多晶矽生產流程是什麼_單晶矽與多晶矽的區別-電子發燒友網

　　摘要：本文已多晶矽為中心，主要介紹了多晶矽的技術特徵、單晶矽與多晶矽的區別、多晶矽應用價值以及多晶矽行業走勢概況及預測進行分析。

　　多晶矽概要

　　多晶矽是單質矽的一種形態。熔融的單質矽在過冷條件下凝固時，矽原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶矽。

　　多晶矽的技術特徵

　　⑴多種生產工藝路線並存，產業化技術封鎖、壟斷局面不會改變。由於各多晶矽生產工廠所用主輔原料不盡相同，因此生產工藝技術不同；進而對應的多晶矽產品技術經濟指標、產品質量指標、用途、產品檢測方法、過程安全等方面也存在差異，各有技術特點和技術秘密，總的來說，國際上多晶矽生產主要的傳統工藝有：改良西門子法、矽烷法和流化床法。其中改良西門子工藝生產的多晶矽的產能約佔世界總產能的80%，短期內產業化技術壟斷封鎖的局面不會改變。

　　⑵新一代低成本多晶矽工藝技術研究空前活躍。除了傳統工藝（電子級和太陽能級兼容）及技術升級外，還湧現出了幾種專門生產太陽能級多晶矽的新工藝技術，主要有：改良西門子法的低價格工藝；冶金法從金屬矽中提取高純度矽；高純度SiO2直接製取；熔融析出法（VLD：Vaper to liquid deposition）；還原或熱分解工藝；無氯工藝技術，Al－Si溶體低溫製備太陽能級矽；熔鹽電解法等。

　　多晶矽生產流程

　　（1）石英砂在電弧爐中冶煉提純到98%並生成工業矽， 其化學反應SiO2+C→Si+CO2↑

　　（2）為了滿足高純度的需要，必須進一步提純。把工業矽粉碎並用無水氯化氫（HCl）與之反應在一個流化床反應器中，生成擬溶解的三氯氫矽（SiHCl3）。 其化學反應Si+HCl→SiHCl3+H2↑ 反應溫度為300度，該反應是放熱的。同時形成氣態混合物（Н2，НС1，SiНС13，SiC14，Si）。

　　（3）第二步驟中產生的氣態混合物還需要進一步提純，需要分解：過濾矽粉，冷凝SiНС13，SiC14，而氣態Н2，НС1返回到反應中或排放到大氣中。然後分解冷凝物SiНС13，SiC14，淨化三氯氫矽（多級精餾）。

　　（4）淨化後的三氯氫矽採用高溫還原工藝，以高純的SiHCl3在H2氣氛中還原沉積而生成多晶矽。 其化學反應SiHCl3+H2→Si+HCl。

　　多晶矽的反應容器為密封的，用電加熱矽池矽棒（直徑5-10毫米，長度1.5-2米，數量80根），在1050-1100度在棒上生長多晶矽，直徑可達到150-200毫米。 這樣大約三分之一的三氯氫矽發生反應，並生成多晶矽。剩餘部分同Н2，НС1，SiНС13，SiC14從反應容器中分離。這些混合物進行低溫分離，或再利用，或返回到整個反應中。氣態混合物的分離是複雜的、耗能量大的，從某種程度上決定了多晶矽的成本和該工藝的競爭力。

　　單晶矽與多晶矽的區別

　　單晶矽和多晶矽的區別是，當熔融的單質矽凝固時，矽原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶矽。如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶矽。多晶矽與單晶矽的差異主要表現在物理性質方面。例如在力學性質、電學性質等方面，多晶矽均不如單晶矽。多晶矽可作為拉制單晶矽的原料。單晶矽可算得上是世界上最純淨的物質了，一般的半導體器件要求矽的純度六個9以上。大規模集成電路的要求更高，矽的純度必須達到九個9。目前，人們已經能製造出純度為十二個9 的單晶矽。單晶矽是電子計算機、自動控制系統等現代科學技術中不可缺少的基本材料。

　　多晶矽應用價值

　　在太陽能利用上，單晶矽和多晶矽也發揮著巨大的作用。要使太陽能發電具有較大的市場，被廣大的消費者接受，就必須提高太陽電池的光電轉換效率，降低生產成本。從國際太陽電池的發展過程可以看出其發展趨勢為單晶矽、多晶矽、帶狀矽、薄膜材料（包括微晶矽基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。多晶矽和多晶矽的區別是，當熔融的單質矽凝固時，矽原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶矽。如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶矽。多晶矽與單晶矽的差異主要表現在物理性質方面。例如在力學性質、電學性質等方面，多晶矽均不如單晶矽。多晶矽可作為拉制單晶矽的原料

　　冶金級矽的提煉並不難。它的製備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成。這樣被還原出來的矽的純度約98-99%，但半導體工業用矽還必須進行高度提純（電子級多晶矽純度要求11N，太陽能電池級只要求6N）。而在提純過程中，有一項「三氯氫矽還原法（西門子法）」的關鍵技術我國還沒有掌握，由於沒有這項技術，我國在提煉過程中70%以上的多晶矽都通過氯氣排放了，不僅提煉成本高，而且環境汙染非常嚴重。我國每年都從石英石中提取大量的工業矽，以1美元/公斤的價格出口到德國、美國和日本等國，而這些國家把工業矽加工成高純度的晶體矽材料，以46-80美元/公斤的價格賣給我國的太陽能企業。

　　得到高純度的多晶矽後，還要在單晶爐中熔煉成單晶矽，以後切片後供集成電路製造等用。可以用於二極體級、整流器件級、電路級以及太陽能電池級單晶產品的生產和深加工製造，其後續產品集成電路和半導體分離器件已廣泛應用於各個領域，在軍事電子設備中也佔有重要地位。

　　多晶矽行業走勢概況及預測

　　10月中旬國內多晶矽行情小幅上調。10月初國內企業出廠報價均價在132667元/噸左右，到本周末國內企業對外報價波動至132883元/噸左右，整體上漲了0.13%，當前價格同比去年下降了24.63%。

　　行情分析光伏補貼細則即將出臺，多晶矽龍頭企業紛紛復產，多晶矽價格得到提振，多晶矽行業開工率進一步回升，開工率恢復至40%左右。

　　國內多晶矽光伏市場觀望情緒仍然瀰漫，受到國內各地方光伏發電補貼與上網政策遲遲未落實的影響，下遊矽料報價波動較小；太陽能產品實行增值稅即徵即退50%的政策的出臺確實直接利好光伏下遊企業，亦有機會促進上遊企業受惠。

　　從光伏全行業來看，近期新增光伏市場需求空間不大，直接導致上遊多晶矽環節供需仍難現大逆轉情形，全年產需只能勉強維持平衡。多晶矽市場仍然面臨著產能過剩的局面。

　　後市預測隨著光伏市場的逐漸回暖，多晶矽開工增多，市場供應量有所增加但是從下遊光伏利好到上遊還需要一段時間的緩衝，多晶矽後市或將上揚，預計短期內價格地位盤整仍會持續。1、發展壯大中國多晶矽產業的市場條件已經基本具備、時機已經成熟，國家相關部門加大對多晶矽產業技術研發，科技創新、工藝完善、項目建設的支持力度，抓住有利時機發展壯大中國的多晶矽產業。

　　2、支持最具條件的改良西門子法共性技術的實施，加快突破千噸級多晶矽產業化關鍵技術，形成從材料生產工藝、裝備、自動控制、回收循環利用的多晶矽產業化生產線，材料性能接近國際同類產品指標；建成節能、低耗、環保、循環、經濟的多晶矽材料生產體系，提高我們多晶矽在國際上的競爭力。

　　3、依託高校以及研究院所，加強新一代低成本工藝技術基礎性及前瞻性研究，建立低成本太陽能及多晶矽研究開發的知識及技術創新體系，獲得具有自主智慧財產權的生產工藝和技術。

　　4、政府主管部門加強宏觀調控與行業管理，避免低水平項目的重複投資建設，保證產業的有序、可持續發展。

　　5、《多晶矽產能嚴重過剩 地方政府成主要推手》。2009年09月07日 07:07　來源：中央電視臺《經濟半小時》。

　　6、解決國內光伏發電的政策、技術瓶頸，進一步啟動國內光伏終端市場、開發新興市場（例如讓光伏發電象家電下鄉一樣走進家庭、走進平民生活，通過援外的方法開發非洲太陽能市場）。

　　7、通過科技創新提高企業競爭力，提高質量、減低消耗，優化產業布局、危機期間推進重組、淘汰落後產能、提高集中度。行業內重點扶持5~6家大而強的多晶矽企業。

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