陈文岳
新特能源股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830011
摘要：改良西门子法生产多晶硅是当前较为普及、技术熟练度最高、扩充速度最迅速的技术。本文将阐述改良西门子法多晶硅生产技术进展，力图使改良西门子法多晶硅生产技术持续创新，并提升多晶硅生产效率。
关键词：改良；西门子法；多晶硅；生产技术
多晶硅是硅生产领域内的一种中间商品，是制造硅抛光片、太阳能电池和高纯硅商品的重要材料，是信息领域以及新能源领域最主要的生产材料。伴随世界信息技术的飞速发展，对半导体硅的需要量正不断上升，全球半导体硅需要量以每一年20 %的速度增加。尤其是在经济危机之前，全球和我国的多晶硅需要量正在急遽增长。依照有关专家的推测，我国对电子信息领域的贡献会越来越大；多晶硅的需要量也会逐渐攀升，中国政府也已将多晶硅生产技术的改良当做科技强国的跳板。
一、改良西门子法一闭环式三氯氢硅氢还原法
20世纪50年代，西门子公司研发了运用氢气还原三氯硅烷硅芯发热体上沉积硅的先进技术，并于1957年实施了规模化生产，这就叫做西门子法。在运用西门子法的前提下，通过添加还原尾气干法回收系统、ＳｉＣｌ4氢化技术，达成了闭路循环，这就是改良西门子法的一种——闭环式ＳｉＨＣｌ3氢还原法。
改良西门子法是运用Cl?与H2来合成HCl（或从外部购买HCl），HCl与粗硅在极高的温度下合成三氯氢硅，之后对三氯氢硅进行纯度提取，再通过多级精馏，使它的纯度在99%，其中金属杂质含量降低到0.1×10-9之下，提纯精馏之后的三氯氢硅在氢还原炉中利用化学气相沉淀法制造高纯度的多晶硅。国际国内目前的多晶硅生产厂家大多数采取该法来制造太阳能级与电子级多晶硅。
二、硅烷法—硅烷热分解法
20世纪50年代，英国标准电讯实验所研究并开发了硅烷热分解技术，即硅烷法。硅烷法以硅氟氢酸、Na、铝、H2为关键辅助原料，通过四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等办法制作，之后将制备的硅烷气进行纯度的提取，并在热分解炉产出高纯度的棒形多晶硅。
目前，仅有日本小松对这类技术有一定的掌控能力，但是因为多次重大爆炸事故的产生，并未普及使用。然而，美国的Asimi以及SGS公司依然采取硅烷气热分解生产纯度很高的电子级多晶硅商品。
三、流化床法
流化床法是美国联合碳化合物企业早先研制的多晶硅制备技术。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该种办法是以SiCl4、H2、HCl、金属硅为材料在流化床中（温度高、压力高的环境）生产硅氯仿，将生产出的硅氯仿在进行歧化加氢反应制成二氯二氢硅，进而得到硅烷气。制备出的硅烷气进入到添加了小颗粒硅粉的流化床反应炉中，并产生热分解反应，产出颗粒性状的多晶硅商品。
由于在流化床反应炉中参加反应的硅表面积较大，生产质量好、电力消耗与成本适中，适合批量生产太阳能级多晶硅；它仅有的缺陷是安全系数低，容易发生事故；并且，商品纯度不理想，然而却能够迎合太阳能电池生产的的需求。
流化床法可用于生产成本较低的太阳能级多晶硅。当前使用这种办法生产颗粒状多晶硅的企业是：挪威REC、德国Wacker、美国Hemlock与MEMC等。
四、太阳能级多晶硅新技术
伴随技术的日新月异，近些年还出现了几类生产太阳能级多晶硅的新技术，包括：冶金法从金属硅中制备高纯度硅、高纯度SiO2直接制备、熔融析出法、还原或热分解技术、无氯工艺技术、AL-Si熔体低温制造太阳能级硅、熔盐电解法等等。然而这部分技术并未普及起来。即便是开始工业化的改良西门子法、以及改良西门子法中的硅烷法、流化床法，也仅仅在美国、日本和德国较为普及，并在很少的厂房里生产，三国的商品市场占有量超过九成。
五、改良西门子法中的氯硅烷分解和提纯
经过三氯氢硅合成工艺合成，经过合成气干法分解工艺分解出的氯硅烷液体送进氯硅烷储存工艺的原料氯硅烷储槽；在三氯氢硅还原工艺生成，通过还原尾气干法分解工艺分解出的氯硅烷液体送进氯硅烷储存工序的还原氯硅烷储槽；在四氯化硅氢化工序生成，通过氢化气干法分解出的四氯化硅氢化液体送进四氯化硅氢化储存工序的氢化氯硅烷储槽。
原料氯硅烷液体、还原氯硅烷液体与氢化氯硅烷液体都用泵抽取出来，送进氯硅烷分解提纯工序的相异精馏塔里。每个精馏塔的功能不尽相同，通常为1#除去低沸物；2#除去金属、非金属杂质以及SiCl4。
六、结束语
多晶硅领域是一类发展历史较短但同时具备无线潜能的领域。全球的多晶硅生产技术已经开始快速并稳定发展，绝大多数的厂商都开始意识到改良西门子法技术的重要性，达到了生产流程的闭路循环生产状态。伴随多晶硅的需要量的急剧攀升，国内多晶硅项目也正在持续构建。笔者认为：国内的多晶硅项目构建必须谨慎，不能只注重短期利益而忽视长远发展，应往科技化、规模化的方向发展。如此，既能满足市场需要，又能走出一条具有我国特色的多晶硅生产道路。
参考文献：
[1]梁志武，陶升东，符开云等.西门子法生产多晶硅还原过程节能降耗的模拟优化[J].化学工程，2014，（7）：1-5，16.
[2]刘刚，秦榕，刘生章等.改良西门子法生产多晶硅精馏工艺的改进[J].有色金属（冶炼部分），2013，（9）：56-59.
[3]康普辉，姜福泉.可燃及有毒有害气体检测系统在多晶硅生产中的应用[J].化工自动化及仪表，2013，40（6）：725-727.
[4]马卓煌，宋东明，陈丽娟等.改良西门子法热氢化反应模拟及工艺参数优化[J].氯碱工业，2013，49（6）：26-28，30.
论文作者:陈文岳
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期供稿
论文发表时间:2015/12/8
标签：硅烷论文; 多晶硅论文; 氢化论文; 分解论文; 流化床论文; 能级论文; 精馏论文; 《基层建设》2015年17期供稿论文;