《多晶硅生产工艺---改良西门子法.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多晶硅生产工艺---改良西门子法.doc（3页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、改良西门子法改良西门子法多晶硅生产的西门子工艺，其原理就是在1100左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。改良西门子工艺是在传统西门子工艺的基础上，同时具备节能、降耗、回收利用生产过程中伴随产生的大量H2、HCI、SiCI4等副产物以及大量副产热能的配套工艺。目前世界上绝大部分厂家均采用改良西门子法生产多晶硅。1、改良西门子法是目前主流的生产方法多晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总
2、的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85。但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在美、德、日等7家主要硅料厂商手中。这些公司的产品占全球多晶硅总产量的90%，它们形成的企业联盟实行技术封锁，严禁技术转让。短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。在未来15-20年内，采用改良西门子法工艺投产多晶硅的资金将超过1,000亿美元，太阳能级多晶硅的生产将仍然以改良西门子法为主，改良西门子法依然是目前生产多晶硅最为成熟、最可靠、投产速度最快的工艺，与其他类型的生产工艺处于长期的竞争状态，很难
3、相互取代。尤其对于中国的企业，由于技术来源的局限性，选择改良西门子法仍然是最现实的作法。在目前高利润的状况下，发展多晶硅工艺有一个良好的机遇，如何改善工艺、降低单位能耗是我国多晶硅企业未来所面临的挑战。2、西门子改良法生产工艺如下：这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，
4、热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。（1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅，其化学反应SiO2+CSi+CO2（2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。其化学反应Si+HClSiHCl3+H2反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物(2,l,Sil3,SiCl4,Si)。（3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝Si13,SiC14，而气态2,1返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物Sil3,SiCl4，净化
5、三氯氢硅（多级精馏）。（4）净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。其化学反应SiHCl3+H2Si+HCl。多晶硅的反应容器为密封的，用电加热硅池硅棒（直径5-10毫米，长度1.5-2米，数量80根），在1050-1100度在棒上生长多晶硅，直径可达到150-200毫米。这样大约三分之一的三氯氢硅发生反应，并生成多晶硅。剩余部分同2,l,Si13,SiCl4从反应容器中分离。这些混合物进行低温分离，或再利用，或返回到整个反应中。气态混合物的分离是复杂的、耗能量大的，从某种程度上决定了多晶硅的成本和该工艺的竞争力。在西门子改良法生产工艺中，一些关
6、键技术我国还没有掌握，在提炼过程中70%以上的多晶硅都通过氯气排放了，不仅提炼成本高，而且环境污染非常严重。改良西门子法相对于传统西门子法的优点主要在于：1）节能：由于改良西门子法采用多对棒、大直径还原炉，可有效降低还原炉消耗的电能；2）降低物耗：改良西门子法对还原尾气进行了有效的回收。所谓还原尾气：是指从还原炉中排放出来的，经反应后的混合气体。改良西门子法将尾气中的各种组分全部进行回收利用，这样就可以大大低降低原料的消耗。3）减少污染：由于改良西门子法是一个闭路循环系统，多晶硅生产中的各种物料得到充分的利用，排出的废料极少，相对传统西门子法而言，污染得到了控制，保护了环境。改良西门子法属于欧
7、美淘汰的旧技术，相对国外最先进的硅烷法成本较高，而且能耗高，污染重。是国内多晶硅企业一般采用的方法。一般3到5年之内会淘汰。硅烷法硅烷法：就是最终用硅烷热解制多晶硅的方法。硅烷有多种制法，目前主流的生产工艺有：硅镁合金法工艺（Komatsu 硅化镁法）；氯硅烷歧化工艺（Union Carbide 歧化法）；金属氢化物工艺（MEMC公司发明的新硅烷法）三种。1. 金属氢化物工艺采用氢化铝钠与四氟化硅气体反应合成硅烷气体，化学反应如下：NaALH4+SiF4NaALF4+SiH4反应生产的粗硅烷气体经吸附塔、脱重塔和脱轻塔纯化精制，把粗硅烷气体纯度提升到6N 以上的高纯度电子级硅烷气体，再经过低温
8、液化处理制得的液态硅烷储存在产品硅烷储槽内，通过蒸发液态的硅烷气体变成常温的硅烷气体供硅烷还原多晶硅工段使用。以上反应中使用的四氟化硅气体利用化肥企业的副产物氟硅酸制得或用其它方法制得。美国MEMC 公司采用该方法已经大规模生产多晶硅，技术已经很成熟，已经在20 年前用于年产千吨级以上的多晶硅生产线上。2. 硅镁合金法工艺硅镁合金制备硅烷气体工艺也称小松法工艺。硅镁合金法制备硅烷的工艺流程非常简练。小松法制备硅烷工艺历史上研究最多的工艺路线，实现过年产5 吨规模的试验性的生产装置线。该方法的主要反应有：Si+MgMg2SiMg2Si + NH4ClSiH4+MgCl26NH3第一步反应在真空或
9、保护气氛下进行。第二步反应在低温液氨下进行，其中生产的氯化镁在液氨环境下与液氨络合成六氨氯化镁。由于成本过高，该方法目前还没有应用于千吨级规模的生产线上。硅镁合金法工艺到目前为止还没有用于大规模多晶硅生产线。该方法用于大规模生产线上主要要解决的问题是:1)液氨的循环利用。要实现液氨循环利用，必须实现从六氨氯化镁络合物中的氨分离出来，实现氨的循环利用;2) 传统的小松法制备硅烷气体采用的是批次式反应，要实现大规模生产，该反应需要改成连续式反应，否则很难实现规模化生产;3) 该工艺中氨的循环量很大，需要补充大量的冷量，如何实现冷量和热量的充分利用来降低能耗过高的问题需要做进一步改进。3. 氯硅烷歧化工艺氯硅烷歧化反应法，此法利用如下氯硅烷的合成和歧化反应来获得硅烷：Si + 2H2 + 3SiC144SiHCl36SiHCl33SiH2Cl2 + 3SiC144SiH2Cl22SiH3Cl + 2SiHCl33SiH3ClSiH2Cl2 + SiH4整个过程是闭路，一方投入硅与氢，另一方获得硅烷，因此排出物少，对环保环境有利，同时材料的利用率高。该方法已经实现千吨级规模生产水平。美国REC( 前身为Asimi) 采用该方法来制备硅烷气体。