅。

硅烷法生产成本高、安全性差。整个过程需要反复加热冷却，能耗较高，SiH4分解时在反应室内形成硅粉尘损失可达10%以上，沉积速率（3～8μm/min），目前的应用较少。

硅烷流化床法

硅烷流化床法用于粒状多晶硅沉积，是一个显著不同的过程。该方法也需先制备得到SiH4，微小的硅颗粒在硅烷和氢混合物中流化，多晶硅沉积形成自由流动的球形颗粒，平均直径为700微米，大小分布为100-1500微米。

由于颗粒状多晶硅的比表面积较大，流化床反应器的效率远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加大单晶生产的效率。

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。

硅烷流化床法生产能耗大幅降低、成本低。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%。具有未来代替改良西门子法的潜力，但其目前在产品纯度、壁面沉积等方面仍存在一定的技术难题。

以上三种方法均可生产EG硅及SOG硅的生产。但对于SOG硅，为了生产成本的降低，还出现并发展了冶金法、气相沉积法、无氯技术、碳热还原反应法、铝热还原法、无氯技术等多种新型SOG硅生产提纯技术。