多晶硅
1. 半导体材料的概念:
在绝对零度时无任何导电能力，但其导电性随温度升高呈总体上升趋势，且对光照等外部条
件和材料的纯度与结构完整性等内部条件十分敏感的一类材料
2. 半导体材料的五大特性：
负电阻温度系数、光电导效应、光生伏特效应、整流效应、霍尔效应
3光生电动势原理
PN 结接受均匀光照时，能量h ω≥Eg 的光子将在
其中均匀的产生电子-空穴对。在PN 结空间电荷区
及其附近的那些电子-空穴对将迅即被pn 结内建电场分开，并分别扫向
n 区和p 区。如果该PN 结处于开路状态，
则上述过程将逐渐使n 区富余电子处于低电位；
使p 区富余空穴处于高电位。如此累积起来的电位差就产生了电动势，
这就是光生电动势
4什么是直接带隙半导体？什么是间接带隙半导体？所对应的电子跃迁形式是什么？各跃
迁形式又有什么特点？试分别画出Si 、GaAs 的能带结构？并指出它们各属于什么型禁带半
导体？
直接跃迁对应的半导体材料称为直接禁带半导体，
价带的电子跃迁到导带时，只要求能量的改变，而电子的准动量不发生变化，称为直接跃迁，价带的极大值和导带的极小值都位于
k 空间的同一点上。
间接跃迁对应的半导体材料称为间接禁带半导体，
价带的电子跃迁到导带时，不仅要求电子的能量要改变，电子的准动量也要改变，称为间接跃迁，
价带的极大值和导带的极小值位于k 空间的不同点上。
5 电子迁移率：表示单位场强下电子的平均漂移速度，
它是表示半导体电子迁移能力的重要参数。
6 什么叫施主？什么叫施主电离？施主电离前后有何特征？试举例说明之，
并用能带图表征出n 型半导体。
融入晶格后必须释放其富余价电子才能适应主体晶格共价环境的杂质叫施主。
施主电离：失
主杂质获得比禁带宽度小得多的能量，将富余的价电子激发到导带而使自身电离为正离子的
过程。例如P ；P 是第V 族元素，每一个P 原子具有
5个价电子；P 替位式掺入Si 中，其中四个价电子和周围的硅原子形成了共价键，还剩余一个价电子；
相当于形成了一个正电中心P ＋和一个多余的价电子
EV －－ 价带能级
EC －－ 导带能级 ED －－ 施主能级
Eg －－ 带隙宽度
E C
E D
7少子寿命：在均匀半导体中,少数载流子产生与复合之间的平均时间间隔,也就是非平衡少
数载流子平均存在的时间
8 漂移运动和扩散运动有什么不同？
漂移运动是指在加上外电场的作用下载流子的定向运动。外电场是运动的动力，漂移运动使
空间电荷区变薄。扩散运动是指半导体材料内部由于载流子的浓度差而引起载流子的移动。
浓度差是运动的动力，扩散的结果是空间电荷区变宽。
9何谓迁移率？影响迁移率的主要因素有哪些？ 单位电场下的平均漂移速度，即迁移率为 ①晶格振动的散射②电离杂质的散射③电场对迁移率的影响
10 什么是欧姆接触？
欧姆接触:定义为这样一种接触，它在所使用的结构上不会添加较大的寄生阻抗，
且 不足以改变半导体内的平衡载流子浓度使器件特性受到影响。
11分析p 型半导体形成阻挡层和反阻挡层的条件。试画出p 型半导体分别形成阻挡层和反
阻挡层的能带图。
当W M 属指向半导体的自建电场，能带向下弯曲形成空穴势垒，阻挡空穴从半导体向金属转移， 即形成p 型阻挡层；而当W M >W S 时，半导体表层能带向上弯曲，形成由空穴累积而成的高密度 正电荷区，也即p 型反阻挡层。 12 本征吸收概念 价带电子吸收能量大于或等于其禁带宽度的光子穿越禁带进入导带，形成一对额外电子 -空穴的带与带之间的跃迁过程称为本征吸收。 13 硅是什么晶体结构？这种晶体结构的定义是什么？ 硅是金刚石晶体结构，由同一种元素的原子按正四面体结构构成的立方点阵为金刚石结构 14 闪锌矿结构的定义：由两种元素的原子按正四面体结构构成的立方系晶体点阵称为闪锌 矿结构 15. 二氧化硅层在半导体器件中起着重要作用：1. 对杂质扩散起掩蔽作用；2. 对器件的表 面保护和钝化作用 3. 用于器件的绝缘隔离层4. 用作MOS 器件的绝缘栅材料等 16 负微分迁移率效应：强电场下电子从高迁移率能谷向低迁移率能谷转移，引起电子漂移 速度随电场的升高而下降的负微分迁移率效应 17 简述GaAs 的光学、化学、电学性质及应用？ 光学性质：直接带隙结构；发光效率比其它半导体材料要高得多，可以制备发光二极管，光 电器件和半导体激光器等。化学性质：GaAs 室温下不溶于盐酸，可与浓硝酸反应，易溶于 王水；室温下，GaAs 在水蒸气和氧气中稳定；加热到6000C 开始氧化，加热到800 0C 以上开始离解。电学性质：电子迁移率高达 8000cm 2/V ?S ；GaAs 中电子有效质量为自由电子的 1/15，是硅电子的1/3；用GaAs 制备的晶体管开关速度比硅的快3~4倍；高频器件，军事上应用 应用：GaAs 在无线通讯方面具有众多优势；GaAs 是功率放大器的主流技术 18 非晶态材料的结构特性：长程无序，短程有序 19 晶体半导体与非晶半导体光学性质的区别 晶体半导体：直接跃迁和间接跃迁；满足能量守恒和动量守恒；间接跃迁时需要声子的参与 非晶半导体：电子跨越禁带时的跃迁没有直接跃迁和间接跃迁的区别；电子跃迁时不再遵守 动量守恒的选择定则；非晶结构上的无序使非晶半导体中的电子没有确定的波矢 20 自补偿效应：伴随掺杂而产生与掺入杂质互为补偿的电活性缺陷（空位），从而使掺杂无 效的效应 21 少子寿命控制途径？ 1.掌握材料原本具有的少数载流子寿命在材料或器件加工过程中被改变的规律 2.人为改变复合中心的性质和空间分布，使载流子寿命降低到需要的大小 22 杂质扩散机制：间隙式扩散：间隙式杂质从一个间隙位置到相邻间隙位置的运动；替位 m q u τ= 式扩散：替位杂质从所占晶格位置到相邻晶格空位的运动 23离子注入：使待掺杂原子（分子）电离，加速到一定能量并注入到晶体中，经退火激活 杂质，达到掺杂目的。 24什么是热退火，其作用是什么？ 热退火即在一定温度下进行热处理。 热退火作用： ① 消除损伤 ② 激活杂质 25简述pn 结二极管主要的工艺流程 1.氧化：热生长一层氧化层做为扩散的掩蔽膜2光刻#1：在氧化层上刻蚀出扩散窗口，这个 窗口最终也将成为pn 结二极管的位置； 3磷扩散 ：磷的预淀积和磷的再分布，在未被氧 化层保护的区域形成了n-p 结；4镀金属（溅射铝）在整个硅片表面上形成很薄金属膜 5光刻#2：去除扩散结区域之外的多余的金属薄膜。 26分别定性地画出正向偏置、反向偏置时pn 结能带图，并与平衡时 pn 结能带图进行比较 正向偏置 反向偏置 1正偏置时pn 结能带图比平衡时空间电荷区窄，势垒高度低。 2反偏置时pn 结能带图比平衡时空间电荷区宽，势垒高度高。 27对于固液界面，解释光滑界面和粗糙界面的概念。其晶体长大的机理如何？说明温度梯度对于晶体长大方式的影响。 光滑界面：界面为一个原子厚的过渡层，与液相截然分开，界面上各处晶体学表面取向不同，从宏观上看界面是曲折，锯齿形小平面。 粗糙界面：界面上有一半位置为原子占据，一半为空位，界面有几个原子厚的过渡层组成，这种微观上粗糙的界面在宏观上是平直的。 粗糙界面上大约有50%的原子空位，这些位置都可接受原子，故液体的原子可以单个进入空位，与晶体相连接，晶体以连续生长的方式长大。 光滑界面晶体的长大，不是单个原子的附着，而是均匀形核的方式，在晶体小平面上以一个原子层厚的二维晶核长大，若晶体的光滑界面存在有螺位错的露头，则该界面成为螺旋面，原子附着到台阶上以螺旋长大方式长大 正温度梯度，微观粗糙界面以连续生长方式长大，需要小的过冷度。微观光滑界面按二维晶核方式长大，需要过冷度较大 负温度梯度下，微观粗糙界面以树枝状方式生长。微观光滑界面也有树枝状长大的倾向，但往往不甚明显。 28何谓平衡分凝系数和有效分凝系数？ 根据两相平衡时固相杂质浓度和液相杂质浓度定义的分凝系数叫做平衡分凝系数 实际熔体中的杂质分布在冷凝过程中并不均匀，固 -液界面附近的液相杂质浓度并不等于相图上的平衡浓度。于是，工程实际中只能利用扩散区外熔体的杂质浓度来定义分凝系数，称为有效分凝系数。 29简述区域提纯的原理，区域提纯重复次数越高，提纯效果就越好吗？ 原理： P N Ε 内 D P N Ε内 对于长度有限的晶体，由于k<<1的杂质在第一次区熔提纯后已经形成了前低后高的浓度梯度，以后每次提纯时，杂质会通过溶化的界面向熔区倒流而提高熔区的平均杂质浓度。所以，就同一位置的熔区而言，后续每次的平均杂质浓度都会较前一次有所提高。若重复区熔数次之后，任意位置上熔区的平均杂质浓 的程度，则此时的提纯效果为零，因为 1 () n n n S L S C kC x C- == ，所 以，重复区熔有一个极限次数n，超过n此后就不再有提纯效果。 30单晶半导体材料制备技术主要有哪三类？画出制备装置原理简图，简述其制备原理和优缺点。 1.布里奇曼Bridgman法 2. 直拉生长Czochralski法 3.区熔生长布里奇曼法的主要缺点是熔体 需要盛在石英舟或其他用高温稳定材料制成的容器内。 这除了导致舟壁对生长材料的严重站污之外，舟材料与 生长材料在热膨胀系数上的差异还会使晶锭存在很严 重的生长应力，从而使原子排列严重偏离理想状态，产 生高密度的晶格缺陷。 3.区熔生长的原理：因为硅密度低(2.42g/cm3)、表面 张力大(720达因/厘米)，加上高频电场产生的悬浮力的 作用支撑着熔融硅，使之与硅棒牢牢地粘附在一起。然 后，把一根经过定向的籽晶使其绕垂直轴旋转并从下面 插入熔体中，象直拉工艺所采用的方法一样，慢慢向下 抽拉籽晶，于是单晶就生长出来了。 31区熔硅单晶的掺杂方法有哪些？(1) 填装法：这种方法较适用于分凝系数较小的杂质，如Ga (分凝系数为0.008)、In (分凝系数为0.0004)等。这种方法是在原料棒接近圆锥体的部位钻一个小洞，把掺杂原料填塞在小洞里，依靠分凝效应使杂质在单晶的轴向分布趋于均匀。(2)气相掺杂法：这种掺杂方法是将易挥发的PH3 (N型)或B2H6(P型)气体直接吹入熔区内。这是目前最普遍使用的掺杂方法之一，所使用的掺杂气体必须用氧气稀释喷嘴后，再吹入熔区(3)中子嬗变掺杂(NTD) 32直拉单晶硅的基本设备有哪些？cz法的基本设备有:炉体、晶体及坩埚的升降和传动部分、电器控制部分和气体控制部分，此外还有热场的配置热场包括石英坩埚、石墨坩埚、加热器、保温层等 33单晶硅籽晶常用的有哪些晶向？生长的单晶具有怎样的棱线？ 目前用得最多的有 [111]和[100]晶向。用 [11l]晶向籽晶生长的单晶它具有三条对称的棱线，互成 120 °分布;用 [100]晶向的籽晶，它具有四条互成90 °分布的对称棱线。 34画出直拉单晶硅工艺流程图，简述其生产过程。 35直拉法中熔体的对流方式有哪些？热源引起的自然对流，表面张力引起的对流，晶体生长引起的对流，晶体转动引起的对流，坩埚转动引起的对流。 36实现多晶硅定向凝固生长的四种方法是哪些？各有何特点？ 实现多晶硅定向凝固生长的四种方法： 布里曼法：坩埚和热源在凝固开始时作相对位移，分液相区和凝固区，液相区和凝固区用隔热板隔开。液固界面交界处的温度梯度必须>0，即dT/dx>0，温度梯度接近于常数。 热交换法：坩埚和热源在熔化及凝固整个过程中均无相对位移。一般在坩埚底部置一热开关，熔化时热开关关闭，起隔热作用；凝固开始时热开关打开，以增强坩埚底部散热强度。长晶速度受坩埚底部散热强度控制，如用水冷，则受冷却水流量（及进出水温差）所控制。 电磁铸锭法：综合了冷坩埚感应熔炼与连续铸造原理，集两者优点与一体，电磁感应加热连续铸造过程中，颗粒硅料经加料器以一定的速度连续进入坩埚熔体中，通过熔体预热及线圈感应加热熔化，随下部硅锭一起向下抽拉凝固，从而实现过程的连续操作。由于硅在低温下电阻不满足感应加热的条件，所以起初坩埚底部加以石墨底托进行预热启熔。感应熔炼过程中，熔体与坩埚无接触或软接触，有效避免了坩埚对熔体的污染，冷坩埚寿命长，可重复利用，有利于成本的降低;由于电磁力的搅拌作用及连续铸造，铸锭性能稳定、均匀，避免了常规浇注法过程中因杂质分凝导致的铸锭头尾质量较差、需切除的现象，材料利用率高;连续铸造有利于生产效率的提高，己达30 kg/ h左右 浇铸法：浇注法工艺成熟、设备简单、易于操作控制，目能实现半连续化生产，其熔化、结晶、冷却都分别位于不同的地方，有利于生产效率的提高和能耗的降低;然而，其熔炼与结晶成形在不同的坩埚中进行，容易造成熔体一次污染，同时受熔炼坩埚及翻转机械的限制，炉产量较小，目前所生产多晶硅通常为等轴状，由于晶界、亚晶界的不利影响，电池转换效率较低。 37画出热交换法铸造多晶硅的硅片加工的流程图。简述其生产过程。其生产对坩埚有何要求？坩埚制造过程如何？多晶硅片加工的具体流程如下:装料-熔化-定向生长-冷却凝固-Si锭出炉-破锭-多线切割-Si 片清洗-包装。生产过程：1.装料:将清洗后的或免洗的Si料装入喷有氮化硅的涂层的石英坩埚内，整体放置在定向凝固块上，下炉罩上升与上炉罩合拢，抽真空，并通入氩气作为保护气体，炉内压力大致保持在4～6×104Pa左右;2.加热:利用均布于四周的石墨加热器按设定的速率缓慢加热，去除炉内设施及Si料表面吸附的湿气等;3.熔化:增大加热功率，使炉内温度达到1540℃左右的Si料熔化温度并保持至Si料完全熔化;4.长晶:Si料熔化结束后，适当减小加热功率，工作区温度降至1430℃左右的Si熔点温度，缓慢提升隔热笼，使石英坩埚底部的定向凝固块慢慢露出加热区，形成垂直方向的大于0℃的温度梯度，坩埚中Si的温度自底部开始降低并形成固液界而，多晶开始在底部形成，随着隔热笼的提升，水平的固液界而也逐渐上升，多晶硅呈柱状向上生长，生长过程中需要尽量保持水平方向的零温度梯度，直至晶体生长完成，该过程视装料的多少而定，约需要20～30h ; 5.退火:长晶完成后，由于坩埚中Si料的上部和下部存在较大的温差，这时的多晶硅锭会存在定的热应力，容易在后道剖锭、切片和电池制造过程中碎裂，囚此，长晶后应保温在Si熔点附近段时间以使整个晶锭的温度逐渐均匀，减少或消除热应力; 6.冷却:退火后，加热器停止加热并通入大流量氩气，使炉内温度逐渐降低，气压逐渐回升直至达到大气压及容许的出锭温度; 7.出锭:降低下炉罩，露出固定其上的坩埚，用专用的装卸料叉车将坩埚叉出; 8.破锭:利用剖锭机将多晶硅锭上易吸收杂质的上下表而及周边切除，按所需Si片尺寸(如125×125mm 规格或156×156mm规格)切割成均匀的方形Si柱; 9.切片:用多线切割机将方形Si柱切割成厚度为220mm左右的多晶硅片; 10.清洗、包装:清洗切好的Si片以去除切削液及表而的其他残余物，烘干后包装待用，工艺结束。 生产对坩埚的要求：在石英坩埚内壁表面进行氮化硅喷涂，防止在铸锭时硅液与坩埚壁直接接触发生粘连。 坩埚制造过程：检查坩埚→坩埚预热→配制氮化硅粉→加热纯水→搅拌氮化硅液体→喷涂作业→检查坩埚涂层→摆放坩埚→检查程序→启动烧结 38多晶硅铸锭炉设备组成有哪些？ 抽真空系统加，热系统测温系统，保温层升降系统，压力控制系统，其它辅助系统 多晶硅的三大生产工艺之比较 从西门子法到改良西门子法的演进是一个从开环到闭环的过程。 1955年，德国西门子开发出以氢气(H2)还原高纯度三氯氢硅(SiHCl3)，在加热到1100℃左右的硅芯(也称“硅棒”)上沉积多晶硅的生产工艺;1957年，这种多晶硅生产工艺开始应用于工业化生产，被外界称为“西门子法”。 由于西门子法生产多晶硅存在转化率低，副产品排放污染严重(例如四氯化硅SiCl4)的主要问题，升级版的改良西门子法被有针对性地推出。改良西门子法即在西门子法的基础上增加了尾气回收和四氯化硅氢化工艺，实现了生产过程的闭路循环，既可以避免剧毒副产品直接排放污染环境，又实现了原料的循环利用、大大降低了生产成本(针对单次转化率低)。因此，改良西门子法又被称为“闭环西门子法”。 改良西门子法一直是多晶硅生产最主要的工艺方法，目前全世界有超过85%的多晶硅是采用改良西门子法生产的。过去很长一段时间改良西门子法主要用来生产半导体行业电子级多晶硅(纯度在99.9999999%～99.999999999%，即9N～11N的多晶硅);光伏市场兴起之后，太阳能级多晶硅(对纯度的要求低于电子级)的产量迅速上升并大大超过了电子级多晶硅，改良西门法也成为太阳能级多晶硅最主要的生产方法。 2.改良西门子法生产多晶硅的工艺流程 (改良西门子法工艺流程示意图) 改良西门子法是一种化学方法，首先利用冶金硅(纯度要求在99.5%以上)与氯化氢(HCl)合成产生便于提纯的三氯氢硅气体(SiHCl3，下文简称TCS)，然后将TCS精馏提纯，最后通过还原反应和化学气相沉积(CVD)将高纯度的TCS转化为高纯度的多晶硅。 在TCS还原为多晶硅的过程中，会有大量的剧毒副产品四氯化硅(SiCl4，下文简称STC)生成。改良西门子法通过尾气回收系统将还原反应的尾气回收、分离后，把回收的STC送到氢化反应环节将其转化为TCS，并与尾气中分离出来的TCS一起送入精馏提纯系统循环利用，尾气中分离出来的氢气被送回还原炉，氯化氢被送回TCS合成装置，均实现了闭路循环利用。这是改良西门子法和传统西门子法最大的区别。 1单晶硅与多晶硅的应用和区别 多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。被称为“微电子大厦的基石”。 在太阳能利用上，单晶硅和多晶硅也发挥着巨大的作用。虽然从目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，就必须提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本。从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。 从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为；[1]可供应太阳电池的头尾料愈来愈少；[2] 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；[3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；[4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过14％。据报道，目前在50～60微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过16％。利用机械刻槽、丝网印刷技术在100平方厘米多晶上效率超过17％，无机械刻槽在同样面积上效率达到16％，采用埋栅结构，机械刻槽在130平方厘米的多晶上电池效率达到15.8％。 多晶硅与单晶硅的差别 请问多晶硅与单晶硅的差别是什么?国内有那些厂家在生产这两种产品? 多晶硅是单质硅的一种形态。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成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。 一、国际多晶硅产业概况 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能电池的主流材料。 多晶硅生产工艺学 绪论 一、硅材料的发展概况半导体材料是电子技术的基础，早在十九世纪末，人们就发现了半导体材料，而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的，五十年代以后锗为主，由于锗晶体管大量生产、应用，促进了半导体工业的出现，到了六十年代，硅成为主要应用的半导体材料，到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展，一些化合物半导体和混晶半导体材料：如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料（如萘、蒽、以及金属衍生物等）在一定范围内也有其半导休特性，也开始得到了应用。 半导休材料硅的生产历史是比较年青的，约30 年。美国是从 1949?1951年从事半导体硅的制取研究和生产的。几年后其产量就翻了几翻，日本、西德、捷克斯洛伐克，丹麦等国家的生产量也相当可观的。 从多晶硅产量来看，就79 年来说，美国产量1620?1670 吨日本420 ?440 吨。西德700?800 吨。预计到85 年美国的产量将达到2700 吨、日本1040 吨、西德瓦克化学电子有限公司的产量将达到3000 吨。 我国多晶硅生产比较分散，真正生产由58 年有色金属研究院开始研究，65 年投入生产。从产量来说是由少到多，到七七年产量仅达70?80吨，预计到85年达到300吨左右。 二、硅的应用半导体材料之所以被广泛利用的原因是：耐高压、硅器件体积小，效率高，寿命长，及可靠性好等优点，为此硅材料越来越多地应用在半导体器件上。硅的用途： 1、作电子整流器和可控硅整流器，用于电气铁道机床，电解食盐，有色金属电解、各种机床的控制部分、汽车等整流设备上，用以代替直流发电机组，水银整流器等设备。 2、硅二极管，用于电气测定仪器，电子计算机装置，微波通讯装置等。 3、晶体管及集成电路，用于各种无线电装置，自动电话交换台，自动控制系统，电视摄相机的接收机，计测仪器髟来代替真空管，在各种无线电设备作为放大器和振荡器。 4、太阳能电池，以单晶硅做成的太阳能电池，可以直接将太阳能转变为电能。 三、提高多晶硅质量的措施和途径：为了满足器件的要求，硅材料的质量好坏，直接关系到晶体管的合格率与电学性能，随着大规模集成电路和MOS 集成电路的发展而获得电路的高可靠性，适应性。因此对半导体材料硅的要求越来越高。 1、提高多晶硅产品质量的措施：在生产过程中，主要矛盾是如何稳定产品的质 量问题，搞好工艺卫生是一项最重要的操作技术，在生产实践中要树立 2020年高纯多晶硅企业发展战略规划 2020年9月 目录 一、战略规划目标 (3) 二、采取的措施及实施效果 (3) 1、持续进行研发投入，掌握产品核心技术 (3) 2、持续扩充产能，提升公司市场份额 (4) 3、坚持产品质量为本，不断提升服务水平 (5) 4、完善内部管理结构，提高管理水平 (5) 三、未来实施规划 (5) 1、产品技术规划 (5) 2、人力资源规划 (6) 3、供应链实施计划 (6) 4、市场发展规划 (7) 5、业务发展与资金筹措规划 (7) 一、战略规划目标 公司将持续聚焦于太阳能光伏多晶硅产业，巩固现有的技术和成本优势，继续在产品质量上保持领先，扩大生产规模，为全球光伏产业提供高质量多晶硅，推动光伏平价上网，将太阳能光伏打造成可持续、最清洁和最经济的能源之一，为解决全球能源和环境问题贡献大全智慧和大全方案。在此基础上，公司将凭借行业领先的多晶硅研发和技术优势，全力实现在半导体高纯多晶硅领域内的突破，强化核心竞争力，开拓新的业务增长点，提升盈利能力，为中国半导体行业多晶硅原材料的自主可控做出贡献。 二、采取的措施及实施效果 近几年，公司为实现战略目标已采取的措施包括持续加大技术研发投入、持续扩充产能、提升质量管控、完善内部管理结构，有效地提高了公司核心竞争力和市场地位。 1、持续进行研发投入，掌握产品核心技术 公司不断加大研发投入，研发支出呈快速增长趋势。公司在加强自身研发实力的同时，重视与技术咨询机构、高校及科研院所的合作，积极借助外部研发机构的力量，努力提升公司整体的技术水平。 通过持续的自主研发并辅以外部引进并吸收升级的技术，公司已经掌握了一系列具有竞争力的核心技术，包括精馏耦合技术、四氯化 多晶硅生产工艺流程(简介) -------------------------来自于网络收集多晶硅生产工艺流程,多晶硅最主要的工艺包括，三氯氢硅合成、四氯化硅的热氢化（有的采用氯氢化），精馏，还原，尾气回收，还有一些小的主项，制氢、氯化氢合成、废气废液的处理、硅棒的整理等等。 主要反应包括：Si+HCl---SiHCl3+H2（三氯氢硅合 成）;SiCl4+H2---SiHCl3+HCl（热氢化）;SiHCl3+H2---SiCl4+HCl+Si （还原）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、硅烷法和流化床法。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。 西门子改良法生产工艺如下： 这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。改良西门子工艺 法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。 （1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅， 其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑ （2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。 其化学反应Si+HCl→SiHCl3+H2↑ 反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物 (Н2,НС1,SiНС13,SiC14,Si)。 （3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝SiНС13,SiC14，而气态Н2,НС1返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiНС13,SiC14，净化三氯氢硅（多级精馏）。 多晶硅项目 申报材料 规划设计/投资分析/产业运营 摘要说明— 晶硅作为光伏产业链上游环节，不同于硅片、电池、组件环节的物理性工艺，多晶硅生产为化工提纯工艺。从技术来看，多晶硅为产业链四大主环节中技术难度最高的环节。 该多晶硅项目计划总投资12432.00万元，其中：固定资产投资10343.02万元，占项目总投资的83.20%；流动资金2088.98万元，占项目总投资的16.80%。 达产年营业收入20235.00万元，总成本费用15629.71万元，税金及附加242.12万元，利润总额4605.29万元，利税总额5482.62万元，税后净利润3453.97万元，达产年纳税总额2028.65万元；达产年投资利润率37.04%，投资利税率44.10%，投资回报率27.78%，全部投资回收期5.10年，提供就业职位331个。 报告内容：项目概况、项目背景及必要性、项目市场分析、建设规划方案、项目建设地研究、土建方案说明、工艺原则、项目环境保护分析、项目安全卫生、项目风险性分析、节能、实施进度计划、投资计划方案、项目经济效益、总结及建议等。 规划设计/投资分析/产业运营 多晶硅项目申报材料目录 第一章项目概况 第二章项目背景及必要性第三章建设规划方案 第四章项目建设地研究 第五章土建方案说明 第六章工艺原则 第七章项目环境保护分析第八章项目安全卫生 第九章项目风险性分析 第十章节能 第十一章实施进度计划 第十二章投资计划方案 第十三章项目经济效益 第十四章招标方案 第十五章总结及建议 第一章项目概况 一、项目承办单位基本情况 （一）公司名称 xxx实业发展公司 （二）公司简介 公司在发展中始终坚持以创新为源动力，不断投入巨资引入先进研发设备，更新思想观念，依托优秀的人才、完善的信息、现代科技技术等优势，不断加大新产品的研发力度，以实现公司的永续经营和品牌发展。 公司生产的项目产品系列产品，各项技术指标已经达到国内同类产品的领先水平，可广泛应用于国民经济相关的各个领域，产品受到了广大用户的一致好评；公司设备先进，技术实力雄厚，拥有一批多年从事项目产品研制、开发、制造、管理、销售的人才团队，企业管理人员经验丰富，其知识、年龄结构合理，具备配合高端制造研发新品的能力，保障了企业的可持续发展；在原料供应链及产品销售渠道方面，已经与主要原材料供应商及主要目标客户达成战略合作意向，在工艺设计和生产布局以及设备选型方面采用了系统优化设计，充分考虑了自动化生产、智能化节电、节水和互联网技术的应用，产品远销全国二十余个省、市、自治区，并部分出口东南亚、欧洲各国，深受广大客户的欢迎。公司致力于创新求发展，近年来不断加大研发投入，建立企业技术研发中心，并与国内多所大专院 改良西门子法生产多晶硅工艺流程 1. 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，均由供货商回收再利用。 2. 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。 3. 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 多晶硅的基础知识 重要的半导体材料，化学元素符号Si，[wiki]电子[/wiki]工业上使用的硅应具有高纯度和优良的电学和[wiki]机械[/wiki]等性能。硅是产量最大、应用最广的半导体材料，它的产量和用量标志着一个国家的电子工业水平。 在研究和生产中，硅材料与硅器件相互促进。在第二次世界大战中，开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。所用的硅纯度很低又非单晶体。1950年制出第一只硅晶体管，提高了人们制备优质硅单晶的兴趣。1952年用直拉法(CZ)培育硅单晶成功。1953年又研究出无坩埚区域熔化法(FZ)，既可进行物理提纯又能拉制单晶。1955年开始采用锌还原四氯化硅法生产纯硅，但不能满足制造晶体管的要求。1956年研究成功[wiki]氢[/wiki]还原三氯氢硅法。对硅中微量杂质又经过一段时间的探索后，氢还原三氯氢硅法成为一种主要的方法。到1960年，用这种方法进行工业生产已具规模。硅整流器与硅闸流管的问世促使硅材料的生产一跃而居半导体材料的首位。60年代硅外延生长单晶技术和硅平面工艺的出现，不但使硅晶体管制造技术趋于成熟，而且促使集成电路迅速发展。80年代初全世界多晶硅产量已达2500吨。硅还是有前途的太阳电池材料之一。用多晶硅制造太阳电池的技术已经成熟；无定形非晶硅膜的研究进展迅速；非晶硅太阳电池开始进入市场。 化学成分硅是元素半导体。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于0.4ppb和0.1ppb。拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质，它们的存在会使PN结性能变坏。硅中碳含量较高，低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。硅中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5～40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm硅的性质硅具有优良的半导体电学性质。禁带宽度适中，为1.21电子伏。载流子迁移率较高，电子迁移率为1350厘米2/伏?秒，空穴迁移率为480厘米2/伏?秒。本征电阻率在室温(300K)下高达2.3×105欧?厘米,掺杂后电阻率可控制在104～10-4 欧?厘米的宽广范围内，能满足制造各种器件的需要。硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。热导率较大。化学性质稳定，又易于形成稳定的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护，还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路。上述性质使PN结具有良好特性，使硅器件具有耐高压、反向漏电流小、效率高、使用寿命长、可靠性好、热传导好，并能在200高温下运行等优点。 硅单晶的主要技术参数硅单晶主要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。 导电类型导电类型由掺入的施主或受主杂质决定。P型单晶多掺硼，N型单晶多掺磷,外延片衬底用N型单晶掺锑或砷。 电阻率与均匀度拉制单晶时掺入一定杂质以控制单晶的电阻率。由于杂质分布不匀，电阻率也不均匀。电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度。它直接影响器件参数的一致性和成品率。 非平衡载流子寿命光照或电注入产生的附加电子和空穴瞬即复合而消失，它们平均存在的时间称为非平衡载流子的寿命。非平衡载流子寿命同器件放大倍数、反向电流和开关特性等均有关系。寿命值又间接地反映硅单晶的纯度，存在重金属杂质会使寿命值大大降低。 晶向与晶向偏离度常用的单晶晶向多为(111)和(100)（见图）。晶体的轴与晶体方向不吻合时，其偏离的角度称为晶向偏离度。 晶体缺陷生产电子器件用的硅单晶除对位错密度有一定限制外，不允许有小角度晶界、位错排、星形结构等缺陷存在。位错密度低于200/厘米2者称为无位错单晶，无位错硅单晶占产量的大多数。在无位错硅单晶中还存在杂质原子、空位团、自间隙原子团、氧碳 在【技术应用】单晶、多晶硅片生产工艺流程详解（上）中，笔者介绍了单晶和多晶硅片工艺流程的前半部分，概述了一些工艺流程和概念，以及术语的相关知识。而本文则是从切片工艺开始了解，到磨片和吸杂，看硅片如何蜕变。 切片 切片综述 当单晶硅棒送至硅片生产区域时，晶棒已经过了头尾切除、滚磨、参考面磨制的过程，直接粘上碳板，再与切块粘接就能进行切片加工了。 为了能切割下单个的硅片，晶棒必须以某种方式进行切割。切片过程有一些要求：能按晶体的一特定的方向进行切割；切割面尽可能平整；引入硅片的损伤尽可能的少；材料的损失尽量少。 碳板 当硅片从晶棒上切割下来时，需要有某样东西能防止硅片松散地掉落下来。有代表性的 是用碳板与晶棒通过环氧粘合在一起从而使硅片从晶棒上切割下来后，仍粘在碳板上。 碳板不是粘接板的唯一选择，任何种类的粘接板和环氧结合剂都必须有以下几个特性：能支持硅片，防止其在切片过程中掉落并能容易地从粘板和环氧上剥离；还能保护硅片不受 污染。其它粘板材料还有陶瓷和环氧。 石墨 是一种用来支撑硅片的坚硬材料，它被做成与晶棒粘接部位一致的形状。大多数情况下， 碳板应严格地沿着晶棒的参考面粘接，这样碳板就能加工成矩形长条。当然，碳板也可以和 晶棒的其它部位粘接，但同样应与该部位形状一致。碳板的形状很重要，因为它要求能在碳板和晶棒间使用尽可能少的环氧和尽量短的距离。这个距离要求尽量短，因为环氧是一种相 当软的材料而碳板和晶棒是很硬的材料。当刀片从硬的材料切到软的材料再到硬的材料，可能会引起硅片碎裂。 这里有一些选择环氧类型参考：强度、移动性和污染程度。粘接碳板与晶棒的环氧应有足够强的粘度，才能支持硅片直到整根晶棒切割完成，因此，它必须能很容易地从硅片上移走，只有最小量的污染。 刀片 当从晶棒上切割下硅片时，期望切面平整、损伤小、沿特定方向切割并且损失的材料尽量小。有一个速度快、安全可靠、经济的切割方法是很值得的。 在半导体企业，两种通常被应用的方法是环型切割和线切割。环型切割通常是指内圆切 割，是将晶棒切割为硅片的最广泛采用的方法。 内圆切割 多晶硅生产工艺流程 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】 多晶硅生产工艺流程(简介) -------------------------来自于网络收集 多晶硅生产工艺流程,多晶硅最主要的工艺包括，三氯氢硅合成、四氯化硅的热氢化（有的采用氯氢化），精馏，还原，尾气回收，还有一些小的主项，制氢、氯化氢合成、废气废液的处理、硅棒的整理等等。 主要反应包括：Si+HCl---SiHCl3+H2（三氯氢硅合成）;SiCl4+H2---SiHCl3+HCl（热氢化）;SiHCl3+H2---SiCl4+HCl+Si（还原）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、硅烷法和流化床法。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。 西门子改良法生产工艺如下： 这种方法的优点是节能降耗显着、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。 （1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅， 其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑ ３３２ 二 ○一二年第二十三期 华章 M a g n i f i c e n t W r i t i n g 孙翌华，延安大学西安创新学院。 作者简介：中国多晶硅行业发展现状分析 孙翌华 （延安大学西安创新学院，陕西西安710100） ［摘要］中国多晶硅行业外部环境已出现明显变化，多晶硅供求平衡矛盾仍未得到彻底缓解，多晶硅行业发展趋 势是进一步集约化。 ［关键词］多晶硅；成本；供求1、中国多晶硅行业外部环境分析 目前，除保利协鑫、大全新能源等少数企业较好的生产状态，九成以上的中国多晶硅企业均处于停产状态。中国多晶硅行业发展外部环境异常严峻，主要体现在以下几点： 1.1光伏产业调整期尚未结束。2011年下半年以来，光伏产业进入调整期，组件产品价格快速下滑，最终引致上游的多晶硅价格大跌。2011年全球光伏新增装机为29.67GW ，较2010年增长76.4%。尽管光伏终端市场依然保持了高速增长，但由于供给端增长过快，例如中国组件产能超过40GW ，多晶硅、硅片、电池等环节也出现产能相对过剩局面。 2012年上半年，光伏产业调整进入深化阶段，原本还在30%毛利率以上的多晶硅环节深受影响，价格大幅跳水。 1.2中国多晶硅企业正面临国外厂商的低价竞争。截止2012年6月29日，中国商务部已经收到了保利协鑫等国内多晶硅厂商的申请，希望来自美韩的多晶硅出口倾销行为进行调查、征收反倾销税，中国商务部尚未正式进行立案调查。Hemlock 、REC 、OCI 等美韩多晶硅价格已经跌至20美元/公斤左右，低于国内多晶硅厂商的市场价格，即使是身为国内多晶硅领头羊的保利协鑫也难以长期承受如此的价格竞争。 1.3多晶硅下游市场需求增长前景不确定。全球光伏产业经历了多年的高速增长后，增速趋缓，传统的光伏市场大国德国将稳定在6GW 左右，而意大利财政经济基础较之德国薄弱，受到欧债危机的冲击较大，光伏市场也难以再现高速增长态势。新兴市场国家已经启动，中国、美国、日本等有望逐渐成为光伏市场新的亮点，但受到国际国内多方面因素的影响，新兴市场国家短时间内难以取代欧洲的光伏市场地位。全球光伏市场增速放缓、增长前景不确定给中国多晶硅行业发展带来多重变数。 2、中国多晶硅供求现状 笔者预测，中国多晶硅行业的供求状况将在2013年下半年以后得以彻底改观，届时光伏产业链各环节也将达到相对平衡状态。 2.1多晶硅供求情况。 2.1.12011全年、2012年1—5月全球多晶硅供应、需求量。2011年，全球多晶硅总产量达到24万吨，预计2012年仍将有30%左右的增长，超过30万吨。 2011年多晶硅需求量大约为19万吨，其中电子级多晶硅需 求量2.7万吨，太阳能级多晶硅需求量16.3万吨，预计2012年太阳能级多晶硅需求量将在18万吨左右。 整体上看，2012年全球多晶硅供给仍处于相对过剩状态。2.1.22011全年、2012年1—5月中国多晶硅进口量。2011 年中国总计进口多晶硅64613.86吨，其中，从韩国进口21361吨，从美国进口17476.32吨。 2012年1—5月份中国累计进口多晶硅34034.74吨。具体来看，5月份，中国从美国进口多晶硅3269.37吨，环比增长28.47%，其所占比重为41.40%;从德国进口多晶硅2053.53吨， 环比增长69.04%，其所占比重为26.01%；从韩国进口多晶硅1752.74吨，环比增长15.05%，其所占比重为22.20%。 2.1.3中国主要多晶硅企业产能概况。中国国产多晶硅供应占到本国光伏产业需求的一半左右，中国主要多晶硅企业产能状况如表1： 2.2多晶硅企业成本竞争力概况。综合各项数据来看，中国多数多晶硅企业成本均在35美元/公斤以上，甚至部分多晶硅小企业成本在50美元/公斤以上。经过技术改造和优化生产管控，保利协鑫多晶硅成本控制在18.6美元/公斤。赛维LDK 和昱辉多晶硅成本均超过30美元/公斤。 从国外多晶硅大厂数据看，OCI 、REC 、瓦克、MEMC 、Hem-lock 等多晶硅生产成本均在25美元/公斤以下，最优水准可以做到15—20美元/公斤。中国多晶企业发展历程短，早期企业发展过程中在技术工艺设计上基本处于摸索状态，无法做到闭环生产，不但造成环保问题，而且造成单位固定资产投资远远高于国外先进水平，甚至是国外先进水平的5—10倍之多，企业因此背上沉重的折旧包袱，生产成本难具竞争力。 3、中国多晶硅行业发展的问题和趋势 中国多晶硅行业是伴随全球光伏产业的飞速发展而发展起来的，从无到有，从弱小到在全球市场占有一席之地，发展道路艰辛。目前，应正视行业发展的三大问题：（1）多晶硅行业集中度不高，企业力量分散；（2）生产工艺与国外先进水平比尚有差距，无法做到闭环生产和化工产物的有效循环利用；（3）生产成本尚不具备国际竞争力。 中国多晶硅行业发展会出现集约化趋势，未来万吨以上具备成本竞争力的多晶硅企业将成为重点培育的企业，3000吨以下的多晶硅企业将不具备规模经济优势，最终被淘汰出市场。从技术发展上，改良西门子法依然是主要技术工艺，低电耗的冷氢化工艺逐渐在更多企业推广，企业将会通过优化技术工艺实现真正的闭环生产和化工产物的有效循环利用。 【参考文献】 [1]郭力方.多晶硅停产潮波及上市公司.市场或加速分化[N ].中国证 券报，2011.12.[2]文泰.多晶硅企业停产增多.行业目前困局难破[J/OL ].证券时报 网，2011.12. 多晶硅生产工艺学 绪论 一、硅材料的发展概况 半导体材料是电子技术的基础，早在十九世纪末，人们就发现了半导体材料，而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的，五十年代以后锗为主，由于锗晶体管大量生产、应用，促进了半导体工业的出现，到了六十年代，硅成为主要应用的半导体材料，到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展，一些化合物半导体和混晶半导体材料：如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料（如萘、蒽、以及金属衍生物等）在一定范围内也有其半导休特性，也开始得到了应用。 半导休材料硅的生产历史是比较年青的，约30年。美国是从1949～1951年从事半导体硅的制取研究和生产的。几年后其产量就翻了几翻，日本、西德、捷克斯洛伐克，丹麦等国家的生产量也相当可观的。 从多晶硅产量来看，就79年来说，美国产量1620～1670吨。日本420～440吨。西德700～800吨。预计到85年美国的产量将达到2700吨、日本1040吨、西德瓦克化学电子有限公司的产量将达到3000吨。 我国多晶硅生产比较分散，真正生产由58年有色金属研究院开始研究，65年投入生产。从产量来说是由少到多，到七七年产 量仅达70～80吨，预计到85年达到300吨左右。 二、硅的应用 半导体材料之所以被广泛利用的原因是：耐高压、硅器件体积小，效率高，寿命长，及可靠性好等优点，为此硅材料越来越多地应用在半导体器件上。硅的用途： 1、作电子整流器和可控硅整流器，用于电气铁道机床，电解食盐，有色金属电解、各种机床的控制部分、汽车等整流设备上，用以代替直流发电机组，水银整流器等设备。 2、硅二极管，用于电气测定仪器，电子计算机装置，微波通讯装置等。 3、晶体管及集成电路，用于各种无线电装置，自动电话交换台，自动控制系统，电视摄相机的接收机，计测仪器髟来代替真空管，在各种无线电设备作为放大器和振荡器。 4、太阳能电池，以单晶硅做成的太阳能电池，可以直接将太阳能转变为电能。 三、提高多晶硅质量的措施和途径： 为了满足器件的要求，硅材料的质量好坏，直接关系到晶体管的合格率与电学性能，随着大规模集成电路和MOS集成电路的发展而获得电路的高可靠性，适应性。因此对半导体材料硅的要求越来越高。 1、提高多晶硅产品质量的措施： 在生产过程中，主要矛盾是如何稳定产品的质量问题，搞好 多晶硅生产工艺流程 多晶硅生产工艺流程(简介) -------------------------来自于网络收集多晶硅生产工艺流程,多晶硅最主要的工艺包括，三氯氢硅合 成、四氯化硅的热氢化（有的采用氯氢化），精馏，还原，尾气回收，还有一些小的主项，制氢、氯化氢合成、废气废液的处理、硅 棒的整理等等。 主要反应包括：Si+HCl---SiHCl3+H2（三氯氢硅合 成）;SiCl4+H2---SiHCl3+HCl（热氢化）;SiHCl3+H2--- SiCl4+HCl+Si（还原）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、硅烷法和流化床法。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。 西门子改良法生产工艺如下： 这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合 利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。改良西门子 工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾 床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏 塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、 清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站， 变配电站，净化厂房等。 （1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅， 其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑ （2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。 其化学反应Si+HCl→SiHCl3+H2↑ 反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物(Н2,НС1,SiНС13,SiC14,Si) 。 （3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝SiНС13,SiC14，而气态Н2,НС１返回到反应中 多晶硅产品 的用途与生产工艺简介 黎展荣编写 2008-03-15 多晶硅产品的用途与生产工艺简介 讲课提纲： 一、多晶硅产品的用途 二、国内外多晶硅生产情况与市场分析 三、多晶硅生产方法 四、多晶硅生产的主要特点 五、多晶硅生产的主要工艺过程 讲课想要达到的目的： 通过介绍，希望达到以下几点目的： 1，了解半导体多晶硅有关基本概念与有关名词，为今后进一步学习、交流与提高打下基础； 2，了解多晶硅的主要用途与国内外多晶硅的生产和市场情况，热爱多晶硅事业与行业； 3，了解多晶硅生产方法和多晶硅生产的主要特点，加深对多晶硅生产工艺流程的初步认识； 4，了解公司3000吨/年多晶硅项目的主要工艺过程、工厂的概况、规模、车间工序的相互关联，有利于今后工作的开展。 一、多晶硅产品的用途 在讲多晶硅的用途前，我们先讲一讲半导体多晶硅的有关概念和有关名词。 1，什么是多晶硅？ 我们所说的多晶硅是半导体级多晶硅，或太阳能级多晶硅，它主要是用工业硅或称冶金硅（纯度98-99%）经氯化合成生产硅氯化物，将硅氯化物精制提纯后得到纯三氯氢硅，再将三氯氢硅用氢进行还原生成有金属光泽的、银灰色的、具有半导体特性产品，称为半导体级多晶硅。 2，什么是半导体？ 所谓半导体是界于导体与绝缘体性质之间的一类物质，导体、半导体与绝缘体的大概分别是以电阻率来划分的，见表1。 3，纯度表示法 半导体的纯度表示与一般产品的纯度表示是不一样的，一般产品的纯度是以主体物质的含量多少来表示，半导体的纯度是以杂质含量与主体物质含量之比来表示的。见表2。 表2 纯度表示法 外购的工业硅纯度是百分比，1个九，“1N”，98%，两个九，“2N”，99%，是指扣除测定的杂质元素重量后，其余作为硅的含量（纯度）。如工业硅中Fe≤0.4%,AL≤0.3%,Ca≤0.3%,共≤1%, 则工业硅的纯度是：（100-1）X100%=99% 。 2),半导体纯度 工业硅中的B含量是0.002%(W)，则工业硅纯度对硼来说被视为99.998%，即4N（对B来说）。 半导体硅中的B含量，如P型电阻率是3000Ω.Cm时，查曲线图得B的原子数为4.3X1012原子/Cm3，则半导体的纯度是：4.3X1012 /4.99X1022=0.86X10-10=8.6X10-11(~11N，0.086PPba),或(4.3X1012 X10.81) /(4.99X1022X28)=0.33X10-10=0.033PPbw=3.3X10-11(~11N)。 对B来说，从工业硅的4N提高到11N，纯度提高7个数量级（，千万倍）即B杂质含量要降低6个数量级（1000000，百万倍），因此生产半导体级多晶硅是比较困难的。 3),集成电路的元件数 集成电路的元件数的比较，列于表3。集成电路的集成度越高，则对硅材料纯度的要求越高。 表3 集成电路的元件数比较 据报导：日本在6.1X5.8 mm的硅芯片上制出的VLSI有15万6千多个元件 4),硅片（单晶硅）发展迅速 硅片（单晶硅）发展迅速，见表4。 大规模生产中多晶硅直径一般公认为是120-150 mm比较合适，也研发过200-250 mm。 5),多晶硅、单晶硅、硅片与硅外延片 多晶硅：内部硅原子的排列是不规则的杂乱无章的。 单晶硅：内部硅原子的排列是有规则的（生产用原料是多晶硅）。 硅片：单晶硅经滚磨、定向后切成硅片，分磨片与抛光片。 硅外延片：抛光片经清洗处理后用CVD方法在其上再生长一层具有需求电阻率的单晶硅层，目前 2012年上半年中国多晶硅行业概况 一、全球光伏产业政策与市场变化情况 2012年上半年，随着欧洲各国债务额的大幅增长，针对新能源技术政策补贴纷纷缩减。 德国：德国最新的方案计划自2012年3月9日起削减上网电价补贴，以此消除因补贴变动而引发的抢装热潮。其中，10MW以上的光伏系统补贴将在今年7月1日后彻底取消，新建小型系统仅能获得所发电量85%的补贴。自5月起，所有新建光伏系统的补贴将每月削减0.15欧分/千瓦时。自2014年起光伏系统年装机量将持续下降至400MW左右，自2017年起装机量将介于900至1900MW。此次FIT下调基本上未给投资商留下反应时间，减弱了抢装效应。理论上此政策变动可达到政府的调控目的，预计德国全年市场约为5GW。 意大利：2012年上半年和下半年将分两次进行8-12%的进一步下调；2013-2016年，按照每个季度进行4%的下调。2012年下半年将不设立大型光伏电站项目登记处；停止对农业用地的大型光伏系统发放补贴。意大利第五能源法案已于8月27日启动，预算总额不到5.30亿欧元。 西班牙：西班牙政府于1月28日宣布，完全暂停新建可再生能源项目上网电价补贴;。西班牙工业部长Jose Manuel Soria称，这项法令将是暂时的。根据BOS 2010年的文件，2013年后西班牙将划分五类资源区，只有有效日照小时达标的项目才能获得补贴。 其他欧洲国家：以色列下调上网电价补贴23%；希腊下调上网电价补贴12.4%；韩国用可再生能源组合标准代替了上网电价补贴；瑞士削减光伏补贴18%；7月，保加利亚削减光伏补贴达50%。 在欧洲光伏市场一片惨淡的情况下，亚太、美洲地区则表现十分抢眼。 美国：奥巴马2013财政年度预算将延期“1603财政部计划”。根据EuPD 的预测，1603法案若延期1-5年，将使美国市场2012-2016的年增长率达到51%-57%。 中国：《可再生能源电价附加补助资金管理暂行办法》、“光电建筑补贴”、“金太阳”等政策密集出台，其中“金太阳”和国内大型电站装机规划得一再上 多晶硅生产工艺 一、概述 世界正从工业社会向信息社会过渡，信息技术已成为促进社会发展和进步的关键技术，信息化程度的高低已成为衡量一个国家现代化水平的标志。 微电子技术是信息技术的基础和关键技术，集成电路又是微电子技术的核心，一代又一代更为优秀的集成电路的出现，推进着全球经济一体化的进程，而半导体硅材料则是集成电路最重要的、不可替代的基础功能材料，多晶硅则是集成电路大厦的“基石” 或“粮食”。 二、多晶硅生产现状 1、我国多晶硅生产现状 我国多晶硅工业起步于50年代，60年代中期实现工业化生产，70年代初曾一度盲目发展，生产厂发展到20余家。生产工艺多采用传统西门子法，由于技术水平低、生产规模小、产品质量差、消耗指标高环境污染严重、生产成本逐年增加等原因，多数生产厂难以维持生产而停产或倒闭，生产能力急剧萎缩，与当今信息产业的高速发展和多晶硅的市场需求急骤增加极不协调。生产消耗和生产能力变化分别见表1和表2。 由上表可知，目前国内多晶硅生产规模太小，产能不断萎缩，厂家分散，工艺技术落后，装置陈旧，消耗高，环境污染严重，生产十分艰难，1999年只生产了46t，仅占世界产量的0．4％，远不能满足国内市场的需要。如不积极组建现代化的、符合经济规模的大多晶硅厂，将制约我国生产符合集成电路和分离器件要求的高档次的单晶硅和硅片。多晶硅对我国半导体工业的发展至关重要。 2、国外多晶硅生产现状 多晶硅生产主要集中在美、日、德三国，世界市场由7家公司占有，1 998年多晶硅产量为16200t，其中德山曹达、黑姆洛克、瓦克三家公司占产量的63％。见表2—3。 目前生产的多晶硅能满足集成电路及功率器件发展的技术要求，用户不经腐蚀、清洗，直接装炉。多晶硅质量指标好，产品稳定，多晶硅N型电阻率都在1000Q·cm以上。改良西门子法技术的完善与发展，使原辅材料及能耗大为降低；多晶硅生产的主要工序都应用计算机控制、设备装备水平较高。 三、我国多晶硅市场需求 1、多晶硅严重短缺 在改革开放形势下，国内市场是世界市场的一部分，两者有相同之处，但也有差别。国内集成电路的市场正是如此，差别在于国内集成电路市场需求增长比国外更为迅速，1991多晶硅的三大生产工艺之比较
单晶硅与多晶硅的应用和区别
(完整版)多晶硅生产工艺学
2020年高纯多晶硅企业发展战略规划
多晶硅生产工艺流程.doc
多晶硅项目申报材料
改良西门子法生产多晶硅工艺流程
多晶硅的基础知识
单晶多晶硅片生产工艺流程详解word版本
多晶硅生产工艺流程定稿版
中国多晶硅行业发展现状分析
多晶硅生产工艺学
多晶硅生产工艺流程电子版本
多晶硅的用途与生产工艺简介
(整理)多晶硅行业概况.
多晶硅生产工艺