隨著(zhù)光伏產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,國內多晶硅行業(yè)在短短十幾年間,產(chǎn)量達到全球最大,生產(chǎn)成本也達到世界先進(jìn)水平。高純多晶硅材料是信息產(chǎn)業(yè)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的基礎原材料跌仗,世界多個(gè)發(fā)達國家將其列為戰略性材料沮翔。 電子級多晶硅是制造半導體硅片最基礎和最主要的原材料之一,被稱(chēng)為電子信息產(chǎn)業(yè)的“糧食”,純度要求達到99.9999999%~99.999999999%(9N~11N)。 1、電子級多晶硅分類(lèi)和應用 電子級多晶硅的純度要求極高柜隐,是人類(lèi)工業(yè)化能夠獲得的最純凈的物質(zhì)乱加。
電子級多晶硅可分為電子級區熔用多晶硅和電子級直拉用多晶硅。電子級區熔用多晶硅質(zhì)量要求更苛刻,采用區熔法生產(chǎn)的單晶硅中氧、碳含量低,載流子濃度低,電阻率高声糖,主要應用于制造IGBT脚囊、高壓整流器、晶閘管、高壓晶體管等高壓大功率半導體器件。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(chǎng)占比達90%以上。 2垂涯、我國電子級多晶硅產(chǎn)業(yè)存在的問(wèn)題 長(cháng)期以來(lái),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(lài)進(jìn)口,存在被“卡脖子”的風(fēng)險。近年來(lái),我國以青海黃河上游水電就隆、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)突破衡听,但仍存發(fā)展瓶頸荞宰。生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品一致性和穩定性仍需提升,尤其是針對12英寸硅片用電子級多晶硅的質(zhì)量穩定性和國外仍有差距翁潘。 此外拖叙,我國電子級多晶硅檢測設備仍依賴(lài)進(jìn)口。在生產(chǎn)制造端,我國已基本解決相關(guān)設備和材料的國產(chǎn)化替代。但用于多晶硅產(chǎn)品的核心檢測設備則完全依賴(lài)進(jìn)口肖粮,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 從當前國際上電子級多晶硅生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展情況來(lái)看,生產(chǎn)工藝主要包括硅烷法、氣液沉積法萍魂、流化床、改良西門(mén)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,安全性較差夺脾,即使在室溫條件下也會(huì )有火險隱患。氣液沉積法是由日本研發(fā)、把控的,在生產(chǎn)時(shí)主要采用管式反應器,并將作用溫度條件控制在1500℃,直接在氣體中生成液體硅凑炬,目前還處在研究試驗階段,暫未應用于規模生產(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(wú)法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的電子級多晶硅。 4、改良西門(mén)子法介紹 目前踱承,電子級多晶硅采用的主流生產(chǎn)工藝是改良西門(mén)子法。 改良西門(mén)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自做,再將高純的三氯氫硅與尾氣回收車(chē)間制取的高純氫氣共同進(jìn)入還原工序生產(chǎn)多晶硅优漱,還原車(chē)間應用化學(xué)沉積法生產(chǎn)出多晶硅,多晶硅最后經(jīng)破碎,稱(chēng)量與包裝等工序后入庫。 該方法發(fā)源于1960年前后,經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀的發(fā)展,已經(jīng)在各方面都做到了技術(shù)極致。國內改良西門(mén)子法最初用于光伏多晶硅,在進(jìn)行技術(shù)升級的過(guò)程中七绞,在許多領(lǐng)域出現了難以克服的技術(shù)瓶頸,限制了電子級多晶硅的發(fā)展。在生產(chǎn)過(guò)程中多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量控制仍然存在很多不足,當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(mén)子法核心技術(shù)。 運用此方法生產(chǎn)電子級多晶硅的主要優(yōu)勢是有著(zhù)可靠草戈、成熟的工藝,然而在應用此方法生產(chǎn)電子級多晶硅時(shí),最明顯的劣勢在于難以有效提純SiHCl3這一原料玲酿,相對尾氣回收和精餾來(lái)說(shuō),其要求更加嚴格;在實(shí)際生產(chǎn)時(shí),工藝也有較大的控制難度填抬,而且電子級多晶硅在還原爐的性能和結構上的要求也很高;此外,因為工藝氣體中存在Cl焚鲜,如果不能有效管控工藝生產(chǎn)條件,便會(huì )嚴重腐蝕相應的設施和管道。 5小結 電子級多晶硅是電子信息產(chǎn)業(yè)最基礎的戰略材料凡宅,關(guān)乎我國國民經(jīng)濟、社會(huì )及國防安全说梦。如何能夠持續、穩定的生產(chǎn)高純電子級多晶硅,滿(mǎn)足下游企業(yè)對電子級硅材料的需求盟柜,是多晶硅企業(yè)面臨的重要研究課題。要從多晶硅生產(chǎn)全流程各工序嚴格控制,將各種可能造成污染的因素降低至最小羹忆,并在操作過(guò)程中進(jìn)一步做到精益操作和精細化操作,改變不良習慣,提升管理水平们衙,才有可能在電子級多晶硅市場(chǎng)上占有一席之地。