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铸锭培训教材硅材料相关产业链多晶硅材料相关产业链产品多晶硅产业简介一、多晶硅概述硅材料是半导体工业中最重要且应用最广泛的元素半导体材料，是微电子工业和太阳能光伏工业的基础材料。它具有元素含量丰富、化学稳定性好、无环境污染等优点，又具有良好的半导体材料特性。硅材料有多种晶体形式，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅，应用于太阳能电池工业领域的硅材料包括直拉单晶硅、薄膜非晶硅、铸造多晶硅、带状多晶硅和薄膜多晶硅，它们有各自的优缺点，其中直拉单晶硅和铸造多晶硅应用最为广泛，占太阳能光电材料的90%左右。高纯多晶硅是制备单晶硅和铸造多晶硅的原料，也是半导体和太阳能光伏产业的物质基础。按纯度可分为冶金级太阳能级和电子级：（1）冶金级硅：即金属硅，呈多晶状态，纯度一般在95%-99%。对于半导体工业而言，杂质含量太多，主要为C、B、P等非金属杂质和Fe、Al等金属杂质，所以它只能作为冶金工业的添加剂。（2）太阳能级硅(SG)：纯度介于冶金级硅和电子级硅之间，纯度一般为99.99%-99.9999%。（3）电子级硅(EG)：纯度一般要求在99.9999%之上，超高纯达到99.9999999%-99.999999999%。二、多晶硅的制取方法目前国际上采用的方法主要有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。1、改良西门子法改良西门子法也就是三氯氢硅氢还原法(SIHCL3)。该方法是当今生产高纯多晶硅最为主流的工艺，其优点是具有相对安全性、相对良好、沉积速率和一次转化率较高，产品纯度较高，同时可适用于连续稳定运行的运行等优点，所以称为搞纯度多晶硅生产的首选生产技术，目前国际上大部分多晶硅工厂都是采用了西门子法。它是用氯和氢合成氯化氢，再用氯化氢和工业硅粉在一定温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。第三代西门子多晶硅生产工艺流程图2.硅烷法硅烷法也叫硅烷热分解法它是以氟硅酸、钠、铝、氢气为主要原辅材料，通过SICL4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硅烷（SIH4）,然后将硅烷气提纯后通过SIH4热分解生产纯度较高的棒状多晶硅。硅烷法与西门子法很相似，只是中间产品部同，改良西门子的中间产品是SIHCL3;而硅烷法的中间产品是SIH4。硅烷法存在成本高、硅烷易爆炸、安全性低等缺点。SICL4氯气氢化料分离SIH2CL2、SIHCL3分离提纯SICL4、SIH2CL2、SIHCL3分离提纯超纯硅SICL4反应器再分离反应器再分配反应SICL4SIH2CL2SIHCL3工业硅H2补充SICL4SICL4H2SICL4SICL4SIH2CL2SIHCL3SIHCL3SIHCL3SIHCL3SICL4SIH2CL2SIH2CL2SIH2CL2硅烷热分解法制取多晶硅流程图3、流化床法该方法是美国联合碳化合物公式早年研发制备多晶硅的工艺技术，它是以SICL4(或SIF4)、H2、HCL和冶金硅为原料，在高温高压流化床（沸腾床）内生成SIHCL3，将SIHCL3再进一步歧化加氢反应成SIHCL2，继而生成SIH4气。将制得的SIH4气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。由于在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，故该方法生产效率高、电耗较低、成本低。但也有安全性较差、生长速率较低、产量低等缺点。目前采用该方法生产颗粒状多晶硅的公司主要有：REC、Wacker、Hemlock和MEMC公司等。单晶体与多晶体大家知道，固体分为晶体和非晶体，而晶体又可以分为单晶体和多晶体。生活中，我们所吃的食盐的主要成分氯化钠（NaCl）就是一种常见的单晶体，其颗粒一般都是小立方体。此外，常见的雪花、天然水晶、单晶冰糖等都是单晶体；而飞落到地球上的陨石、石头、金属、陶瓷等则是多晶体，其主要成份是由长石等矿物晶体组成的，它的形状一般是不均匀的。那么究竟什么是单晶体，什么又是多晶体呢？单晶体是指在整个晶体内原子都按周期性的规则排列，而多晶体是指在晶体内每个局部区域里原子按周期性的规则排列，但不同局部区域之间原子的排列方向并不相同，因此多晶体也可以看成是由许多取向不同的小单晶体（又称为晶粒）组成的。硅原子晶体