《硅材料与硅》PPT课件

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1、硅材料与硅片的生产SolarfunContents多晶硅的合成一多晶硅锭的生产过程二单晶硅的生产过程三硅片加工四Solarfun小结五硅半导体的生产主要分为多晶硅的合成及生长、单晶硅的生长和硅晶片加工这三个步骤。其中，多晶硅合成主要是应用化学方法，通过一系列的化学反应完成多晶硅的提纯生长过程，得到高纯硅；太阳电池多晶硅锭主要采用定向凝固的方法生产的；单晶硅的生长是将已生产的高纯多晶硅制备为单晶硅，这一过程是通过物理方法实现的，主要介绍提拉(CZ)和区熔(FZ)两种单晶生长方法；硅片加工主要是机械加工的过程，包括硅片的定向、切割、打磨、抛光等过程。下面分别介绍多晶硅合成及生长，单

2、晶硅生长和硅片加工这几个工艺步骤。SolarfunSolarfun一多晶硅的合成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、硅烷法和硫化床法。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

3、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。SolarfunSolarfun一多晶硅的合成从上世纪五，六十年代至今，高纯多晶硅生产广泛采用氢气还原三氯氢硅，即西门子法。回首过去，传统西门子法在我国的应用也有几十年了，但无论是生产规模，能耗，环保，以及副产物的综合利用与国外的技术相差都很大。改良西门子法主要优点是：节能降耗显著、成本低、质量高，采用综合利用技术，对环境产生污染小。其主要技术是:大直径对多对棒节能型还原炉技术、导热油循环冷却硅还原炉系统技术、还原炉尾气封闭式干法回收技术以及副产品SiCl4氢化生成SiHCl3技术。Solarfun

4、Solarfun(一)改良西门子法的几项关键技术1大型多对棒节能型还原炉多晶硅还原炉，出于节能降耗的考虑，必须大型化，与之相适应的电器也必须大型配套。大型节能还原炉有几项关键的技术:(1)炉内可同时加热许多根金属丝，以减少炉壁辐射所造成的热损失；(2)炉的内壁加工成镜面，使辐射热能反射，以减少散热损失热能；(3)提高炉内压力，加大供气量，以提高反应速度，加快硅的沉积生成速度采用这种改进的大型还原炉之后，其炉产量可以从改良前的每炉次100-200公斤提高到每炉次5-6吨。这种大型还原炉的显著特点是:能耗低、产量高、质量稳定。目前，国外大型还原炉的硅棒的总数大多在100根以上，硅棒

5、长度在1.5米以上，棒直径达到200毫米以上，每炉产量可达5^6吨，电耗则大幅度下降，达到每公斤多晶硅耗电80kW/h.SolarfunSolarfun(一)改良西门子法的几项关键技术2导热油循环冷却还原炉工艺技术在多晶硅生产过程中，还原炉是高耗能设各，硅棒的沉积需要电能加热并维持温度在高温状态，而炉筒、电极和炉底盘则需要冷却。冷却过程会带走大量热能，使还原炉内多晶硅棒的热能损失。这种热能损失大部分是高温硅棒传向低温炉壁的热辐射而损失的，其次是气体被加热后而排出还原炉带走了部分热量。要想提高炉筒壁的温度，就要设法提高炉筒壁冷却介质的温度。以前传统的冷却介质是水，因水的沸点在10

6、0℃,故出口温度不能高于100℃，而实际工艺过程中未能达到这种较高温度，一般都在50℃左右。人们通过探讨，采用了导热油作为还原炉的冷却介质，因油的成本远比水高，所以采用了循环冷却方式，因此，便产生了导热油循环冷却还原炉的工艺。这种工艺可使直接电耗降低约30%，还可综合利用余热.SolarfunSolarfun(一)改良西门子法的几项关键技术3.还原尾气的干法回收技术在还原生长多晶硅之后，还有部分还原尾气。如果尾气放空排放，不仅浪费了能源和原材料，还会对环境造成污染。多晶硅还原炉尾气中的氢、氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅等成分，经过加工和冷却达到一定的条件之后，其中的二氯氢硅和四氯化

7、硅被冷凝分离出来，然后把分离出的三氯氢硅直接送到还原炉，以生产多晶硅，而把四氯化硅送到氢化工序，经氢化后，部分转化成三氯氢硅，把氢化后的气体再经分离塔分离出二氯氢硅和四氯化硅，再分别把三氯氢硅送到还原系统，再把四氯化硅送到氢化工序，这样连续不断地循环进行下去。另外，经加压和冷却后的不凝气体，主要是氢和氯化氢，它们在加压和低温条件下，通过特殊的分离工艺，使氢和氯化氢分离出来，把没有杂质和水分的纯氢送往氯化氢合成工序或还原工序利用，而氯化氢则送到三氯氢硅的合成工序。还原尾气干法回收的整套工艺都不