中國粉體網(wǎng)訊 隨著光伏產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)多晶硅行業(yè)在短短十幾年間，產(chǎn)量達(dá)到全球最大，生產(chǎn)成本也達(dá)到世界先進(jìn)水平。高純多晶硅材料是信息產(chǎn)業(yè)和太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原材料，世界多個(gè)發(fā)達(dá)國家將其列為戰(zhàn)略性材料。
多晶硅（圖片來源：上海新昇）
電子級多晶硅是制造半導(dǎo)體硅片最基礎(chǔ)和最主要的原材料之一，被稱為電子信息產(chǎn)業(yè)的“糧食”，純度要求達(dá)到99.9999999%～99.999999999%（9N～11N）。
1電子級多晶硅分類和應(yīng)用
電子級多晶硅的純度要求極高，是人類工業(yè)化能夠獲得的最純凈的物質(zhì)。
電子級多晶硅可分為電子級區(qū)熔用多晶硅和電子級直拉用多晶硅。電子級區(qū)熔用多晶硅質(zhì)量要求更苛刻，采用區(qū)熔法生產(chǎn)的單晶硅中氧、碳含量低，載流子濃度低，電阻率高，主要應(yīng)用于制造IGBT、高壓整流器、晶閘管、高壓晶體管等高壓大功率半導(dǎo)體器件。而直拉法生產(chǎn)的單晶硅片廣泛用于集成電路存儲器、微處理器、手機(jī)芯片和低電壓晶體管、電子器件等電子產(chǎn)品，用途更為廣泛，電子級直拉用多晶硅市場占比達(dá)90%以上。
2我國電子級多晶硅產(chǎn)業(yè)存在的問題
長期以來，電子級多晶硅的制備技術(shù)被美、德、日等西方國家封鎖，因而我國使用的電子級多晶硅幾乎完全依賴進(jìn)口，存在被“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)。近年來，我國以青海黃河上游水電、江蘇鑫華等為代表的企業(yè)在電子級多晶硅上取得了一部分技術(shù)突破，但仍存發(fā)展瓶頸。生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品一致性和穩(wěn)定性仍需提升，尤其是針對12英寸硅片用電子級多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性和國外仍有差距。
此外，我國電子級多晶硅檢測設(shè)備仍依賴進(jìn)口。在生產(chǎn)制造端，我國已基本解決相關(guān)設(shè)備和材料的國產(chǎn)化替代。但用于多晶硅產(chǎn)品的核心檢測設(shè)備則完全依賴進(jìn)口，如低溫傅立葉紅外光譜儀LT-FTIR、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS等，并且檢測環(huán)節(jié)對檢測人員的能力水平要求極高。
3電子級多晶硅生產(chǎn)技術(shù)分析
從當(dāng)前國際上電子級多晶硅生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展情況來看，生產(chǎn)工藝主要包括硅烷法、氣液沉積法、流化床、改良西門子等工藝流程。
硅烷法產(chǎn)成本較高，且采用的硅烷易爆、易燃，安全性較差，即使在室溫條件下也會有火險(xiǎn)隱患。氣液沉積法是由日本研發(fā)、把控的，在生產(chǎn)時(shí)主要采用管式反應(yīng)器，并將作用溫度條件控制在1500℃，直接在氣體中生成液體硅，目前還處在研究試驗(yàn)階段，暫未應(yīng)用于規(guī)模生產(chǎn)。流化床工藝法主要是對產(chǎn)品雜質(zhì)進(jìn)行全面控制，因此無法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的電子級多晶硅。
4改良西門子法介紹
目前，電子級多晶硅采用的主流生產(chǎn)工藝是改良西門子法。
改良西門子法工藝流程為：硅粉與氯化氫在合成工序生產(chǎn)出三氯氫硅，將生產(chǎn)出的三氯氫硅進(jìn)入精餾工序進(jìn)行提純，生產(chǎn)出高純度的三氯氫硅，再將高純的三氯氫硅與尾氣回收車間制取的高純氫氣共同進(jìn)入還原工序生產(chǎn)多晶硅，還原車間應(yīng)用化學(xué)沉積法生產(chǎn)出多晶硅，多晶硅最后經(jīng)破碎，稱量與包裝等工序后入庫。
該方法發(fā)源于1960年前后，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)在各方面都做到了技術(shù)極致。國內(nèi)改良西門子法最初用于光伏多晶硅，在進(jìn)行技術(shù)升級的過程中，在許多領(lǐng)域出現(xiàn)了難以克服的技術(shù)瓶頸，限制了電子級多晶硅的發(fā)展。在生產(chǎn)過程中多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量控制仍然存在很多不足，當(dāng)前我國在電子級多晶硅的核心技術(shù)檢測中尚未完全掌握西門子法核心技術(shù)。
運(yùn)用此方法生產(chǎn)電子級多晶硅的主要優(yōu)勢是有著可靠、成熟的工藝，然而在應(yīng)用此方法生產(chǎn)電子級多晶硅時(shí)，最明顯的劣勢在于難以有效提純SiHCl3這一原料，相對尾氣回收和精餾來說，其要求更加嚴(yán)格；在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，工藝也有較大的控制難度，而且電子級多晶硅在還原爐的性能和結(jié)構(gòu)上的要求也很高；此外，因?yàn)楣に嚉怏w中存在Cl，如果不能有效管控工藝生產(chǎn)條件，便會嚴(yán)重腐蝕相應(yīng)的設(shè)施和管道。
5小結(jié)
電子級多晶硅是電子信息產(chǎn)業(yè)最基礎(chǔ)的戰(zhàn)略材料，關(guān)乎我國國民經(jīng)濟(jì)、社會及國防安全。如何能夠持續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)高純電子級多晶硅，滿足下游企業(yè)對電子級硅材料的需求，是多晶硅企業(yè)面臨的重要研究課題。要從多晶硅生產(chǎn)全流程各工序嚴(yán)格控制，將各種可能造成污染的因素降低至最小，并在操作過程中進(jìn)一步做到精益操作和精細(xì)化操作，改變不良習(xí)慣，提升管理水平，才有可能在電子級多晶硅市場上占有一席之地。
參考來源：每日經(jīng)濟(jì)新聞、
【1】鄭盛濤.電子級多晶硅生產(chǎn)關(guān)鍵工藝分析.材料制造和應(yīng)用.2020.
【2】吳峰.集成電路用電子級多晶硅大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化技術(shù)實(shí)踐.山東化工.2021.
【3】江華.我國電子級多晶硅發(fā)展情況分析.科技中國.2021.
【4】張洪斌，等.電子級多晶硅生產(chǎn)技術(shù)分析.新材料與新技術(shù).2022.
【5】馬啟坤，等.電子級多晶硅生產(chǎn)關(guān)鍵工藝控制.云南冶金.2019.
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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