什么是多晶硅？

多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，熔融的單質(zhì)硅在過(guò)冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，若這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，這些晶粒結(jié)合起來(lái)，就結(jié)晶成多晶硅。

多晶硅是用冶金級(jí)硅粉通過(guò)化學(xué)、物理途徑提純制得。多晶硅按純度分類可以分為太陽(yáng)能級(jí)多晶硅和電子級(jí)多晶硅。前者是生產(chǎn)太陽(yáng)能光伏電池的基礎(chǔ)材料；后者主要用于半導(dǎo)體工業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)。我國(guó)的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)難度大、投資成本高，發(fā)展相當(dāng)緩慢，所需的電子級(jí)多晶硅大部分依賴進(jìn)口。

多晶硅生產(chǎn)工藝？

1、改良西門子法

改良西門子法是一種化學(xué)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(chǎn)生便于提純的三氯氫硅氣體（SiHCl3，下文簡(jiǎn)稱TCS），然后將 TCS 精餾提純，最后通過(guò)還原反應(yīng)和化學(xué)氣相沉積（CVD）將高純度的TCS轉(zhuǎn)化為高純度的多晶硅，還原后產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行干法回收，實(shí)現(xiàn)了氫氣和氯硅烷閉路循環(huán)利用。
改良西門子法包括五個(gè)主要環(huán)節(jié)：即 SiHCl3合成、SiHCl3精餾提純、SiHCl3的氫還原、尾氣的回收和SiCl4的氫化分離。

改良西門子法是目前生產(chǎn)多晶硅最為成熟、最容易擴(kuò)建的工藝；目前，全球80%以上的多晶硅企業(yè)采用改良西門子法（閉環(huán)式三氯氫硅還原法）生產(chǎn)多晶硅，該法生產(chǎn)電子級(jí)多晶硅具有一定的優(yōu)勢(shì)，其沉積速率較快，安全性能較好，但是相比硅烷法（SiH4分解法）具有能耗高、副產(chǎn)品量較高、投資成本大等缺點(diǎn)。

2、硅烷法

硅烷法制備多晶硅主要技術(shù)是將冶金級(jí)硅粉與四氯化硅和氫氣轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，再將三氯氫硅通過(guò)精餾工序提純及歧化反應(yīng)，生成電子級(jí)硅烷氣送至多晶硅反應(yīng)器，通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)生長(zhǎng)成多晶態(tài)硅棒。
硅烷法是利用硅烷熱分解的方法制備多晶硅，反應(yīng)溫度低，原料氣體硅烷易提純，雜質(zhì)含量可以得到嚴(yán)格的控制。

3、冶金法

冶金法又稱物理冶金法，是指應(yīng)用冶金技術(shù)方法提純冶金級(jí)硅的過(guò)程，主要是以工業(yè)硅為原料，采用濕法冶金、真空熔煉、氧化精煉、定向凝固、特種場(chǎng)熔煉等技術(shù)組合而制備多晶硅的方法。
冶金法的特點(diǎn)是在提純過(guò)程中硅不參與任何化學(xué)反應(yīng)，依靠硅與雜質(zhì)物理性質(zhì)的差異，通過(guò)冶金熔煉的方法將雜質(zhì)去除，從而獲得滿足太陽(yáng)能電池性能需求的多晶硅。冶金法是近年來(lái)正在發(fā)展的一種低成本、低能耗和環(huán)境友好的多晶硅制備的新技術(shù)。

4、流化床法

流化床法制造多晶硅需要用到流化床反應(yīng)器，具體反應(yīng)過(guò)程如下：將SiHCl3和H2由底部注入到流化床反應(yīng)裝置中，在加熱器和預(yù)熱氣體的雙重作用下把床層溫度提高到反應(yīng)所需溫度。硅烷氣體通過(guò)被加熱的硅顆粒床層時(shí)分解生成硅和氫氣，硅在硅顆粒表面沉積，硅顆粒長(zhǎng)大到一定尺寸后形成產(chǎn)品，從反應(yīng)器底部取出。在流化床法制備多晶硅過(guò)程中，可通過(guò)反應(yīng)氣體的進(jìn)口速率調(diào)節(jié)系統(tǒng)流態(tài)化和氣體停留時(shí)間，從而提高轉(zhuǎn)化率。