畢業(yè)論文--我國(guó)高技術(shù)硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展與應(yīng)用

1、<p>　　我國(guó)高技術(shù)硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展與應(yīng)用</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　大家知道，煤，石油、天然氣等都是不可再生資源，它們用一些就少一些，不可能再重新產(chǎn)生，所以在現(xiàn)在科技高速發(fā)展，人們物質(zhì)生活需求日益增加的前提下，要想實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，就必須去探索新能源，利用可再生能源，風(fēng)能，太陽(yáng)能等這些是可以再生的，本文主要介紹與太陽(yáng)能有

2、關(guān)的材料——硅。</p><p>　　硅是地球上很豐富的元素，地表層含硅23％。硅的無(wú)機(jī)化合物很早就被利用。隨著工業(yè)的發(fā)展，特別是隨著有機(jī)碳化學(xué)的發(fā)展，化學(xué)家們開始探索硅化學(xué)以及硅一碳結(jié)合的化學(xué)。</p><p>　　硅在光伏發(fā)電和太陽(yáng)能方面有著廣泛的用途，高技術(shù)硅產(chǎn)業(yè)關(guān)系到電子信息及光伏太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的開展。經(jīng)過(guò)停止方案指點(diǎn)下的戰(zhàn)略性規(guī)劃、建設(shè)信息共享機(jī)制、完善區(qū)域開展評(píng)價(jià)體系、整合資源、增

3、強(qiáng)研發(fā)、成立國(guó)度產(chǎn)業(yè)工人基地等措施以及鼓舞中小企業(yè)配套生產(chǎn),可以培育我國(guó)硅產(chǎn)業(yè)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p>　　本文結(jié)合當(dāng)前硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r和生產(chǎn)硅的工藝流程，來(lái)說(shuō)明硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，多晶硅生產(chǎn)流程及應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　關(guān)鍵詞：硅產(chǎn)業(yè)，多晶硅生產(chǎn)工藝流程，硅的種類與應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　OUR HIGH TECHNOLOGY INDUSTRI

4、AL DEVELOPMENT AND APPLICATION OF SILICON</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　As we all know, coal, oil, natural gas, are all non-renewable resources, they use some for less, can no lo

5、nger reproduce. So now the rapid development of science and technology, increasing demand for material life of the people under the premise, in order to achieve sustainable development of society, we must to explore new

6、energy, renewable energy, wind energy, solar energy and other which can be regenerated, and this paper Introduction and solar-related material – silicon.</p><p>　　Silicon is the earth very rich elements, gro

7、und surface of silicon 23%. Silicon inorganic compounds have long used. With the development of industry, especially with the development of organic carbonization learn, chemists began to explore silicon chemistry and si

8、licon a carbon combination of chemistry.</p><p>　　Abstract: High-tech silicon industry is the foundation of the IT industry and solar energy industry. By some policies such as strategic layout based plan, in

9、formation sharing, and the assessment system and integrate resources, we can improve our global competitive ability of silicon industry.</p><p>　　Combining with the current silicon industry development condi

10、tion and production silicon process, to illustrate silicon industry, the development situation of polysilicon production process and application fields.</p><p>　　KEY WORDS: Silicon industry, Polysilicon prod

11、uction process, The types and application field silicon　　</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　前　言1</b></p><p>　　第1章硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r2</p><p>　　1.1需求與供應(yīng)狀況

12、2</p><p>　　1.2 投資與估量產(chǎn)能狀況2</p><p>　　1.3 硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)狀況3</p><p>　　1.4 我國(guó)硅產(chǎn)業(yè)中存在的基本狀況4</p><p>　　1.4.1 國(guó)內(nèi)多晶硅發(fā)展?fàn)顩r4</p><p>　　1.4.2 技術(shù)及管理 人才缺失5</p><p>　

13、　1.4.3 商業(yè)信譽(yù)效果6</p><p>　　1.5 我國(guó)硅產(chǎn)業(yè)處置方案6</p><p>　　1.5.1 方案指點(diǎn)下的戰(zhàn)略性區(qū)域規(guī)劃7</p><p>　　1.5.2 建設(shè)信息共享機(jī)制7</p><p>　　1.5.3 完善區(qū)域開展評(píng)價(jià)體系7</p><p>　　1.5.4 整合資源,協(xié)作研發(fā)8<

14、;/p><p>　　1.5.5 鼓舞開展中小企業(yè),構(gòu)成產(chǎn)業(yè)鏈配套群8</p><p>　　第二章多晶硅生產(chǎn)工藝9</p><p>　　2.1 改良西門子法9</p><p>　　2.2 硅烷法10</p><p>　　2.3 流化床法11</p><p>　　2.4 生產(chǎn)SOG硅的

15、新工藝技術(shù)12</p><p>　　2.4.1 冶金法13</p><p>　　2.4.2 氣液沉積法13</p><p>　　2.4.3 無(wú)氯技術(shù)14</p><p>　　2.4.4 碳熱還原反應(yīng)法14</p><p>　　2.4.5 鋁熱還原法15</p><p>　　

16、2.4.6 常壓碘化學(xué)氣相傳輸凈化法15</p><p>　　2.5 國(guó)內(nèi)相關(guān)工藝研究進(jìn)展15</p><p>　　2.5.1 改進(jìn)改良西門子法16</p><p>　　2.5.2 低成本生產(chǎn)SOG硅的新工藝17</p><p>　　第3章 硅的種類與應(yīng)用領(lǐng)域19</p><p>　　3.1 硅的種

17、類19</p><p>　　3.1.1 單晶硅19</p><p>　　3.1.2 多晶硅20</p><p>　　3.2 應(yīng)用領(lǐng)域21</p><p>　　3.2.1 制作電力電子器件22</p><p>　　3.2.2 制作高效率太陽(yáng)能光伏電池22</p><p>　　3 .2

18、.3 制作射頻器件和微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）23</p><p>　　3.2.4 制作各種探測(cè)器、傳感器，遠(yuǎn)紅外窗口23</p><p><b>　　結(jié)　論24</b></p><p><b>　　謝 辭25</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b&g

19、t;</p><p><b>　　外文翻譯28</b></p><p><b>　　前　言</b></p><p>　　硅在光伏發(fā)電和太陽(yáng)能方面有著廣泛的用途，高技術(shù)硅產(chǎn)業(yè)關(guān)系到電子信息及光伏太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的開展。經(jīng)過(guò)停止方案指點(diǎn)下的戰(zhàn)略性規(guī)劃、建設(shè)信息共享機(jī)制、完善區(qū)域開展評(píng)價(jià)體系、整合資源、增強(qiáng)研發(fā)、成立國(guó)度產(chǎn)業(yè)工人基地

20、等措施以及鼓舞中小企業(yè)配套生產(chǎn),可以培育我國(guó)硅產(chǎn)業(yè)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p>　　高純多晶硅是電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原料。隨著信息技術(shù)和太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的飛速開展,全球?qū)Χ嗑Ч璧男枨笤鲩L(zhǎng)迅猛,市場(chǎng)供不應(yīng)求。而我國(guó)多晶硅的自主供貨存在著嚴(yán)重的缺口,95%以上供應(yīng)受制于人,再加上價(jià)錢的暴跌,曾經(jīng)危及多晶硅下游眾多企業(yè)的發(fā)展,成為制約中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)開展的瓶頸。</p><p&

21、gt;　　“十二五”時(shí)期,是我國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)快速開展的黃金時(shí)期。但是,由于多晶硅需求量繼續(xù)加大市場(chǎng)缺口加大、價(jià)錢不時(shí)上揚(yáng)的撫慰下,國(guó)際涌現(xiàn)出一股搭上多晶硅項(xiàng)目的熱潮。近年來(lái)眾多公司投入少量資金“下馬”多晶硅生產(chǎn)項(xiàng)目,在未來(lái)一旦投產(chǎn)或是硅產(chǎn)量過(guò)剩后,產(chǎn)量的增加極有能夠會(huì)形成產(chǎn)品銷售價(jià)錢的下降。因此，高技術(shù)硅產(chǎn)業(yè)的開展效果應(yīng)引起注重。</p><p>　　本文結(jié)合當(dāng)前硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r和生產(chǎn)硅的工藝流程，來(lái)說(shuō)明硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)

22、展?fàn)顩r，多晶硅生產(chǎn)流程及應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p><b>　　硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r</b></p><p><b>　　需求與供應(yīng)狀況</b></p><p>　　已把握的資料顯示,2003年之前國(guó)際多晶硅市場(chǎng)慘淡,單晶硅生產(chǎn)量由2000年的459噸增加到2003年的1191噸,價(jià)錢較低,每公斤在50~60美元,而本錢卻要在3

23、5~45美元,基本上處于盈余形狀。從2004年末尾,多晶硅的需求量增加,由2004年2280噸到2005年3800噸,2006年5000噸;價(jià)錢則由2005年每公斤55美元左右驟然上升到2006年的200美元,2007年竟高達(dá)400美元。巨大供應(yīng)缺口使得多晶硅價(jià)格迅速飆升，也就讓一些人看到了多晶硅生產(chǎn)的巨大利益。截至2007年底,我國(guó)的多晶硅產(chǎn)能只要2000多噸,而在2009年這數(shù)字為2萬(wàn)噸。</p><p>　

24、　2003年,世界半導(dǎo)體、太陽(yáng)能電池用多晶硅的產(chǎn)量為2.315萬(wàn) 噸,同比增長(zhǎng)6.2%,供需差距3700噸;2004年到達(dá)2.5萬(wàn) 噸,同比增長(zhǎng)7.99%,供需基本堅(jiān)持平衡;2005年為2.875萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)15%,其中半導(dǎo)體級(jí)為2.025萬(wàn) 噸,太陽(yáng)能級(jí)為8500噸，半導(dǎo)體級(jí)需量約為1.9萬(wàn)噸,略有過(guò)剩,太陽(yáng)能級(jí)的需求量為1.5萬(wàn)噸,供不應(yīng)求;2006年,全球多晶硅原資料的總產(chǎn)量約3.6萬(wàn)噸 ,同比增長(zhǎng)25.22%;據(jù)有關(guān)資料標(biāo)明,

25、2007年全球共需太陽(yáng)能多晶硅3.375萬(wàn)噸,2008年則需4.55萬(wàn)噸。</p><p>　　1.2 投資與估量產(chǎn)能狀況</p><p>　　依據(jù)愛爾蘭商業(yè)通訊2007年5月份的報(bào)道,中國(guó)有硅錠生產(chǎn)企業(yè)58家(含單晶體硅和多晶體硅),硅片生產(chǎn)企業(yè)38家。從國(guó)際多晶硅項(xiàng)目的投資狀況看,達(dá)產(chǎn)的企業(yè)只要3家:洛陽(yáng)中硅、江蘇中能、四川新光,其他企業(yè)大部分在2008年末才投產(chǎn)。技術(shù)上除洛陽(yáng)中硅、重

26、慶化醫(yī)、無(wú)錫中彩外,均采用國(guó)外技術(shù)和設(shè)備。資料顯示,從2006年新投資規(guī)模及估算產(chǎn)能方面來(lái)看,云南愛硅信投資100億,最終產(chǎn)能將達(dá)1萬(wàn)噸;通威集團(tuán)投資80億,產(chǎn)能1500噸;江蘇大全先期投資40億,最終產(chǎn)能6000噸;無(wú)錫尚德投資60億,產(chǎn)能6000噸;江蘇陽(yáng)光投資30億,產(chǎn)能4000噸;洛陽(yáng)中硅投資14億,產(chǎn)能3000噸;上海神州新動(dòng)力投資18億,產(chǎn)能1500噸。加上原有投資在2008年投產(chǎn),最終我國(guó)多晶硅產(chǎn)能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出2007年全球

27、的產(chǎn)能。</p><p>　　1.3 硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)狀況</p><p>　　全球約85%的多晶硅產(chǎn)品采用改良西門子工藝,另外的15%左右主要采用流化床、硅烷法等生產(chǎn)方法,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是硅沙(SiO2)經(jīng)過(guò)提純(加碳恢復(fù))失掉純度較好的工業(yè)硅(99%左右),用工業(yè)硅+鹽酸(HCl)經(jīng)過(guò)一些化學(xué)反響(沸騰爐多次精餾塔)失掉純度很好的三氯硅烷(SiHCl3)(這個(gè)是西門子工藝的中心中間體),然后三氧

28、硅烷SiHCl3+高純度氫氣(H2)在西門子反應(yīng)爐中反應(yīng)失掉純度極高的電子級(jí)高純度硅或太陽(yáng)能級(jí)高純度硅。這種方法也是目前少量新上的項(xiàng)目常用的方法。超過(guò)95%的技術(shù)和產(chǎn)量控制在多晶硅7巨頭手中。目前,日本、德國(guó)都在積極開發(fā)新的加工技術(shù)。日本運(yùn)用電切割或激光切割的方法,可以使硅片的厚度到達(dá)約80微米厚甚至更薄,加工進(jìn)程簡(jiǎn)直沒有硅片消耗,而且這還是硅片發(fā)揮熱效率的最佳厚度。而我國(guó)目前硅片加工技術(shù)只能到達(dá)200微米左右,而且加工進(jìn)程中還要消耗硅

29、片160～200微米。</p><p>　　表1—1全球10大生產(chǎn)廠商所占市場(chǎng)份額</p><p>　　1.4 我國(guó)硅產(chǎn)業(yè)中存在的基本狀況</p><p>　　從硅產(chǎn)業(yè)的供需求及我國(guó)投資和技術(shù)水平等狀況看,我國(guó)硅產(chǎn)業(yè)的開展存在戰(zhàn)略性的問(wèn)題。</p><p>　　1.4.1 國(guó)內(nèi)多晶硅發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　我國(guó)集

30、成電路的增長(zhǎng)，硅片生產(chǎn)和太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大大帶動(dòng)了多晶硅材料的增長(zhǎng)。 太陽(yáng)能電池用多晶硅按每生產(chǎn)1MW多晶硅太陽(yáng)能電池需要11－12噸多晶硅計(jì)算，我國(guó)2004年多晶、單晶太陽(yáng)能電池產(chǎn)量為48.45MW，多晶硅用量為678噸左右，而實(shí)際產(chǎn)能已達(dá)70MW左右，多晶硅缺口達(dá)250噸以上。到2005年底國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池產(chǎn)能達(dá)到100MW，實(shí)際能形成的產(chǎn)量約為110MW，需要多晶硅1400噸左右，預(yù)測(cè)到2010年太陽(yáng)能電池產(chǎn)量達(dá)300MW，需

31、要多晶硅保守估計(jì)約4200噸，因此太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)大大帶動(dòng)了多晶硅需求的增加。 2005年中國(guó)太陽(yáng)能電池用單晶硅企業(yè)開工率在20％－30％，半導(dǎo)體用單晶硅企業(yè)開工率在80％－90％，都不能滿負(fù)荷生產(chǎn)，主要原因是多晶硅供給量不足。預(yù)計(jì)多晶硅生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)后的產(chǎn)量，仍然滿足不了快速增長(zhǎng)的需要。 2005年全球太陽(yáng)能電池用多晶硅供應(yīng)量約為10448噸，而2005年太陽(yáng)能用硅材料需求量約為22881噸，如果太陽(yáng)能電池用多晶硅需

32、求量按占總需求量的65%計(jì)，則太陽(yáng)能電池用多晶硅需求量約為14873噸，這樣全球太陽(yáng)能電池用多晶硅的市場(chǎng)缺口達(dá)44</p><p>　　1.4.2 技術(shù)及管理 人才缺失</p><p>　　人才缺失導(dǎo)致的核心技術(shù)水平研發(fā)才干低下,技術(shù)不足限制產(chǎn)能。我國(guó)多晶硅生產(chǎn)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距主要表以下四個(gè)方面:一是工藝、設(shè)備落后,導(dǎo)致物料與電力消耗過(guò)大;二是生產(chǎn)規(guī)模小,如今公認(rèn)最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模為1000

33、噸/年;三是超高純產(chǎn)品(B<0.03ppb)難以取得;四是本錢沒有競(jìng)爭(zhēng)力。新光在峨嵋廠“改良西門子法”基礎(chǔ)上停止了改良,主要體現(xiàn)在:將導(dǎo)油冷卻改成了水冷,水源取自廠房附近的不花錢的大渡河,但其他廠家用導(dǎo)油就貴很多;改良了大恢復(fù)爐的節(jié)能和密封功用;提高了氫化技術(shù);改良了尾氣的回收和分類。這四個(gè)環(huán)節(jié)是新光的技術(shù)優(yōu)勢(shì),能直接降低本錢和提高純度。加硅粉的延續(xù)性效果是洛陽(yáng)中硅要處置的中心效果。由于技術(shù)生產(chǎn)工藝等方面的緣由,形成動(dòng)力消耗大,產(chǎn)

34、能小,單位本錢高的困局。我國(guó)目前尚未把握 多晶硅生產(chǎn)的核心技術(shù),而把握 核心技術(shù)的國(guó)外公司又擔(dān)心技術(shù)的流失,對(duì)技術(shù)轉(zhuǎn)讓設(shè)置了重重阻礙。例如,工業(yè)硅加工成多晶硅的進(jìn)程中有一項(xiàng)較先進(jìn)的主流技術(shù)—三氯氫硅恢復(fù)法(又稱“西門子法”),該技術(shù)把握 在國(guó)外巨頭手中。而我國(guó)現(xiàn)有工藝水平與之相比存在較大差距,導(dǎo)致產(chǎn)品規(guī)模小、質(zhì)量水平低。 </p><p>　　人才缺失導(dǎo)致管理水平低下。在洛陽(yáng)調(diào)研時(shí)期,我們的多晶硅生產(chǎn)商還不能準(zhǔn)確

35、說(shuō)出自己的本錢構(gòu)成比例,面對(duì)高額利潤(rùn),缺乏危機(jī)感。在企業(yè)戰(zhàn)略性提升技術(shù)水平、開發(fā)潛在市場(chǎng)需求、應(yīng)對(duì)潛在危機(jī)、生產(chǎn)進(jìn)程控制、資源應(yīng)用及本錢控制、戰(zhàn)略性人力資源管理等方面,普遍存在短視行為,沒有構(gòu)成合理高效的管理層。管理出效益,經(jīng)濟(jì)危機(jī)再次提示一切的掌舵者要注重管理 ,要有危機(jī)感。對(duì)市場(chǎng)的把握和現(xiàn)代化的生產(chǎn)、管理理念和市場(chǎng)運(yùn)作都缺乏一定深度的看法。面對(duì)競(jìng)爭(zhēng),相互挖人,由于人才培育的周期性,短期內(nèi)人才的不足在國(guó)內(nèi)構(gòu)成了硅產(chǎn)業(yè)工人高薪族的現(xiàn)象。

36、</p><p>　　1.4.3 商業(yè)信譽(yù)效果 </p><p>　　據(jù)了解,國(guó)際出現(xiàn)了以低質(zhì)量的產(chǎn)品充擊高質(zhì)量產(chǎn)品的狀況。這不但會(huì)逐漸降低我國(guó)硅產(chǎn)業(yè)的信譽(yù),而且由于惡性競(jìng)爭(zhēng),會(huì)出現(xiàn)以低價(jià)錢替代低質(zhì)量的狀況,降低了產(chǎn)品自身的價(jià)值,最終使一切廠商接受不合理的低價(jià)。另外,由于沒有在質(zhì)量上提升而是投資短期行為,從臨時(shí)戰(zhàn)略角度看,因沒有把握技術(shù)晉級(jí)的時(shí)機(jī)從而喪失國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。</p>

37、<p>　　1.5 我國(guó)硅產(chǎn)業(yè)處置方案</p><p>　　由于光伏產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng),硅產(chǎn)業(yè)在繼電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的開展之后,又將迎來(lái)另一個(gè)開展的大好機(jī)遇。因此,從產(chǎn)業(yè)吸引力上,多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)將是目前具有開展前景廣闊的產(chǎn)業(yè)。當(dāng)然,在硅產(chǎn)業(yè)開展的同時(shí),由于技術(shù)而導(dǎo)致的投資額度、建設(shè)生產(chǎn)周期、本錢、能耗、廢氣物等的效果,使得替代產(chǎn)品成為潛在的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。因此,在倡議快速開展多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)的同時(shí),還要思考到潛在威脅的

38、存在,所以不宜在技術(shù)尚未成熟之前投入巨資建設(shè)多晶硅項(xiàng)目,而是應(yīng)有計(jì)劃地停止項(xiàng)目推進(jìn),以利于臨時(shí)開展。</p><p>　　1.5.1 方案指點(diǎn)下的戰(zhàn)略性區(qū)域規(guī)劃</p><p>　　首先限制新的多晶硅生產(chǎn)項(xiàng)目。依據(jù)曾經(jīng)建設(shè)的多晶硅項(xiàng)目的規(guī)模和技術(shù)水平界定其開展級(jí)別,如技術(shù)水平較高的樂山和洛陽(yáng)界定為初級(jí),而一些規(guī)模較大的界定為中級(jí),其他較小規(guī)模、技術(shù)水平低的界定為初級(jí)。依據(jù)層級(jí)水平確定地域產(chǎn)

39、業(yè)開展方向,關(guān)于初級(jí)項(xiàng)目重在技術(shù)提升,中級(jí)項(xiàng)目重在規(guī)模生產(chǎn)。</p><p>　　在區(qū)域上,依據(jù)各自的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn),確定重點(diǎn)開展方向。樂山和洛陽(yáng)重點(diǎn)圍繞開展硅產(chǎn)業(yè)的高端產(chǎn)品(高純)展開相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè);在中級(jí)產(chǎn)品生產(chǎn)地域重點(diǎn)展開上下游產(chǎn)品鏈建設(shè);而在太陽(yáng)能生產(chǎn)基礎(chǔ)較好的如山東等地則鼓舞開展光伏太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè);在光照充足具有較高光電轉(zhuǎn)化率的如新疆等地則鼓舞建設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目;在信息技術(shù)開展好的地域鼓舞開展電子信息技術(shù)相關(guān)的

40、集成電路產(chǎn)業(yè)等。</p><p>　　1.5.2 建設(shè)信息共享機(jī)制</p><p>　　為了有效停止各地多晶硅相關(guān)產(chǎn)業(yè)的開展,必需合理處置信息不對(duì)稱現(xiàn)象,建設(shè)公共的信息平臺(tái)。主要用來(lái)處置政府與政府、企業(yè)與政府、企業(yè)與企業(yè)、企業(yè)與行業(yè)間的溝通和信息披露。充分的信息既可以防止因重復(fù)建設(shè)而發(fā)生的資源浪費(fèi)和惡性競(jìng)爭(zhēng),又可以節(jié)省企業(yè)的本錢、時(shí)間、精力,便于資料搜集完善;利于各市政信息管理 ,對(duì)產(chǎn)業(yè)有

41、全局的看法和規(guī)劃;利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略開展研討。</p><p>　　1.5.3 完善區(qū)域開展評(píng)價(jià)體系</p><p>　　各地紛繁“下馬”多晶硅項(xiàng)目,如何迷信制定因地域差異而發(fā)生的地緣經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)目的是亟待處置的難題,也是重要課題?？梢試L試思考設(shè)計(jì)契合地域差異的政府業(yè)績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系。依據(jù)不同地域的資源條件而界定其所具有的優(yōu)勢(shì),從而確定能夠發(fā)揮的經(jīng)濟(jì)效益,依據(jù)不同的條件權(quán)衡確定其經(jīng)濟(jì)目的值及應(yīng)繳稅金,

42、同時(shí)確定所應(yīng)享受的相應(yīng)政府支付。</p><p>　　1.5.4 整合資源,協(xié)作研發(fā)</p><p>　　開展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)首先要思考的一個(gè)效果就是高技術(shù)來(lái)源:完全購(gòu)置、技術(shù)協(xié)作、自主開發(fā)。如今的多晶硅初級(jí)生產(chǎn)技術(shù)均把握在日本、德國(guó)、美國(guó)等八大廠家手里,其技術(shù)保密達(dá)成了高度默契。由于國(guó)外的技術(shù)封鎖政策和技術(shù)提升速度因素,我國(guó)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)相當(dāng)困難。因此,在技術(shù)方面,還是要經(jīng)過(guò)自主研發(fā),提升國(guó)際技

43、術(shù)水平,縮短與國(guó)際先進(jìn)水平的距離。</p><p>　　洛陽(yáng)的中硅高科和樂山新光硅業(yè)均不同水平地把握了“改良西門子法”的生產(chǎn)技術(shù),并有自主研發(fā),在技術(shù)方面居于全國(guó)前列。但是高純多晶硅生產(chǎn)觸及多項(xiàng)技術(shù),投入十分大,而且要求技術(shù)力氣雄厚,假設(shè)步伐不一致,必將分散力氣、重復(fù)開發(fā)等。因此,技術(shù)水平處于領(lǐng)先的國(guó)際企業(yè)可以協(xié)作進(jìn)行技術(shù)開發(fā),分散研發(fā)項(xiàng)目,共同運(yùn)用研發(fā)成果,共同應(yīng)對(duì)外國(guó)壟斷。</p><p&

44、gt;　　1.5.5 鼓舞開展中小企業(yè),構(gòu)成產(chǎn)業(yè)鏈配套群</p><p>　　從整個(gè)多晶硅、單晶硅生產(chǎn)進(jìn)程來(lái)看,涉及多個(gè)部門的協(xié)作,機(jī)械部門、化工部門和電氣部門等。某一家企業(yè)或某一類企業(yè)不能夠也沒必要將一切工序的生產(chǎn)和研發(fā)都囊括進(jìn)去,且有些部門并不需求太大的投資。因此,應(yīng)鼓舞開展中小型的相關(guān)企業(yè),鼓舞生產(chǎn)和研發(fā),以補(bǔ)償規(guī)模企業(yè)不能顧及的,并構(gòu)成產(chǎn)業(yè)鏈群,發(fā)揚(yáng)不同部門優(yōu)勢(shì),激起競(jìng)爭(zhēng),促進(jìn)創(chuàng)新。</p>

45、<p>　　由于硅生產(chǎn)進(jìn)程中產(chǎn)生廢氣廢料,這些廢氣廢料可以回收再利用。積極開展這些配套范圍,為循環(huán)經(jīng)濟(jì)做出貢獻(xiàn),以此帶動(dòng)整個(gè)硅產(chǎn)業(yè)開展的良性循環(huán),減少污染,促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì),同時(shí)也充分應(yīng)用物質(zhì)資源,增加就業(yè),降低支出。</p><p><b>　　多晶硅生產(chǎn)工藝</b></p><p>　　冶金級(jí)硅（工業(yè)硅）是制造多晶硅的原料，它由石英砂（二氧化硅）在電弧爐中

46、用碳還原而成。盡管二氧化硅礦石在自然界中隨處可見，但僅有其中的少數(shù)可以用于冶金級(jí)硅的制備。一般來(lái)說(shuō)，要求礦石中二氧化硅的含量應(yīng)該在97～98%以上，并對(duì)各種雜質(zhì)特別是砷、磷和硫等的含量有嚴(yán)格的限制。冶金硅形成過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)式為：SiO2 + 2C ＝ Si + 2CO。</p><p>　　在用于制造多晶硅的冶金硅中，要求含有99%以上的Si，還含有鐵、鋁、鈣、磷、硼等，它們的含量在百萬(wàn)分之幾十到百萬(wàn)分之一千不等

47、。而EG硅中的雜質(zhì)含量應(yīng)該降到10-9的水平，SOG硅中的雜質(zhì)含量應(yīng)該降到10-6的水平。要把冶金硅變成SOG硅或EG硅，顯然不可能在保持固態(tài)的狀態(tài)下提純，而必須把冶金硅變成含硅的氣體，先通過(guò)分餾與吸附等方法對(duì)氣體提純，然后再把高純的硅源氣體通過(guò)化學(xué)氣相沉積（CVD）的方法轉(zhuǎn)化為多晶硅。目前世界上生產(chǎn)制造多晶硅的工藝技術(shù)主要有：改良西門子法、硅烷（SiH4）法、流化床法以及專門生產(chǎn)SOG硅的新工藝。</p><p&g

48、t;　　2.1 改良西門子法</p><p>　　1955年，西門子公司成功開發(fā)了利用氫氣還原三氯硅烷（SiHCl3）在硅芯發(fā)熱體上沉積硅的工藝技術(shù)，并于1957年開始了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，這就是通常所說(shuō)的西門子法。</p><p>　　在西門子法工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加還原尾氣干法回收系統(tǒng)、SiCl4氫化工藝，實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)，于是形成了改良西門子法——閉環(huán)式SiHCl3氫還原法。</p

49、><p>　　改良西門子法的生產(chǎn)流程是利用氯氣和氫氣合成HCl，HCl和冶金硅粉在一定溫度下合成SiHCl3，分離精餾提純后的SiHCl3進(jìn)入氫還原爐被氫氣還原，通過(guò)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。具體生產(chǎn)工藝流程見圖2-1</p><p>　　改良西門子法包括五個(gè)主要環(huán)節(jié)：SiHCl3合成、SiHCl3精餾提純、SiHCl3的氫還原、尾氣的回收和SiCl4的氫化分離。該方法通過(guò)采用大型還原爐

50、，降低了單位產(chǎn)品的能耗。通過(guò)采用SiCl4氫化和尾氣干法回收工藝，明顯降低了原輔材料的消耗。</p><p>　　圖2-1 改良西門子法生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　改良西門子法制備的多晶硅純度高，安全性好，沉積速率為8～10μm/min，一次通過(guò)的轉(zhuǎn)換效率為5%～20%，相比硅烷法、流化床法，其沉積速率與轉(zhuǎn)換效率是最高的。沉積溫度為1100℃，僅次于SiCl4（1200℃），所以電

51、耗也較高，為120 kWh/kg（還原電耗）。改良西門子法生產(chǎn)多晶硅屬于高能耗的產(chǎn)業(yè)，其中電力成本約占總成本的70%左右。SiHCl3還原時(shí)一般不生產(chǎn)硅粉，有利于連續(xù)操作。該法制備的多晶硅還具有價(jià)格比較低、可同時(shí)滿足直拉和區(qū)熔要求的優(yōu)點(diǎn)。因此是目前生產(chǎn)多晶硅最為成熟、投資風(fēng)險(xiǎn)最小、最容易擴(kuò)建的工藝，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅廠大多采用此法生產(chǎn)SOG硅與EG硅，所生產(chǎn)的多晶硅占當(dāng)今世界總產(chǎn)量的70～80%。</p><p>

52、;<b>　　2.2 硅烷法</b></p><p>　　1956年，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電訊實(shí)驗(yàn)所成功研發(fā)出了硅烷（SiH4）熱分解制備多晶硅的方法，即通常所說(shuō)的硅烷法。1959年，日本的石冢研究所也同樣成功地開發(fā)出了該方法。后來(lái)，美國(guó)聯(lián)合碳化合物公司采用歧化法制備SiH4，并綜合上述工藝且加以改進(jìn)，便誕生了生產(chǎn)多晶硅的新硅烷法。</p><p>　　硅烷法以氟硅酸、鈉、鋁、

53、氫氣為主要原輔材料，通過(guò)SiCl4氫化法、硅合金分解法、氫化物還原法、硅的直接氫化法等方法制取SiH4，然后將SiH4氣提純后通過(guò)SiH4熱分解生產(chǎn)純度較高的棒狀多晶硅。硅烷法與改良西門子法接近，只是中間產(chǎn)品不同：改良西門子法的中間產(chǎn)品是SiHCl3；而硅烷法的中間產(chǎn)品是SiH4。硅烷法的具體生產(chǎn)工藝流程見。</p><p>　　圖2-2 硅烷法生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　硅烷法存

54、在成本高、硅烷易爆炸、安全性低的缺點(diǎn)；另外整個(gè)過(guò)程的總轉(zhuǎn)換效率為0.3，轉(zhuǎn)換效率低；整個(gè)過(guò)程要反復(fù)加熱和冷卻，耗能高；SiH4分解時(shí)容易在氣相成核，所以在反應(yīng)室內(nèi)生成硅的粉塵，損失達(dá)10%～20%，使硅烷法沉積速率（3～8μm/min）僅為西門子法的1/10。</p><p>　　日本小松公司曾采用過(guò)此技術(shù)，但由于發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的爆炸事故，后來(lái)就沒有繼續(xù)推廣。目前，美國(guó)Asimi和SGS公司（現(xiàn)均屬于挪威REC公司）

55、采用該工藝生產(chǎn)純度較高的多晶硅。</p><p><b>　　2.3 流化床法</b></p><p>　　流化床法是美國(guó)聯(lián)合碳化合物公司早年研發(fā)的多晶硅制備工藝技術(shù)。該方法是以SiCl4（或SiF4）、H2、HCl和冶金硅為原料在高溫高壓流化床（沸騰床）內(nèi)生成SiHCl3，將SiHCl3再進(jìn)一步歧化加氫反應(yīng)生成SiH2Cl2，繼而生成SiH4氣。制得的SiH4氣通

56、入加有小顆粒硅粉的流化床反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行連續(xù)熱分解反應(yīng)，生成粒狀多晶硅產(chǎn)品。</p><p>　　由于在流化床反應(yīng)爐內(nèi)參與反應(yīng)的硅表面積大，故該方法生產(chǎn)效率高、電耗較低、成本低。該方法的缺點(diǎn)是安全性較差，危險(xiǎn)性較大；生長(zhǎng)速率較低（4～6μm/min）；一次轉(zhuǎn)換效率低，只有2%～10%；還原溫度高（1200℃），能耗高（達(dá)250 kWh/kg），產(chǎn)量低。</p><p>　　目前采用該方法生產(chǎn)顆

57、粒狀多晶硅的公司主要有：挪威REC公司、德國(guó)Wacker公司、美國(guó)Hemlock和MEMC公司等。</p><p>　　挪威REC公司是一家業(yè)務(wù)貫穿整個(gè)太陽(yáng)能行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的公司。該公司利用硅烷氣為原料，采用流化床反應(yīng)爐閉環(huán)工藝分解出粒狀多晶硅，且基本上不產(chǎn)生副產(chǎn)品和廢棄物。這一特有專利技術(shù)使得REC公司在全球太陽(yáng)能行業(yè)中處于獨(dú)一無(wú)二的低位。REC公司還積極開發(fā)新型流化床反應(yīng)器技術(shù)（FBR），該技術(shù)使多晶硅在流化床反

58、應(yīng)器中沉積，而不是在傳統(tǒng)的熱解沉積爐或西門子反應(yīng)器中沉積，因而可極大地降低建廠投資和生產(chǎn)能耗。2006年計(jì)劃新建利用該技術(shù)生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的工廠，預(yù)計(jì)2008年達(dá)產(chǎn)，產(chǎn)能6500t。此外，REC正積極開發(fā)流化床多晶硅沉積技術(shù)（Fluidized Bed Polysilicon Deposition，預(yù)計(jì)2008年用于試產(chǎn)）和改良的西門子反應(yīng)器技術(shù)（Modified Siemens-reactor technology）。</p&

59、gt;<p>　　德國(guó)Wacker公司開發(fā)了一套全新的粒狀多晶硅流化床反應(yīng)器技術(shù)生產(chǎn)工藝。該工藝基于流化床技術(shù)（以SiHCl3為給料），已在兩臺(tái)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆中進(jìn)行了工業(yè)化規(guī)模的生產(chǎn)試驗(yàn)。</p><p>　　美國(guó)Hemlock公司將開設(shè)實(shí)驗(yàn)性顆粒硅生產(chǎn)線來(lái)降低硅的成本。MEMC公司一直采用MEMC工藝（流化床法）生產(chǎn)粒狀多晶硅，而且是世界上生產(chǎn)單晶硅的大型企業(yè)。該公司計(jì)劃在2010年底其產(chǎn)能達(dá)到700

60、0t左右。</p><p>　　2.4 生產(chǎn)SOG硅的新工藝技術(shù)</p><p>　　以上三種方法主要定位于EG硅的生產(chǎn)，兼顧SOG硅的生產(chǎn)。為了降低SOG硅的生產(chǎn)成本，發(fā)展了以太陽(yáng)能電池用為目的的多晶硅生產(chǎn)新工藝技術(shù)。</p><p>　　2.4.1 冶金法</p><p>　　從1996年起，在日本新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)組織的支持下，日本

61、川崎制鐵公司（Kawasaki Steel）開發(fā)出了由冶金級(jí)硅生產(chǎn)SOG硅的方法。該方法采用了電子束和等離子冶金技術(shù)并結(jié)合了定向凝固方法，是世界上最早宣布成功生產(chǎn)出SOG硅的冶金法（Metallurgical Method）。</p><p>　　冶金法的主要工藝是：選擇純度較好的冶金硅進(jìn)行水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，除去硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分后，進(jìn)行粗粉碎與清洗，在等離子體融解爐中去除硼雜質(zhì)，再進(jìn)行第二

62、次水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，之后除去第二次區(qū)熔硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分，經(jīng)粗粉碎與清洗后，在電子束融解爐中去除磷和碳雜質(zhì)，直接生成SOG硅。</p><p>　　挪威Elkem公司等對(duì)冶金法進(jìn)行了改進(jìn)。Elkem公司的冶金硅精煉工藝為：冶金硅→火冶冶金→水冶冶金→拋光→原料處理。</p><p>　　美國(guó)道康寧（Dow Corning）公司2006年投產(chǎn)了1 000t利用冶金級(jí)硅制

63、備SOG硅的生產(chǎn)線，其投資成本低于改良西門子法的2/3。2006年制備了具有商業(yè)價(jià)值的PV1101太陽(yáng)能級(jí)多晶硅材料。PV1101太陽(yáng)能級(jí)多晶硅材料不僅減少多晶硅的用量，而且還降低太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本，是太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。</p><p>　　美國(guó)Crystal Systems公司采用熱交換爐法（Heat Exchanger Method）提純冶金級(jí)硅，制備出了200kg、邊長(zhǎng)為58cm的方形硅錠。

64、主要工藝為：加熱→熔化→晶體生長(zhǎng)→退火→冷卻循環(huán)，生產(chǎn)工藝全程由計(jì)算機(jī)程序控制。該工藝不僅可與各種太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝相兼容，而且可以提純各種低質(zhì)硅以及硅廢料，使冶金級(jí)硅中難以提純的硼、磷雜質(zhì)降低到了一個(gè)理想的數(shù)值。</p><p>　　2.4.2 氣液沉積法</p><p>　　氣液沉積法（Vapor to Liquid Deposition，VLD）是日本德山公司（Tokuyama）于

65、1999年至2005年間開發(fā)出的具有專利權(quán)的SOG硅制備技術(shù)。</p><p>　　主要工藝是：將反應(yīng)器中的石墨管的溫度升高到1 500℃，流體SiHCl3和H2從石墨管的上部注入，在石墨管內(nèi)壁1 500℃高溫處反應(yīng)生成液體狀硅，然后滴入底部，降溫變成固體的SOG硅。</p><p>　　德山公司開發(fā)該技術(shù)的最初目標(biāo)是“低成本”，即盡量從三氯硅烷中找到最大沉積率而不是追求純度，據(jù)稱其沉積速

66、度大大高于制造EG硅所達(dá)到的水平。利用VLD技術(shù)生產(chǎn)的多晶硅不是顆粒狀，而是大的結(jié)晶塊。目前，德山公司已經(jīng)解決了相關(guān)技術(shù)上的大部分難題。2005年，德山公司已建成200t/a的半商業(yè)化工廠，2008年將建立大型商業(yè)性產(chǎn)能達(dá)到6 800t的工廠，至2010年再小幅增長(zhǎng)到7 400t。</p><p>　　2.4.3 無(wú)氯技術(shù)</p><p>　　無(wú)氯技術(shù)（Chlorine Free Tec

67、hnology）是一種很有發(fā)展前途的SOG硅制備技術(shù)，其原料為冶金級(jí)硅。</p><p>　　工藝流程包括在催化劑作用下硅原料與C2H5OH反應(yīng)生成Si(OC2H5)3H，反應(yīng)溫度為280℃，Si(OC2H5)3H在催化劑作用下又分解為SiH4和Si(OC2H5)4，Si(OC2H5)4水解得到高純SiO2或硅溶膠，SiH4在850～900℃的高溫下熱解生成多晶硅和氫氣。</p><p>

68、　　該技術(shù)屬于俄羅斯INTERSOLAR中心和美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的專利技術(shù)。利用該工藝技術(shù)生產(chǎn)1kg的多晶硅僅需要15～30kWh的能量，硅產(chǎn)量（多晶硅、主要副產(chǎn)品、硅溶膠）可達(dá)80%～90%。</p><p>　　2.4.4 碳熱還原反應(yīng)法</p><p>　　西門子公司先進(jìn)的碳熱還原工藝為：將高純石英砂制團(tuán)后用壓塊的炭黑在電弧爐中進(jìn)行還原。炭黑是用熱HCl浸出過(guò)，使其純度和氧化

69、硅相當(dāng)，因而其雜質(zhì)含量得到了大幅度降低。</p><p>　　目前存在的主要問(wèn)題還是碳的純度得不到保障，炭黑的來(lái)源比較困難。碳熱還原法如果能采用較高純度的木炭、焦煤和SiO2作為原材料，那將非常有發(fā)展前景。</p><p>　　荷蘭能源研究中（ERCN）正在開發(fā)硅石碳熱還原工藝，使用高純炭黑和高純天然石英粉末作原材料，使原材料的硼、磷雜質(zhì)含量降到了10-6級(jí)以下，但目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段。&

70、lt;/p><p>　　2.4.5 鋁熱還原法</p><p>　　鋁熱還原法主要利用CaO-SiO2液相助熔劑在1600～1700℃條件下，對(duì)石英砂進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)生產(chǎn)多晶硅和氧化鋁。這種助熔劑一方面可以溶膠副產(chǎn)物氧化鋁，同時(shí)又可作為液-液萃取介質(zhì)。一旦硅被釋放出來(lái)，因與助熔劑不互融從而被分離開來(lái)。由于硅的密度較小，它將浮在上層，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，將其灌入鑄模中進(jìn)行有控制的正常凝固，以便分離

71、分凝系數(shù)小的雜質(zhì)。</p><p>　　用這種新的、半連續(xù)的工藝能得到比通常冶金級(jí)硅純度高的硅。它具有較低的硼、碳含量，然后將其進(jìn)行破碎、酸洗和液-氣萃取。</p><p>　　此外，采用高純金屬還原硅的鹵化物也是一條比較理想的途徑。許多研究人員采用不同的高純還原劑還原硅的鹵化物從而得到了純度較高的SOG硅。但到目前為止還沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。</p><p>　　2

72、.4.6 常壓碘化學(xué)氣相傳輸凈化法</p><p>　　美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了一種從冶金級(jí)硅中制造SOG硅的新方法——常壓碘化學(xué)氣相傳輸凈化法（Atmospheric Pressure Iodine Chemical Vapor Transport Purification，APIVT）。首先，碘與冶金硅反應(yīng)生成SiI4，高溫下SiI4進(jìn)一步與冶金硅反應(yīng)生成SiI2。當(dāng)原材料Si的溫度約為1200℃、襯

73、底溫度為1000℃時(shí)，SiI2很容易分解，此時(shí)Si的沉積速率將大于5μm/min。再通過(guò)以下幾種途徑可有效剔除冶金硅中的雜質(zhì)：1）當(dāng)I與冶金硅初步反應(yīng)時(shí)，碘化物雜質(zhì)的形成早于或遲于SiI4的生成；2）SiI4的循環(huán)蒸餾提純過(guò)程將使蒸氣壓低于SiI4的金屬碘化物留在蒸餾塔的頂部，巨大的蒸氣壓差使它們易于分離開來(lái)；3）在Si從SiI2中沉積的過(guò)程中，多數(shù)金屬碘化物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能的負(fù)值較大，因而比SiI4和SiI2要穩(wěn)定的多，且很容易保持為

74、氣相，從而在沉積區(qū)域不會(huì)被重新還原出來(lái)。</p><p>　　2.5 國(guó)內(nèi)相關(guān)工藝研究進(jìn)展</p><p>　　目前，多晶硅制備技術(shù)與工藝主要掌握在美國(guó)、日本、德國(guó)以及挪威等國(guó)家的幾個(gè)主要生產(chǎn)廠商中，形成技術(shù)封鎖和壟斷，并明確表示不會(huì)對(duì)我國(guó)進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓。為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的需求，國(guó)內(nèi)的多晶硅生產(chǎn)廠家和研發(fā)機(jī)構(gòu)也開始加大自主研發(fā)的力度，取得了一定的成功。</p><

75、p>　　2.5.1 改進(jìn)改良西門子法</p><p>　　國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)的多晶硅生產(chǎn)廠家均使用改良西門子法生產(chǎn)，但是國(guó)外具有成熟技術(shù)的大企業(yè)拒絕向國(guó)內(nèi)企業(yè)轉(zhuǎn)讓。1999年前后，中國(guó)政府終于尋到機(jī)會(huì)，從俄羅斯購(gòu)入“改良西門子法”，放到四川峨嵋半導(dǎo)體廠。但俄羅斯目前的能力也僅限于百噸級(jí)產(chǎn)量的技術(shù)，沒有達(dá)到1000t產(chǎn)能的最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模。同時(shí)俄羅斯的技術(shù)在電能消耗上明顯高于國(guó)際同行，生產(chǎn)每公斤硅材料耗電量300度，

76、而國(guó)際水準(zhǔn)僅為100度。</p><p>　　1999年，四川峨嵋半導(dǎo)體廠與原北京有色設(shè)計(jì)研究總院在俄羅斯的“改良西門子法”的基礎(chǔ)上，共同開發(fā)的年產(chǎn)100t改良西門子法多晶硅工業(yè)試驗(yàn)線取得成功，2000年1月通過(guò)了專家鑒定。作為國(guó)內(nèi)自行開發(fā)的工藝技術(shù)，與過(guò)去采用的傳統(tǒng)技術(shù)相比，無(wú)論從規(guī)模、還是消耗指標(biāo)上，都有很大進(jìn)步。依托該技術(shù)，2006年，峨嵋廠多晶硅生產(chǎn)能力擴(kuò)建到200噸。</p><p&

77、gt;　　洛陽(yáng)中硅是峨嵋半導(dǎo)體材料廠派生的一個(gè)支脈，它的技術(shù)也是來(lái)自峨嵋半導(dǎo)體廠和原北京有色設(shè)計(jì)研究總院。洛陽(yáng)中硅采用常壓合成，加硅粉的連續(xù)性問(wèn)題是洛陽(yáng)中硅要解決的核心問(wèn)題。洛陽(yáng)中硅于2005年10月建成了一條年產(chǎn)300t多晶硅生產(chǎn)線，并于當(dāng)年11月投產(chǎn)，2007年擴(kuò)建到1 000t。年產(chǎn)700t生產(chǎn)線的產(chǎn)品主要介于EG國(guó)標(biāo)1級(jí)品與2級(jí)品之間；還原直接電耗為170.59kWh/kg多晶硅（傳統(tǒng)電耗為400～500kWh）。2007年12

78、月，河南省多晶硅工程技術(shù)研究中心在洛陽(yáng)中硅掛牌啟用，將為國(guó)內(nèi)多晶硅行業(yè)研究工作提供國(guó)際一流的研究平臺(tái)，成為我國(guó)多晶硅材料及新能源材料生產(chǎn)工藝和裝備技術(shù)、檢測(cè)分析技術(shù)的重點(diǎn)研發(fā)實(shí)驗(yàn)基地。</p><p>　　2001年，在四川省政府大力推動(dòng)下，由國(guó)家計(jì)委立項(xiàng)(技高技[2001]522號(hào))，在四川樂山成立新光硅業(yè)，專門運(yùn)作多晶硅項(xiàng)目，峨嵋半導(dǎo)體廠的技術(shù)及設(shè)備劃撥到新光硅業(yè)。新光硅業(yè)在峨嵋廠改良西門子法基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)

79、，主要體現(xiàn)在：將導(dǎo)油冷卻改成了水冷，水源取自廠房附近的不花錢的大渡河，但其他廠家用導(dǎo)油就貴很多；改良了大還原爐的節(jié)能和密封性能；提高了氫化技術(shù)；改良了尾氣的回收和分離。這四個(gè)環(huán)節(jié)是新光的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能直接降低成本和提高純度。</p><p>　　國(guó)內(nèi)在大型還原爐、加壓精餾提純、尾氣凈化回收等多晶硅生產(chǎn)技術(shù)方面也基本取得了成功。</p><p>　　2007年，洛陽(yáng)中硅承擔(dān)的國(guó)家“863”攻關(guān)

80、課題――“24對(duì)棒節(jié)能型多晶硅還原爐成套裝置”，順利通過(guò)了科技部組織的專家驗(yàn)收?！?4對(duì)棒節(jié)能型多晶硅還原爐成套裝置”是目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)能最大的多晶硅還原爐，單爐年產(chǎn)量達(dá)85～100噸，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有創(chuàng)新性，且整體工藝先進(jìn)、能耗低、生產(chǎn)安全性高，技術(shù)水平處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，可滿足多晶硅大規(guī)模生產(chǎn)要求。這表明我國(guó)掌握了成熟的千噸級(jí)多晶硅產(chǎn)業(yè)化核心技術(shù)，標(biāo)志我國(guó)已步入世界多晶硅生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)行列。</p><p&

81、gt;　　2.5.2 低成本生產(chǎn)SOG硅的新工藝</p><p>　　太陽(yáng)能電池用低成本多晶硅的生產(chǎn)工藝技術(shù)研究也空前活躍，規(guī)?；纳a(chǎn)線也開始建設(shè)。</p><p>　　方城迅天宇科技有限公司以中科院技術(shù)物理研究所研究人員的核心技術(shù)采用物理提純法（“方城物理法”）生產(chǎn)SOG硅，中試產(chǎn)品純度已達(dá)到6N，生產(chǎn)工藝屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)、國(guó)際領(lǐng)先。與目前世界上通用的德國(guó)西門子化學(xué)法相比，電耗可減少三分之

82、二，水耗減少十分之九，生產(chǎn)成本降低六分之五，幾乎不對(duì)環(huán)境造成污染。2007年8月，迅天宇公司多晶硅項(xiàng)目一期工程高純硅生產(chǎn)線點(diǎn)火投產(chǎn)。這標(biāo)志著“方城物理法”多晶硅項(xiàng)目正式進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段。日本、瑞士、德國(guó)等國(guó)的相關(guān)企業(yè)先后組團(tuán)考察，日本三菱公司還無(wú)償資助1億日元支持該項(xiàng)目的研制開發(fā)。目前，該公司已收到來(lái)自德國(guó)、日本、瑞士等國(guó)5年內(nèi)的訂單4000t。</p><p>　　錦州新世紀(jì)石英玻璃有限公司自主開發(fā)高純石英砂

83、制備SOG硅。將高純石英砂和提純的高純石墨、碳黑或石油膠按比例加入還原爐內(nèi)還原，生成雜質(zhì)含量低的硅產(chǎn)品；再將硅在真空熔煉爐中進(jìn)行真空熔融，按照硅的熔點(diǎn)控制溫度，過(guò)濾除渣，除去碳、碳化硅及二氧化硅粉雜質(zhì)，再將熔融狀態(tài)的硅倒入鑄模中，定向凝固，即可得6N級(jí)的SOG硅。該工藝優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)一次性投資小、建設(shè)周期快、產(chǎn)品純度高、生產(chǎn)成本低、工藝流程簡(jiǎn)單、無(wú)污染、自動(dòng)化程度高、適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。該技術(shù)是將化工生產(chǎn)技術(shù)與工業(yè)硅冶煉技術(shù)的一種有機(jī)結(jié)合，生

84、產(chǎn)工藝充分利用了化工生產(chǎn)中還原產(chǎn)品的高純度與冶煉工藝的操作簡(jiǎn)便性。2006年被科技部列入國(guó)家科技部科技支撐計(jì)劃。2007年6月通過(guò)全國(guó)低成本新工藝多晶硅制備技術(shù)專家評(píng)議。目前，該項(xiàng)目工藝技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備的研制調(diào)試已結(jié)束，中試線生產(chǎn)的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅經(jīng)過(guò)6周拉單晶檢測(cè)試驗(yàn)已達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求。預(yù)計(jì)2007年底建成200噸生產(chǎn)線，2008年擴(kuò)建到1000噸。</p><p>　　烏海市金宇硅業(yè)與河北工業(yè)大學(xué)材料系合作研究開

85、發(fā)的用物理、化學(xué)方法將2N或3N金屬硅提純至4N金屬硅，再用4N金屬硅制備SOG硅，成本低、操作簡(jiǎn)單，已進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。</p><p>　　為加快我國(guó)多晶硅具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究，科技部、信息產(chǎn)業(yè)部和國(guó)家發(fā)改委目前已經(jīng)出臺(tái)了一系列支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策和措施，科技部設(shè)立了“十一五”科技支撐計(jì)劃，重點(diǎn)開展改良西門子法生產(chǎn)過(guò)程中還原爐系統(tǒng)、氫化系統(tǒng)、尾氣干法回收系統(tǒng)以及全過(guò)程自動(dòng)化控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)和裝備的

86、研究；信息產(chǎn)業(yè)部也以電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金的方式支持了“太陽(yáng)能電池用多晶硅材料研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”；國(guó)家發(fā)改委組織實(shí)施了“高純硅材料高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重大專項(xiàng)”的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程，及時(shí)有效地推動(dòng)了行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。</p><p>　　第3章 硅的種類與應(yīng)用領(lǐng)域</p><p><b>　　3.1 硅的種類</b></p><p>　　多晶

87、硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如在力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等方面，多晶硅均不如單晶硅。多晶硅可作為拉制單晶硅的原料。單晶硅可算得上是世界上最純凈的物質(zhì)了，一般的半導(dǎo)體器件要求硅的純度六個(gè)9以上。大規(guī)模集成電路的要求更高，硅的純度必須達(dá)到九個(gè)9。目前，人們已經(jīng)能制造出純度為十二個(gè)9 的單晶硅。單晶硅是電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的基本材料。 </p><p><b>　　3.1.

88、1 單晶硅</b></p><p>　　當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí),硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。</p><p>　　單晶硅生產(chǎn)工藝主要有兩種，一種是直拉法，一種是區(qū)熔法。工藝的介紹也可以在網(wǎng)上找得到。</p><p>　　區(qū)熔（NTD）單晶硅可生產(chǎn)直徑范圍為：Φ1.5〃- Φ4〃。直拉單晶硅可生產(chǎn)直徑范

89、圍為：Φ2〃-Φ8〃。 單晶硅片的單價(jià)是論片算，不會(huì)按噸算的，這里還要區(qū)分是太陽(yáng)能級(jí)還是IC級(jí)。</p><p>　　【單晶硅】 英文名： Monocrystalline silicon 分子式： Si 硅的單晶體。具有基本完整的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體。不同的方向具有不同的性質(zhì)，是一種良好的半導(dǎo)材料。純度要求達(dá)到99.9999％，甚至達(dá)到99.9999999％以上。用于制造半導(dǎo)體器件、太陽(yáng)能電池

90、等。用高純度的多晶硅在單晶爐內(nèi)拉制而成。 熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來(lái)便結(jié)晶成單晶硅。單晶硅具有準(zhǔn)金屬的物理性質(zhì)，有較弱的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加，有顯著的半導(dǎo)電性。超純的單晶硅是本征半導(dǎo)體。在超純單晶硅中摻入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其導(dǎo)電的程度，而形成p型硅半導(dǎo)體；如摻入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高導(dǎo)電程度，形成n型硅半導(dǎo)

91、體。單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無(wú)定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長(zhǎng)出棒狀單晶硅。單晶硅主要用于制作半導(dǎo)體元件。 用途： 是制造半導(dǎo)體硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶體管、二極管、開關(guān)器件等 單晶硅是一種比較活潑的非金屬元素，是晶體材料的</p><p><b>　　3.1.2 多晶硅</b></p><p>　　當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固

92、時(shí),硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。</p><p>　　多晶硅的生產(chǎn)工藝主要由高純石英（經(jīng)高溫焦碳還原）→工業(yè)硅（酸洗）→硅粉（加HCL）→SiHCL3（經(jīng)過(guò)粗餾精餾）→高純SiHCL3（和H2反應(yīng)CVD工藝）→高純多晶硅 </p><p><b>　　【多晶硅】 </b></p><p>

93、　　英文名：Polysilicon</p><p><b>　　分子式：Si</b></p><p>　　性質(zhì)：灰色金屬光澤。密度2.32—2.34。熔點(diǎn)1410℃。沸點(diǎn)2355℃。溶于氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和鹽酸。硬度介于鍺和石英之間，室溫下質(zhì)脆，切割時(shí)易碎裂。加熱至800℃以上即有延性，1300℃時(shí)顯出明顯變形。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應(yīng)

94、。高溫熔融狀態(tài)下，具有較大的化學(xué)活潑性，能與幾乎任何材料作用。具有半導(dǎo)體性質(zhì)，是極為重要的優(yōu)良半導(dǎo)體材料，但微量的雜質(zhì)即可大大影響其導(dǎo)電性。電子工業(yè)中廣泛用于制造半導(dǎo)體收音機(jī)、錄音機(jī)、電冰箱、彩電、錄像機(jī)、電子計(jì)算機(jī)等的基礎(chǔ)材料。由干燥硅粉與干燥氯化氫氣體在一定條件下氯化，再經(jīng)冷凝、精餾、還原而得。 多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過(guò)冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒

95、，則這些晶粒結(jié)合起來(lái)，就結(jié)晶成多晶硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如，在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面，遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著，甚至于幾乎沒有導(dǎo)電性。在化學(xué)活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和</p><p><b>　　3.2 應(yīng)用領(lǐng)域</b></p><p>　

96、　高純的單晶硅棒是單晶硅太陽(yáng)電池的原料，硅純度要求99.999％。單晶硅太陽(yáng)電池是當(dāng)前開發(fā)得最快的一種太陽(yáng)電池，它的構(gòu)和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。為了降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽(yáng)電池等采用太陽(yáng)能級(jí)的單晶硅棒，材料性能指標(biāo)有所放寬。有的也可使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過(guò)復(fù)拉制成太陽(yáng)電池專用的單晶硅棒。 </p><p>　　單晶硅是轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能、電能的主要材料。在日常生活里，單晶

97、硅可以說(shuō)無(wú)處不在，電視、電腦、冰箱、電話、汽車等等，處處離不開單晶硅材料；在高科技領(lǐng)域，航天飛機(jī)、宇宙飛船、人造衛(wèi)星的制造，單晶硅同樣是必不可少的原材料。 </p><p>　　在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，利用單晶硅所生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池可以直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為光能，實(shí)現(xiàn)了邁向綠色能源革命的開始。現(xiàn)在，國(guó)外的太陽(yáng)能光伏電站已經(jīng)到了理論成熟階段，正在向?qū)嶋H應(yīng)用階段過(guò)渡，太陽(yáng)能單晶硅的利用將普及到全世界范圍，市場(chǎng)需求量不言而

98、喻。 </p><p>　　直拉硅單晶廣泛應(yīng)用于集成電路和中小功率器件。區(qū)域熔單晶目前主要用于大功率半導(dǎo)體器件，比如整流二極管，硅可控整流器，大功率晶體管等。 </p><p>　　區(qū)熔（NTD）單晶硅可生產(chǎn)直徑范圍為：Φ1.5〃- Φ4〃。</p><p>　　直拉單晶硅可生產(chǎn)直徑范圍為：Φ2〃-Φ8〃。</p><p>　　硅單晶被稱為現(xiàn)

99、代信息社會(huì)的基石。硅單晶按照制備工藝的不同可分為直拉（CZ）單晶硅和區(qū)熔（FZ）單晶硅，直拉單晶硅被廣泛應(yīng)用于微電子領(lǐng)域，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使人類社會(huì)進(jìn)入了信息化時(shí)代，被稱為硅片引起的第一次革命。區(qū)熔單晶硅是利用懸浮區(qū)熔技術(shù)制備的單晶硅。它的用途主要包括以下幾個(gè)方面。 </p><p>　　3.2.1 制作電力電子器件</p><p>　　電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電力管理，提高電功效率的關(guān)鍵

100、技術(shù)。飛速發(fā)展的電力電子被稱為“硅片引起的第二次革命”，大多數(shù)電力電子器件是用區(qū)熔單晶硅制作的。電力電子器件包括普通晶閘管(SCR)、電力晶體管GTR、GTO以及第三代新型電力電子器件——功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)以及功率集成電路(PIC)等，廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電、靜止無(wú)功補(bǔ)償、電力機(jī)車牽引、交直流電力傳動(dòng)、電解、勵(lì)磁、電加熱、高性能交直流電源等電力系統(tǒng)和電氣工程中。制作電力電子器件，是區(qū)熔單晶硅的

101、傳統(tǒng)市場(chǎng)，也是本項(xiàng)目產(chǎn)品的市場(chǎng)基礎(chǔ)。 </p><p>　　3.2.2 制作高效率太陽(yáng)能光伏電池</p><p>　　太陽(yáng)能目前已經(jīng)成為最受關(guān)注的綠色能源產(chǎn)業(yè)。美國(guó)、歐洲、日本都制定了大力促進(jìn)本國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，我國(guó)也于2005年3月份通過(guò)了《可再生能源法》。這些措施極大地促進(jìn)了太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1998—2004年，國(guó)際太陽(yáng)能光伏電池的市場(chǎng)一直保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，年

102、平均增長(zhǎng)速度達(dá)到30%，預(yù)計(jì)到2010年，仍將保持至少25%的增長(zhǎng)速度。 </p><p>　　晶體硅是目前應(yīng)用最成熟，最廣泛的太陽(yáng)能電池材料，占光伏產(chǎn)業(yè)的85%以上。美國(guó)SunPower公司最近開發(fā)出利用區(qū)熔硅制作太陽(yáng)能電池技術(shù)，其產(chǎn)業(yè)化規(guī)模光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20%，為目前產(chǎn)業(yè)化最高水平，其綜合性價(jià)比超過(guò)直拉單晶硅太陽(yáng)能電池（光電轉(zhuǎn)換效率為15%）和多晶硅太陽(yáng)能電池（光電轉(zhuǎn)換效率為12%）。這項(xiàng)新技術(shù)將會(huì)極大地?cái)U(kuò)

103、展區(qū)熔硅單晶的市場(chǎng)空間。據(jù)估計(jì)，到2010年，其總的市場(chǎng)規(guī)模到將達(dá)到電力電子需求規(guī)模，這是本項(xiàng)目新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。 </p><p>　　3 .2.3 制作射頻器件和微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）</p><p>　　區(qū)熔單晶還可以用來(lái)制作部分分立器件。另外采用高阻區(qū)熔硅制造微波單片集成電路（MMIC）以及微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）等高端微電子器件，被廣泛應(yīng)用于微波通訊、雷達(dá)、導(dǎo)航、測(cè)控、醫(yī)學(xué)等

104、領(lǐng)域，顯示出巨大的應(yīng)用前景。這也是區(qū)熔單晶的又一個(gè)新興的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。 </p><p>　　3.2.4 制作各種探測(cè)器、傳感器，遠(yuǎn)紅外窗口</p><p>　　探測(cè)器、傳感器是工業(yè)自動(dòng)化的關(guān)鍵元器件，被廣泛應(yīng)用于光探測(cè)、光纖通訊、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中以及醫(yī)療、軍事、電訊、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。高純的區(qū)熔硅單晶是制作各種探測(cè)器、傳感器的關(guān)鍵原材料，其市場(chǎng)增長(zhǎng)趨勢(shì)也很明顯。 </p>

105、<p><b>　　結(jié)　論</b></p><p>　　在多晶硅巨大的利益下，生產(chǎn)中存在盲目擴(kuò)建的的問(wèn)題</p><p>　　我國(guó)多晶硅生產(chǎn)技術(shù)落后，產(chǎn)品質(zhì)量遠(yuǎn)低于歐美，日本等，生產(chǎn)過(guò)程損耗較大，污染嚴(yán)重</p><p>　　在多晶硅生產(chǎn)中，沒有形成協(xié)同開發(fā)研究的機(jī)制，而是相互保密，相互挖人，沒有合理充分的利用人才</p>