微信客服
微信公眾號
一、西門子法——中國多晶硅技術的零的突破。
1955年，德國西門子開發出以氫氣(H2)還原高純度三氯氫硅(SiHCl3)，在加熱到1100℃左右的硅芯(也稱“硅棒”)上沉積多晶硅的生產工藝；1957年，這種多晶硅生產工藝開始應用于工業化生產，被外界稱為“西門子法”。而我國的多晶硅研究開始于1957年，國家在京設立代號為“338”的研究室。專門從事硅研究。次年，該室用鋅還原法獲得多晶硅—中國人首次有了自己的硅。1964 年，為配合“三線建設”，“338”內遷峨眉后改稱峨眉半導體材料廠(研究所)。這也說明了我國的技術知識稍微落后于最先進技術。而峨半廠采用了產研結合，在國家的大力支持下，于1958年成功的打破了國外的封鎖，實現了中國多晶硅產業零的突破，在隨后的日子里峨半廠繼續為了國防做出著貢獻。但是傳統西門子工藝生產的多晶硅，不僅在數量、質量、品種和價格上不能滿足電子信息產業發展的需要，而且能耗高、物耗高、生產成本高以及對環境污染嚴重，無法擴大生產，致使我國多晶硅生產逐年萎縮瀕臨消亡。由于半導體多晶硅在國民經濟和國防軍工領域的重要性，國家投入大量人力和財力，試圖引進國外先進的多晶硅生產技術，但都未能如愿。這時任務又落在了峨半人的手中。通過采訪我們發現，1997年峨半人成功的推出了改良西門子法。
二、峨半人的結晶——改良西門子法
科研人員給我們提供的資料告訴我們，改良西門子法即在西門子法的基礎上增加了尾氣回收和四氯化硅氫化工藝，實現了生產過程的閉路循環，既可以避免劇毒副產品直接排放污染環境，又實現了原料的循環利用、大大降低了生產成本(針對單次轉化率低)。因此，改良西門子法又被稱為“閉環西門子法”。
改良西門子法一直是多晶硅生產最主要的工藝方法，目前全世界有超過85%的多晶硅是采用改良西門子法生產的。過去很長一段時間改良西門子法主要用來生產半導體行業電子級多晶硅(純度在99.9999999%～99.999999999%，即9N～11N的多晶硅)；改良西門子法是一種化學方法，首先利用冶金硅(純度要求在99.5%以上)與氯化氫(HCl)合成產生便于提純的三氯氫硅氣體(SiHCl3，下文簡稱TCS)，然后將TCS精餾提純，最后通過還原反應和化學氣相沉積(CVD)將高純度的TCS轉化為高純度的多晶硅。
在TCS還原為多晶硅的過程中，會有大量的劇毒副產品四氯化硅(SiCl4，下文簡稱STC)生成。改良西門子法通過尾氣回收系統將還原反應的尾氣回收、分離后，把回收的STC送到氫化反應環節將其轉化為TCS，并與尾氣中分離出來的TCS一起送入精餾提純系統循環利用，尾氣中分離出來的氫氣被送回還原爐，氯化氫被送回TCS合成裝置，均實現了閉路循環利用。這是改良西門子法和傳統西門子法最大的區別。
光伏市場興起之后，太陽能級多晶硅(對純度的要求低于電子級)的產量迅速上升并大大超過了電子級多晶硅，改良西門法也成為太陽能級多晶硅最主要的生產方法。CVD還原反應(將高純度TCS還原為高純度多晶硅)是改良西門子法多晶硅生產工藝中能耗最高和最關鍵的一個環節，CVD工藝的改良是多晶硅生產成本下降的一項重要驅動力。
我們走在了繁雜的管道旁，原車間工人向我們介紹了當年的儲存罐，運輸道，及多晶硅改良西門子法的現在處境，他表示雖然現在的新技術很多，雖然改良西門子主要是用于生產電子能級的多晶硅，但是太陽能級的多晶硅在國內主要也是靠這個技術，但是這個技術也是有改進的地方。通過我們查閱《有色金屬冶煉原理這本書》，我們繼續了解到可以從多個角度去減少成本或者增加產量，提高質量。
三、改良西門子法的二次改良
氫化合成工藝：冷氫化可降低能耗，提高三氯氫硅利用率。
由于東氣峨半等企業在SiHCl3氫化合成工藝采用的是熱氫化工藝，還有一種方法是冷氫化工藝，我們也結合資料比較了這兩種工藝的能耗等特點。
而這里書中也主要提到了冷氫化的特點。
冷氫化工藝主要的反應方程為：
（1）SiCl4+ H2+ Si SiHCl3（吸熱反應）
（2）Si + HCl SiHCl3 + H2（放熱反應）
冷氫化合成反應溫度為550ºC，由于在反應器中同時發生（1）（2）兩種主要反應，（2）釋放出的熱量可以被（1）吸收利用，其反應熱利用率較高，因此冷氫化工藝綜合電耗僅為1.0-1.2 kwh/kg。其一次SiHCl3合成效率比熱氫化工藝高，達到25%。目前已能夠建造可供5000噸多晶硅生產的單個流化床系統，這是冷氫化技術相比熱氫化技術最顯著的優勢所在。
但由于冷氫化反應需要在高壓條件（3MPa）下進行，且涉及固相與氣相之間流化反應，中溫高壓條件對設備（流化床）的要求較高。而在實際運行過程中，固體原料（Si粉及金屬催化劑）連續加料以及固體粉塵污染等問題更是十分突出，對于連續生產與設備維修都帶來了很大困難。據報道，國內冷氫化設備實際運行率在60%以下，與國際平均90%的水平相差甚遠。
分解還原工藝：流化床將大幅度降低能耗。
東氣峨半等國內企業大多數使用的是鐘罩式還原工藝，但是這種方式的耗能很多，在數量較少的電子能級多晶硅時，東氣峨半等企業還能勉強進行，但是太陽能級動則幾百噸，鐘罩式還原工藝已經不能滿足條件，國外已經開始使用了流化床還原工藝。我們同樣通過表格來進行介紹。
流化床：能耗低，加熱不均勻、尾氣排放、爐壁沉積是技術難點
1955年，德國西門子開發出以氫氣(H2)還原高純度三氯氫硅(SiHCl3)，在加熱到1100℃左右的硅芯(也稱“硅棒”)上沉積多晶硅的生產工藝；1957年，這種多晶硅生產工藝開始應用于工業化生產，被外界稱為“西門子法”。而我國的多晶硅研究開始于1957年，國家在京設立代號為“338”的研究室。專門從事硅研究。次年，該室用鋅還原法獲得多晶硅—中國人首次有了自己的硅。1964 年，為配合“三線建設”，“338”內遷峨眉后改稱峨眉半導體材料廠(研究所)。這也說明了我國的技術知識稍微落后于最先進技術。而峨半廠采用了產研結合，在國家的大力支持下，于1958年成功的打破了國外的封鎖，實現了中國多晶硅產業零的突破，在隨后的日子里峨半廠繼續為了國防做出著貢獻。但是傳統西門子工藝生產的多晶硅，不僅在數量、質量、品種和價格上不能滿足電子信息產業發展的需要，而且能耗高、物耗高、生產成本高以及對環境污染嚴重，無法擴大生產，致使我國多晶硅生產逐年萎縮瀕臨消亡。由于半導體多晶硅在國民經濟和國防軍工領域的重要性，國家投入大量人力和財力，試圖引進國外先進的多晶硅生產技術，但都未能如愿。這時任務又落在了峨半人的手中。通過采訪我們發現，1997年峨半人成功的推出了改良西門子法。
二、峨半人的結晶——改良西門子法
科研人員給我們提供的資料告訴我們，改良西門子法即在西門子法的基礎上增加了尾氣回收和四氯化硅氫化工藝，實現了生產過程的閉路循環，既可以避免劇毒副產品直接排放污染環境，又實現了原料的循環利用、大大降低了生產成本(針對單次轉化率低)。因此，改良西門子法又被稱為“閉環西門子法”。
改良西門子法一直是多晶硅生產最主要的工藝方法，目前全世界有超過85%的多晶硅是采用改良西門子法生產的。過去很長一段時間改良西門子法主要用來生產半導體行業電子級多晶硅(純度在99.9999999%～99.999999999%，即9N～11N的多晶硅)；改良西門子法是一種化學方法，首先利用冶金硅(純度要求在99.5%以上)與氯化氫(HCl)合成產生便于提純的三氯氫硅氣體(SiHCl3，下文簡稱TCS)，然后將TCS精餾提純，最后通過還原反應和化學氣相沉積(CVD)將高純度的TCS轉化為高純度的多晶硅。
在TCS還原為多晶硅的過程中，會有大量的劇毒副產品四氯化硅(SiCl4，下文簡稱STC)生成。改良西門子法通過尾氣回收系統將還原反應的尾氣回收、分離后，把回收的STC送到氫化反應環節將其轉化為TCS，并與尾氣中分離出來的TCS一起送入精餾提純系統循環利用，尾氣中分離出來的氫氣被送回還原爐，氯化氫被送回TCS合成裝置，均實現了閉路循環利用。這是改良西門子法和傳統西門子法最大的區別。
光伏市場興起之后，太陽能級多晶硅(對純度的要求低于電子級)的產量迅速上升并大大超過了電子級多晶硅，改良西門法也成為太陽能級多晶硅最主要的生產方法。CVD還原反應(將高純度TCS還原為高純度多晶硅)是改良西門子法多晶硅生產工藝中能耗最高和最關鍵的一個環節，CVD工藝的改良是多晶硅生產成本下降的一項重要驅動力。
我們走在了繁雜的管道旁，原車間工人向我們介紹了當年的儲存罐，運輸道，及多晶硅改良西門子法的現在處境，他表示雖然現在的新技術很多，雖然改良西門子主要是用于生產電子能級的多晶硅，但是太陽能級的多晶硅在國內主要也是靠這個技術，但是這個技術也是有改進的地方。通過我們查閱《有色金屬冶煉原理這本書》，我們繼續了解到可以從多個角度去減少成本或者增加產量，提高質量。
三、改良西門子法的二次改良
氫化合成工藝：冷氫化可降低能耗，提高三氯氫硅利用率。
由于東氣峨半等企業在SiHCl3氫化合成工藝采用的是熱氫化工藝，還有一種方法是冷氫化工藝，我們也結合資料比較了這兩種工藝的能耗等特點。
而這里書中也主要提到了冷氫化的特點。
冷氫化工藝主要的反應方程為：
（1）SiCl4+ H2+ Si SiHCl3（吸熱反應）
（2）Si + HCl SiHCl3 + H2（放熱反應）
冷氫化合成反應溫度為550ºC，由于在反應器中同時發生（1）（2）兩種主要反應，（2）釋放出的熱量可以被（1）吸收利用，其反應熱利用率較高，因此冷氫化工藝綜合電耗僅為1.0-1.2 kwh/kg。其一次SiHCl3合成效率比熱氫化工藝高，達到25%。目前已能夠建造可供5000噸多晶硅生產的單個流化床系統，這是冷氫化技術相比熱氫化技術最顯著的優勢所在。
但由于冷氫化反應需要在高壓條件（3MPa）下進行，且涉及固相與氣相之間流化反應，中溫高壓條件對設備（流化床）的要求較高。而在實際運行過程中，固體原料（Si粉及金屬催化劑）連續加料以及固體粉塵污染等問題更是十分突出，對于連續生產與設備維修都帶來了很大困難。據報道，國內冷氫化設備實際運行率在60%以下，與國際平均90%的水平相差甚遠。
分解還原工藝：流化床將大幅度降低能耗。
東氣峨半等國內企業大多數使用的是鐘罩式還原工藝，但是這種方式的耗能很多，在數量較少的電子能級多晶硅時，東氣峨半等企業還能勉強進行，但是太陽能級動則幾百噸，鐘罩式還原工藝已經不能滿足條件，國外已經開始使用了流化床還原工藝。我們同樣通過表格來進行介紹。
流化床：能耗低，加熱不均勻、尾氣排放、爐壁沉積是技術難點
0 條