(新版)多晶硅生产工艺课件

多晶硅生产工艺多晶硅生产工艺多晶硅生产工艺1硅材料概述硅材料概述硅材料元素含量丰富、化学稳定性好、无环境污染，又具有良好的半导体材料的特性。硅材料有单晶硅、多晶硅和非晶硅。多晶硅是制备单晶硅、铸造多晶硅的原料，也是半导体和太阳能光伏产业的物质基础。硅材料是最重要且应用最广泛的元素半导体。硅材料概述硅材料元素含量丰富、化学稳定性好、无环境污染，硅材2硅材料物化参数硅材料物化参数色泽；晶体钢灰色，无定型为黑色 密度2.4gcm，熔点1420，沸点3415 晶体硅属于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质物理性质物理性质硅石化学性质比较活泼，高温下能与氧气等多种元素化和，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液，用于制造合金如钢铁、硅钢等，单晶硅用于制造大功率晶体管、整流管、太阳能电池等。硅的用途；1.高纯的单晶硅是重要的半导体。2.金属陶瓷、宇宙航天材料。3.光导纤维通信，最新的的现代通信手段。4.性能优异的硅有机化合物。硅材料物化参数物理性质硅石化学性质比较活泼，高温下能与氧气等3多晶硅相关产业链多晶硅相关产业链多晶硅相关产业链4多晶硅主要生产技术路线介绍多晶硅主要生产技术路线介绍（改良）西门子法（改良）西门子法三氯氢硅氢还原法三氯氢硅氢还原法硅硅 烷烷 法法硅烷热分解法硅烷热分解法 流化床法流化床法正在研究中正在研究中多晶硅主要生产技术路线介绍（改良）西门子法三氯氢硅氢还原5改良西门子法工艺流程改良西门子法工艺流程改良西门子法工艺流程6西门子法生产多晶硅主要工序西门子法生产多晶硅主要工序原料气的制备（H2、HCl）三氯氢硅的合成三氯氢硅的精制提纯三氯氢硅的加氢还原四氯氢硅的氢化分离净化炉中尾气（H2、HCl、SiHCl3、SiCl4）多晶硅的破碎、净化、包装等后续处理西门子法生产多晶硅主要工序原料气的制备（H2、HCl）7 粗 硅 制 备 SiO2 +2 C SiC +2 CO 2SiC +SiO2 3Si +2CO 原料硅有石英砂（二氧化硅）在电炉中用碳还原 反应温度1600 1800含杂质 Fe、Al、C、B、P 等。其中Fe含量最大纯度34个9 粗 硅 制 备 SiO2 +2 C 8粗粗 硅硅 提提 纯纯 方方 法法 酸酸 浸浸 法法多数杂质（Fe、Al、B、C、P、Cu等）离析在晶粒周围，呈硅化物或硅酸盐状态，一般可以用酸洗溶解，而硅不溶。常用酸：HCl、HNO3、HF 王水以及不同组合的酸，在酸中加入Fe3+，加速溶解升高温度，采用小粒硅粉，对提纯有利粗 硅 提 纯 方 法 酸 浸 法多数杂质（Fe、Al、B9原料气原料气 的制备的制备氢气和氧气在电解槽经电解盐水溶液制得 反应式 2H2O=2H2 +O2 净化流程：氢气（来在反应）冷却 分离液体 催化（活性铜）除氧 吸附干燥器 氢气储液罐氧气经冷却、分离液体、送入氧气贮罐氯化氢的合成工序 氯气（液氯汽化）+氢气 合成炉 空气冷凝器 水冷却器 深冷却器 雾沫冷却器 储罐 送往三氯氢硅合成工序 原料气 的制备氢气和氧气在电解槽经电解盐水溶液制得 10 三氯氢硅的合成三氯氢硅的合成工业硅与无水氯化氢在300，0.45MPa，和混合有Cu5硅合金在流化床反应器中发生反应，生成拟溶解的三氯氢硅。其反应式 Si+3 HCl SiHCl3+H2同时形成气态混合物 H2、SiCl4、HCl、Si、SiHCl3，此混合气体被称为三氯氢硅合成气。经三级旋风除尘器（除去未反应的硅粉）送入 湿法除尘系统（洗涤液四氯化硅）除去气体中 细小硅尘、通湿氢气与气体接触，使其中金属 氧化物发生水解而被除去，送往合成气干法分 离工序。三氯氢硅的合成工业硅与无水氯化氢在300，0.45MP11三氯氢硅的还原沉淀三氯氢硅的还原沉淀精制的三氯氢硅被热水加热汽化在汽化器和来自循环氢气混合发生反应氢化反应同时还生成二氯二氢硅、四氯氢硅、氯化氢和氢气。未反应的三氯氢硅和氢气一起送出还原炉，经还原尾气冷却器用循环水冷却水冷却后，送往还原尾气干法分离工序。净化后的 三氯氢硅采用高温还原工艺，高纯度的SiHCl3在H2气氛中还原沉淀生成多晶硅。其反应式：SiHCl3+H2=Si+2HCl多晶硅反应器是密闭的，用电加热硅池硅棒，在1050 1100的硅棒上生长。三氯氢硅的还原沉淀精制的三氯氢硅被热水加热汽化在汽化器和来自12还原尾气干法分离还原尾气干法分离来自还原来自还原炉的尾气炉的尾气换换热热器器脱氧换热器脱氧换热器（钯催化）（钯催化）水水压压缩缩机机冷凝器冷凝器分分馏馏塔塔精精馏馏塔塔送往送往SiCl4氢化工序氢化工序返回还原炉制返回还原炉制备多晶硅备多晶硅SiHCl3分分离离柱柱氢气氢气氯化氢精制氯化氢精制还原尾气干法分离来自还原炉的尾气换热器脱氧换热器（钯催化）水13四氯化硅氢化工序四氯化硅氢化工序经干法分离提纯工序精制的四氯化硅送入本工序汽化器，与被热水加热的循环氢气形成混合器气体进入氢化炉内，在通电的电极表面发生反应。反应式 SiCl4+H2=SiHCl3+HCl 反应生成的混合气体送往氢化干法分离工序 从四氯化硅氢化工序来的氢化气与 三氯氢硅合成的干法分离工序类似，被 分离成氯硅化物液体、氢气和氯化氢气体，分别循环装置使用。四氯化硅氢化工序经干法分离提纯工序精制的四氯化硅送入本工序汽14 西门子生产工艺经过数十年的发展，几经改造，产能规模、自动化控制水平有了很大提高，生产成本不断降低，其关键技术也有敞开生产发展到闭式循环。实践证明，三氯氢硅生产多晶硅，具有相对安全性相对良好、沉积速率和一次转化率较高，产品纯度较高，同时可适于连续稳定运行等优点，所以成为高纯度多晶硅生产的首选生产技术。世界上主要的多晶硅工厂和我国多晶硅项目均采用了西门子法。西门子生产工艺经过数十年的发展，几经改造，产能15硅烷法硅烷法硅烷热分解法硅烷热分解法硅烷 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，反应如下；硅烷气提纯后再热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。硅烷法也有废料，也是氯化物的提纯，且工艺难度大，安全要求高，每一步都有转化率，投资更大，使得硅烷法尚不能取代西门子法。硅烷法硅烷热分解法16流化床法流化床法以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内高温高压下生成三氯氢硅，在将三氯氢硅进一步歧化加氢声场二氯二氢硅，继而生成硅烷气。制的的硅烷气通入加入小颗粒硅粉的流化床内进行连续热热分解，生成大颗粒多晶硅产品。在流化床内参与反应的硅面积大，生产效率 高，电耗低与与成本低，适用于大规模生产 太阳能多晶硅 安全性差，危害性大，产品纯度不高缺点优点流化床法以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内高温17流化床法流化床法制备粒状硅制备粒状硅难点；如何降低低硅粉的玷污，炉内反应温度的均衡控制，耐腐蚀、耐高温炉体材料的选择，防止和控制炉壁上的沉积硅，气体和硅粉流速的均匀分布控制，控制生长硅粒的尺寸和减少细硅粉的生成。流化床法是研究的热点，对此抱有很大的希望。多晶硅生产视频多晶硅生产视频H:多晶硅生产过程多晶硅生产过程.flv流化床法制备粒状硅难点；如何降低低硅粉的玷污，炉内反应温度18多晶硅尾气回收的方法分析多晶硅尾气回收的方法分析 主要采用水吸收工艺，将未处理的尾气通入洗淋塔，用大量的水吸收，HCl溶解于水，SiHCl3等硅氯化物水解生成SiO2和HCl，盐酸经NaOH中和后，达指标排放。氢气干燥脱水后返回设备工序循环。该法优点；工艺简单，技术成熟，投资少。缺点；没有对HCl和H2进行2次利用，源流消耗高，三费量大。湿法处理湿法处理开路系统开路系统多晶硅尾气回收的方法分析 主要采用水吸收工艺，将未处理的尾19同时西门子法的尾气处理还依赖于吸附技术吸附原理：利用尾气各组分分沸点的差异、溶解度的差异和在吸附剂上附着能力的差异将各组分完全分离。常用的吸附方法：冷凝吸附法 变压吸附法 变温吸附法干法处理干法处理在西门子法中广泛法应用在西门子法中广泛法应用闭闭 路路 循循 环环系系 统统同时西门子法的尾气处理还依赖于吸附技术吸附原理：利用尾气各20 Thank you!Thank you!21