多晶硅生产综述
一、多晶硅简介
多晶硅：polycrystalline silicon。是单质硅的一种形态，当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形成许多晶核，这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，这些晶粒结合起来就形成了多晶硅。
1、多晶硅的性质
多晶硅的分子式为Si,分子量为28.08g/mol，熔点1410℃，沸点2355℃。具有灰色的金属光泽，密度介于2.32和2.34kg/m3之间，硬度介于锗和石英之间，室温下质脆易碎。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、盐酸和硝酸。常温下不活波，高温下能与氧、氮、硫等反应。在熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎所有材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但是微量的杂质即可大大的影响其导电性。
2、多晶硅产品的分类
多晶硅按纯度分类可以分为冶金级（金属硅）、太阳能级、电子级。
冶金级硅（MG）：是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成。一般含Si为95%左右，高达99.8%以上。
太阳能级硅（SG）：纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，至今未有明确界定。一般认为含Si在99.99~99.999 9%
电子级硅（EG）：一般要求含Si在99.999 9%以上，超高纯达到99.999 999 9%~99.999 999 999%。
3、多晶硅的用途
⑴可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能
自1954年美国贝尔实验室成功研制第一块单晶硅太阳能电池以来,太阳能逐渐成为各国越来越关注的“绿色”能源。1998年全世界多晶硅太阳电池的产量首次超过了单晶硅太阳电池的产量, 2001 年多晶硅太阳电池的市场占有份额为52% ,远远超出单晶硅太阳电池35%的市场占有量[1], 到2010年, 全球10GW 的太阳电池产量中, 多晶硅约占9000MW。当前,晶体硅材料是最主要的光伏材料,其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳电池的主流材料[2]。
⑵高纯的晶体硅是重要的半导体材料
在IT产业中，多晶硅用于生产单晶硅。单晶硅即硅半导体，是多晶硅的衍生产品，它是制造集成电路和电子元件的优质材料。全世界半导体器件中有95%使用硅材料制成的，其中85%的集成电路是由硅材料制成的[3]。由于硅半导体耐高电压、耐高温、晶带宽度大，比其它半导体材料有体积小、效率高、寿命长、可靠性强等优点，因此被广泛用于电子工业集成电路的生产中硅材料是信息产业的重要基础材料[5] [6]。
⑶高纯多晶硅是最重要的电子信息基础材料，被视为“微电子大厦的基石”。还广泛用于金属陶瓷、宇宙航行的重要材料等等。
二、多晶硅的生产工艺
目前，世界上生产制造多晶硅的工艺技术主要有：改良西门子法、硅烷（SiH4）法、流化床法以及专门生产太阳能及多晶硅硅的新工艺。下面主要对改良西门子
法生产工艺做下介绍：
⑴氢气制备与净化工序
在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。电解制得的氢气经过冷却、分离液体后，进入除氧器，在催化剂的作用下，氢气中的微量氧气与氢气反应生成水而被除去。除氧后的氢气通过一组吸附干燥器而被干燥。净化干燥后的氢气送入氢气贮罐，然后送往氯化氢合成、三氯氢硅氢还原、四氯化硅氢化工序。电解制得的氧气经冷却、分离液体后，送入氧气贮罐。出氧气贮罐的氧气送去装瓶。气液分离器排放废吸附剂、氢气脱氧器有废脱氧催化剂排放、干燥器有废吸附剂排放，均供货商回收再利用。
⑵氯化氢合成工序
从氢气制备与净化工序来的氢气和从合成气干法分离工序返回的循环氢气
分别进入本工序氢气缓冲罐并在罐内混合。出氢气缓冲罐的氢气引入氯化氢合成炉底部的燃烧枪。从液氯汽化工序来的氯气经氯气缓冲罐，也引入氯化氢合成炉的底部的燃烧枪。氢气与氯气的混合气体在燃烧枪出口被点燃，经燃烧反应生成氯化氢气体。出合成炉的氯化氢气体流经空气冷却器、水冷却器、深冷却器、雾沫分离器后，被送往三氯氢硅合成工序。为保证安全，本装置设置有一套主要由两台氯化氢降膜吸收器和两套盐酸循环槽、盐酸循环泵组成的氯化氢气体吸收系统，可用水吸收因装置负荷调整或紧急泄放而排出的氯化氢气体。该系统保持连续运转，可随时接收并吸收装置排出的氯化氢气体。为保证安全，本工序设置一套主要由废气处理塔、碱液循环槽、碱液循环泵和碱液循环冷却器组成的含氯废气处理系统。必要时，氯气缓冲罐及管道内的氯气可以送入废气处理塔内，用氢氧化钠水溶液洗涤除去。该废气处理系统保持连续运转，以保证可以随时接收并处理含氯气体。
⑶三氯氢硅合成工序
原料硅粉经吊运，通过硅粉下料斗而被卸入硅粉接收料斗。硅粉从接收料斗放入下方的中间料斗，经用热氯化氢气置换料斗内的气体并升压至与下方料斗压力平衡后，硅粉被放入下方的硅粉供应料斗。供应料斗内的硅粉用安装于料斗底部的星型供料机送入三氯氢硅合成炉进料管。从氯化氢合成工序来的氯化氢气，与从循环氯化氢缓冲罐送来的循环氯化氢气混合后，引入三氯氢硅合成炉进料管，将从硅粉供应料斗供入管内的硅粉挟带并输送，从底部进入三氯氢硅合成炉。在三氯氢硅合成炉内，硅粉与氯化氢气体形成沸腾床并发生反应，生成三氯氢硅，同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、金属氯化物、聚氯硅烷、氢气等产物，此混合气体被称作三氯氢硅合成气。反应大量放热。合成炉外壁设置有水夹套，通过夹套内水带走热量维持炉壁的温度。出合成炉顶部挟带有硅粉的合成气，经三级旋风除尘器组成的干法除尘系统除去部分硅粉后，送入湿法除尘系统，被四氯化硅液体洗涤，气体中的部分细小硅尘被洗下；洗涤同时，通入湿氢气与气体接触，气体所含部分金属氧化物发生水解而被除去。除去了硅粉而被净化的混合气体送往合成气干法分离工序。
⑷合成气干法分离工序
从三氯氢硅氢合成工序来的合成气在此工序被分离成氯硅烷液体、氢气和氯化氢气体，分别循环回装置使用。三氯氢硅合成气流经混合气缓冲罐，然后进入喷淋洗涤塔，被塔顶流下的低温氯硅烷液体洗涤。气体中的大部份氯硅烷被冷凝并混入洗涤液中。出塔底的氯硅烷用泵增压，大部分经冷冻降温后循环回塔顶用于气体的洗涤，多余部份的氯硅烷送入氯化氢解析塔。出喷淋洗涤塔塔顶除去了
