多晶硅生产流程是什么

多晶硅生产流程是什么

多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。

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+C→Si+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+HCl→SiHCl₃+H₂↑，反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物（Н₂，НСl，SiНСl₃，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SiНСl₃，SiCl₄，而气态Н₂，НСl返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiНСl₃，SiCl₄，净化三氯氢硅（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+H₂→Si+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Н₂，НСl，SiНСl₃，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。

用途

多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。

在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。