关于多晶硅生产工艺流程的简单介绍

2020-12-30 13:54:04 来源:

 

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著、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↑

2)为了满足高纯度的需要,必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中,生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)

其化学反应Si+HCl→SiHCl3+H2↑

反应温度为300度,该反应是放热的。同时形成气态混合物(Н2,НС1,SiНС13,SiC14,Si)

3)第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯,需要分解:过滤硅粉,冷凝SiНС13,SiC14,而气态Н2,НС1返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiНС13,SiC14,净化三氯氢硅(多级精馏)。

4)净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺,以高纯的SiHCl3H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。

其化学反应SiHCl3+H2→Si+HCl

多晶硅的反应容器为密封的,用电加热硅池硅棒(直径5-10毫米,长度1.5-2米,数量80根),在1050-1100度在棒上生长多晶硅,直径可达到150-200毫米。

这样大约三分之一的三氯氢硅发生反应,并生成多晶硅。剩余部分同Н2,НС1,SiНС13,SiC14从反应容器中分离。这些混合物进行低温分离,或再利用,或返回到整个反应中。气态混合物的分离是复杂的、耗能量大的,从某种程度上决定了多晶硅的成本和该3工艺的竞争力。

来源:电子发烧友

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