第8章多晶硅的制(删除部分企业)讲述资料.ppt

能耗问题 能耗问题是改良西门子法多晶硅提纯的核心问题，决定着多晶硅的生产成本 三个数据：中国一般要求对多晶硅厂的政策为上限200kw.h/kg, 而国外好的多晶硅一般为150kw.h/kg ，100kw.h/kg是追求的目标，按居民用电价格0.6元/度计算，花去成本分别为120元，90元，60元。按工业用电价格算将更高，占据了多晶硅成本的很大一部分 塞维LDK第一炉硅棒庆典时对外宣布的能耗是59kw.h/kg，而塞维的用电成本是0.4元/度，只花去电费24元/公斤？？ 与高纯硅相关的产业链（分厂，车间） 高纯水的制备 氢气的制备和净化 液氯的制备，净化和气化 硅芯的拉制（多晶硅为籽晶，高频硅芯炉拉制，保持导电型号一致） 掺杂气体；氩气；氮气；氯化氢气体的合成 还有个环境安全问题：SiCl4的回收和综合利用，是个大课题; 高温； 腐蚀气体； H2 ；泄漏和爆炸 （同学们可以展开讨论） 改良西门子法的主要内容 1 气固相反应（Si+HCl）和催化剂的选择（提高三氯氢硅的产率） 2 三氯氢硅的精馏（提纯） 3三氯氢硅的CVD还原（HSiCl3+H2) 4 四氯化硅的氢化还原(SiCl4+H2+Si) (SiCl4的循环利用及综合利用问题） 5 能耗问题(≤150KWH/Kg) 6 污染问题(Cl2,HCl,SiCl4,H2泄漏爆炸等) 新出现的一种工艺方法： 沸腾床工艺 SiCl4+H2+Si===高温流化床==HSiCl3===歧化反应生成==H2SiCl2====裂解成SiH4===小颗粒硅粉流化床反应炉，硅烷气体连续分解，是硅粉颗粒不但长大===得到多晶硅产品。 主要生产厂家：美国Helmock公司和MEMC公司，德国Wacker公司，挪威REC公司 沸腾床工艺的特点：生产效率高，能耗低，成本低，解决了西门子法的SiCl4瓶颈问题。 缺点：产品纯度低，生产安全性不能保证。 据说多晶硅成本可以降低到10美金/Kg；国内协鑫在生产（中能硅） 8.2.2硅烷裂解法制三氯氢硅 近年来研究较多，具有发展前景 主要有三大工艺： 硅烷的制备 硅烷的提纯 硅烷的裂解 占多晶硅产量的30%左右， 但生产安全成本高，容易爆炸。 优点： 硅烷发生时，杂质硼溶于液态氨，除B效果好 硅烷和杂质氢化物性质差异大，易提纯 硅烷热分解，无需还原剂，沾污少 硅烷热稳定性差，分解温度低（显著分解温度大于600℃） ，能耗低，减轻设备和载体的沾污 硅烷及其分解产物，均无腐蚀性，设备耐腐蚀性要求不高 硅烷热分解比较彻底，尾气无需回收，环境压力小 流程相对简单，硅烷含硅量很好，实收率高 缺点： 硅烷是一种危险性气体，易燃易爆，对设备的气密性要求很高； 霉臭味，使人恶心，头昏，难受。 沸点低（-111.8℃）生产过程中冷量消耗很大。 和西门子法比较，硅烷裂解法制备高纯硅，设备简单，操作方面，工艺流程短，产率高。但硅烷容易爆炸，生产安全性差，综合成本较高。 硅烷的物理化学性质 物性：无色气体，霉臭味（空气中微量）；让人恶心头昏，沸点：-111.8℃，熔点：-185℃， 液体密度（-185℃）：680kg/m3, 显著分解温度：＞600℃ 化学性质： SiH4---Si+2H2(600 ℃显著分解） SiH4+O2---SiO2+2H2O(对氧气和空气特别敏感， -180 ℃接触，也会剧烈反应，甚至爆炸） 浓SiH4遇空气自燃，深黄色火焰 能与氮化物发生反应（冰浴条件下，低温）： SiH4+4NH3----Si(NH2)2+4H2 3SiH4+4NH3----Si3N4+12H2 3SiH4+2N2----Si3N4+6H2 与卤化物反应激烈，而燃烧生成卤化氢和硅烷的卤代衍生物 硅烷具有很强烈的还原性 硅烷具有很高的化学活性 硅烷的制取 合金分解法： Mg2Si+HCl（浓）----SiH4+2MgCl2 Mg2Si+HAc (乙醇溶液）---SiH4+2Mg(Ac)2 Mg2Si+4NH4Cl(液氨）----SiH4+2MgCl2+4NH3 (在液氨介质中的工艺，技术成熟，除B效果好，生产相对比较安全，产业化多采用此法，又成为Johnson’s法） 氢化物还原法 LiAlH4+SiCl4—SiH4+Al+AlCl3(醚溶液) SiO2氧化还原法 3SiO2+4Al+2AlX3+6H2-----6AlOX+3SiH4(175 ℃,400atm) 四氯化硅氢化法 SiCl4+H2+4Al----4AlCl3+3SiH4（175℃，900atm) 硅的直接氢化法 Si粉+2H2----SiH4(高温，高压，催化剂） 高温，高压，使成本更高，危险性更大，没有工业价值 硅化镁合金的性质及其