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一、多晶硅生产工艺综述
从大的类别来讲,硅提纯技术可以简单的划分为化学法和物理法,分别以改良西门子法和物理法为代表,还有其他的通过部分环节的改进、优化和调整产生的变异的提纯工艺。
其中化学提纯方法主要有西门子法(气相沉淀反应法)、甲硅烷热分解法、流态化床法,而物理提纯方法主要有区域熔化提纯法(FZ)、直拉单晶法(CZ)、定向凝固多晶硅锭法(铸造法)。
图1是西门子公司的代表在2008年12月份在上海举行的《2008国际太阳级多晶硅会议》上展示的。从这幅图片看出,无论是半导体还是光伏应用,现在世界上75%的多晶硅都是采用这种工艺生产的。如果考虑到循环流化床法其实也只不过是西门子法的改进,而锌还原法和硅烷法都是西门子法的变种,那么可以看到,在2005年,UMG的产量可以说为零,但到2010年,西门子法的份额从91%退到了75%,而物理法(MG-SOG),则从零增加到了11%的份额。
图1:各种不同的工艺在2005年和2010年所占的比例
UMG:upgraded metallurgic grade;
MG-SoG:Metallurgic Grade to Solar Grade
二、主要硅提纯工艺分别介绍
1 改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法
改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢(或外购氯化氢),氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅,然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯,提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。
国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。
2 流化床法——硅烷法——硅烷热分解法
硅烷(SiH4)是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。以前只有日本小松掌握此技术,由于发生过严重的爆炸事故后,没有继续扩大生产。但美国Asimi和SGS公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。
以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内(沸腾床)高温高压下生成三氯氢硅,将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅,继而生成硅烷气。
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