高纯多晶硅基础知识多晶硅材料
多晶硅
多晶硅产品分类:多晶硅按纯度分类可以分为冶金级（工业硅）、太阳能级、电子级。
1、冶金级硅（MG）：是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成。
一般含Si 为90 - 95％以上，高达99.8％以上。
2、太阳级硅（SG）：纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，至今未有明确界定。
一般认为含Si在99.99 ％– 99.9999％（4～6个9）。
3、电子级硅（EG）：一般要求含Si > 99.9999 ％以上，超高纯达到99.9999999％～99.999999999％（9～11个9）。
多晶硅生产流程：1，西门子法，改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成H C l（或外购HCl），HCl和工业硅粉在一定的温度下合成SiHCl3，然后对SiHCl3进行分离精馏提纯，提纯后的SiHCl3在氢还原炉内进行化学气相沉积反应得到高纯多晶硅。
改良西门子法包括五个主要环节：即SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。
改良西门子法是目前生产多晶硅最为成熟、投资风险最小、最容易扩建的工艺，国内外现有的多晶硅厂大多采用此法生产太阳能级与电子级多晶硅。
改良西门子法生产多晶硅属高能耗的产业，其中电力成本约占总成本的70%左右。
2，硅烷热分解法，1956年，英国标准电讯实验所成功研发出了硅烷（SiH4 ）热分解制备多晶硅的方法，即通常所说的硅烷法。
1959年，日本的石冢研究所也同样成功地开发出了该方法。
后来，美国联合碳化物公司采用歧化法制备SiH4，并综合上述工艺且加以改进，便诞生了生产多晶硅的新硅烷法。
硅烷法与改良西门子法接近，只是中间产品不同，改良西门子法的中间产品是SiHCl3，而硅烷法的中间产品是SiH4。
SiH4是以SiCl4氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法来制取，然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉中生产纯度较高的棒状多晶硅。
日本小松公司曾采用过此技术，但由于发生过严重的爆炸事故，后来就没有继续推广了。
多晶硅技术介绍范文
多晶硅技术介绍范文多晶硅技术的基本原理是通过将高纯度的硅原料经过加热熔化后，再通过控制冷却速度使其形成多晶硅晶体结构。
其过程主要包括硅原料净化、熔炼、铸造和再结晶等环节。
在硅原料净化环节，需要利用化学方法或物理方法将杂质从硅原料中去除，以提高其纯度。
在熔炼环节，将净化后的硅原料加热至高温，使其熔化成液态硅。
在铸造环节，将熔化后的硅液注入到预先设计好的结晶棒中，控制冷却速度使其形成多晶硅晶体。
最后，在再结晶环节，对多晶硅进行热处理，使其晶界能量降低，晶体结构得到稳定，提高材料的电学性能。
多晶硅技术具有以下几个特点。
首先，多晶硅材料具有较高的光电转化效率，能够转化太阳能为电能，广泛应用于太阳能电池板的制造。
其次，多晶硅具有较好的机械强度和热稳定性，能够适应复杂的工艺条件和环境。
此外，多晶硅材料的成本较低，制备工艺相对简单，有利于大规模产业化生产，并且可回收利用，有利于环境保护。
多晶硅技术在太阳能发电行业中的应用较为广泛。
太阳能电池板是太阳能发电的关键组件，多晶硅是太阳能电池板的主要材料。
太阳能电池板的制造过程中，需要将多晶硅材料通过切片、薄化等工艺变成薄片，并加工形成太阳能电池元件。
多晶硅材料的质量对最终太阳能电池板的功率输出和稳定性有重要影响，因此多晶硅技术对提高太阳能电池板的性能至关重要。
另外，在电子信息领域，多晶硅技术也得到了广泛应用。
多晶硅材料具有半导体性质，在电子器件的制造过程中被用于制备电子芯片、电子器件等。
同时，多晶硅材料也被应用于光电子器件和光通信领域，用于制备光电二极管、光放大器等器件，发挥着重要的作用。
总之，多晶硅技术是一种制备多晶硅材料的关键工艺，具有广泛的应用前景。
其在太阳能发电、电子信息、光电子等领域的应用推动了相关产业的发展，有助于提高能源利用效率、促进科技进步。
随着科技的不断进步和技术的不断优化，相信多晶硅技术在未来会有更加广阔的应用前景。
多晶硅相关介绍
第一章、多晶硅概况1.1 多晶硅的基本概况1.1.1 有关硅产品的概念硅是自然界分布最广的元素之一，是介于金属与非金属之间的半金属。
在自然界中，硅主要是以氧化硅和硅酸盐的形态存在。
目前，硅是可获得的纯度最高的材料之一，其实验室纯度可达到12个9的本征级，工业化大生产中也能达到7~11个9的本征级。
1.1.2 多晶硅的基本概念多晶硅是单质硅的一种形态。
是由许多硅原子及许多小的晶粒组合而成的硅晶体。
当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，这些晶粒结合起来，则形成多晶硅。
1.1.3多晶硅的物理化学性质及其与单晶硅的区别多晶硅是人工提取的高纯材料，其英文名为polysilicon，分子式Si，分子量28.08，熔点1410℃，沸点2355℃。
多晶硅一般呈深银灰色，不透明，具有金属光泽，性脆。
密度2.32~2.34。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。
加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。
常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。
电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。
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1.2 多晶硅产品分类多晶硅按纯度分类可以分为冶金级（金属硅）、太阳能级、电子级。
冶金级硅（MG）：是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成。
多晶硅中的硅元素含量
多晶硅中的硅元素含量
多晶硅是一种由多个晶体颗粒组成的硅材料，其硅元素含量通常非常高，通常在99.9999%以上。
这意味着多晶硅中几乎完全是由硅元素组成的，其他杂质元素的含量非常低。
这种高纯度的硅元素含量使得多晶硅成为半导体行业中非常重要的材料，用于制造太阳能电池、集成电路和其他电子器件。
多晶硅的高纯度硅元素含量对于确保电子器件的性能和稳定性至关重要。
除了在半导体行业中的应用，多晶硅也被用于制备光纤、光伏材料、太阳能电池等领域。
在这些领域中，高纯度的硅元素含量对于确保材料的光学和电学性能至关重要。
总的来说，多晶硅中的硅元素含量非常高，通常在99.9999%以上，这使得它成为半导体和光电子材料领域中不可或缺的材料。
多晶硅生产工艺
多晶硅生产工艺多晶硅是一种高纯度的硅材料，广泛应用于电子、光电和太阳能等领域。
多晶硅的制备工艺主要包括净化硅材料、化学气相沉积和熔融法等。
本文将从多晶硅生产的三个关键步骤入手，详细介绍多晶硅的生产工艺。
一、净化硅材料多晶硅的生产基础是高纯度硅材料，一般采用电石法或硅锭法生产。
在电石法中，石油焦、白炭黑等原料经高温炉处理生成硅单质，再通过进一步的加热处理和气相冷却得到高纯度的硅粉末。
硅锭法是利用单晶硅作为原料，通过高温熔化并在特殊条件下生长出大型晶体锭。
这两种方法都需要对产生的硅材料进行净化处理，以获得较高的纯度。
在净化过程中，首先需要通过化学方法除去硅杂质，例如氧化物、碳和氮等。
一般采用氢氧化钠或氢氧化铝作为碱性还原剂，使硅材料与还原剂反应生成挥发性化合物的气体，通过气体与净化剂的反应使杂质得到去除。
其次，通过热处理和气相冷却等方法去除非金属杂质，例如碳、氧、氮、铁、铝等。
最后，通过电石法或硅锭法制备出较高纯度的硅粉或硅锭，成为制备多晶硅的基础原料。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是多晶硅生产的主要方法之一。
其基本原理是利用硅化合物热分解生成硅单质并在沉积基底上生长晶体。
一般采用氯硅烷、氯化硅、三氯硅烷等硅化合物作为原料气体，通过加热至高温（1000-1400℃）使硅化合物分解，生成氯离子和硅单质原子。
硅单质原子进一步在沉积基底上生长成为多晶硅晶体。
在化学气相沉积法中，氯化氢和二氧化硅等气体通入反应器内，使反应器内维持一定的反应压力（约5-10kPa），并保证反应器内气氛处于还原条件下。
在材料沉积过程中，需要控制反应器的温度、反应气压和气体流量等参数，以使沉积层的粗细、取向和晶界质量达到理想状态。
三、熔融法熔融法是多晶硅生产的另一种常用方法。
其主要流程是将高纯度硅材料加热至熔化状态，然后在特定条件下进行成型和冷却。
其中的关键步骤包括炼铝电池法、湖式法和化学熔融法等。
炼铝电池法是将硅粉末加入熔融的铝中，在高温高压下反应生成硅铝合金，然后通过冷却、破碎等过程，得到晶粒尺寸较小的多晶硅。
多晶硅结构
多晶硅结构
多晶硅是一种由许多晶体颗粒组成的硅材料。
晶体颗粒之间存在晶界，晶界是晶体颗粒之间的结合面，具有较低的结晶度和晶粒尺寸。
多晶硅具有比单晶硅低得多的制备成本和更快的生产速度，因此在太阳能电池、半导体设备等领域得到广泛应用。
多晶硅的结构特点包括：
1. 晶体颗粒：多晶硅由许多晶体颗粒组成，每个晶体颗粒都是一个完整的晶体结构，具有较高的结晶度和较大的晶粒尺寸。
2. 晶界：晶体颗粒之间存在晶界，晶界是晶体颗粒之间的结合面，具有较低的结晶度和晶粒尺寸。
晶界是多晶硅中的缺陷区域，会对材料的电学和光学性能产生影响。
3. 晶格畸变：由于晶体颗粒之间的结合面，多晶硅的晶格会出现畸变，导致晶体颗粒内部存在应力。
这种应力会对材料的机械性能和热稳定性产生影响。
4. 晶粒尺寸：多晶硅的晶粒尺寸通常在几微米到几十微米之间，晶粒尺寸越大，材料的电学性能越好。
5. 晶体取向：多晶硅中的晶体颗粒通常具有不同的取向，这种取向差异会对材料的电学性能产生影响。
总体来说，多晶硅的结构复杂，其中包含许多晶体颗粒和晶界，这些结构特点会对材料的性能产生影响。
因此，在制备和应用多晶硅材料时，需要考虑这些结构特点，并寻找适当的方法来优化其性能。
物理法多晶硅技术
物理法多晶硅技术
多晶硅技术是一种生产高纯度多晶硅材料的物理法方法。
多晶硅是一种由许多晶体小粒子组成的硅材料，其晶界较多且晶界杂质较多，但其制备成本较单晶硅低，因此在太阳能电池、集成电路和半导体器件等领域有广泛应用。
物理法多晶硅技术的基本过程包括以下几个步骤：
1. 原料准备：多晶硅的主要原料是硅矿石，如石英砂。
矿石经过破碎和磨粉处理，得到一定粒度的硅粉。
2. 净化预处理：硅粉经过酸洗、碱洗和高温煅烧等处理，去除杂质和控制硅粉粒度。
3. 熔炼：将净化后的硅粉通过高温熔炼，使其融化成硅液。
熔炼过程中会加入一定比例的硅粉作为原料补充。
4. 晶化：将硅液缓慢降温，使其重新结晶成多晶硅固体。
晶化过程需要控制降温速度和温度梯度，以获得较大晶粒和较少的晶界杂质。
5. 切割和加工：将晶化后的多晶硅块进行切割和加工，制备成符合要求的多晶硅片。
切割过程中可以采用钻孔、磨削或者拉丝等方法。
6. 清洗和净化：在切割和加工后，需要对多晶硅片进行清洗和
净化处理，以去除表面污染和杂质。
通过以上步骤，物理法多晶硅技术可以生产出高纯度、低杂质的多晶硅材料，用于制备太阳能电池和半导体器件等产品。
多晶硅的性质、用途、冶炼方法以及工艺流程图
检测与包装
检测
对多晶硅产品进行质量检测，如纯度、晶体质量、表面质量等。
包装
根据客户需求对多晶硅产品进行包装，以确保其在运输和存储过程中的安全和稳定性。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
多晶硅的性质、用途、冶炼方法以 及工艺流程图
目录
• 多晶硅的性质 • 多晶硅的用途 • 多晶硅的用途 • 多晶硅的用途 • 多晶硅的冶炼方法 • 多晶硅的工艺流程图
01 多晶硅的性质
物理性质
硬度
多晶硅的硬度较高，属于硬质材料。
导热性
多晶硅的导热性能良好，热膨胀系数较小。
密度
多晶硅的密度为2.32-2.34g/cm³，比单晶 硅略低。
详细描述
化学气相沉积法利用化学反应将原料气体转化为多晶硅。该方法可以在较低温度下进行，结晶质量较好，但生产 成本较高，且对设备要求较高。
04 多晶硅的工艺流程图
原料准备
原料准备
多晶硅的生产需要高纯度 的硅材料作为原料，通常 采用冶金级硅或工业硅作 为起始原料。
硅材料的纯化
为了获得高纯度的硅材料， 需要进行一系列的提纯和 除杂过程，如破碎、酸洗、 碱洗等。
杂质去除
通过精馏过程，可以去除硅原料中 的大部分杂质，如铁、铝、钙等， 从而提高硅的纯度。
化学气相沉积
化学气相沉积原理
化学气相沉积是一种利用化学反应在硅表面形成固态薄膜的方法， 通过控制反应条件，可以在硅表面形成多晶硅层。
反应气体
化学气相沉积过程中需要使用不同的反应气体，如硅烷、氢气等， 这些气体在高温下发生化学反应，形成固态的多晶硅层。
铸锭和切片
将提纯后的多晶硅铸造成锭， 并进行切片加工成所需的规格 和形状。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高纯多晶硅基础知识多晶硅材料，是指由两个以上尺寸不同的单晶硅组成的硅材料，它的材料性质体现的是各向同性。
非晶硅材料，是指硅原子在短距离内有序排列，而在长距离内无序排列的硅材料，其材料的性质显示各向同性。
目前高纯多晶硅的大规模生产，被美国、日本和德国等少数发达国家所垄断。
由于多晶硅的生产必须规模化（至少年产千吨以上）才能赢利，再加技术上的复杂性、专有性和保密性，以及后进入者开发市场困难等因素，建设一座先进且规模化的多晶硅生产企业是相当不容易的。
冶金级硅是制造半导体多晶硅的原料，它由石英砂（二氧化硅）在电弧炉中用碳还原而成。
尽管二氧化硅矿石在自然界中随处可见，但仅有其中的少数可以用于冶金级硅的制备。
一般来说，要求矿石中二氧化硅的含量应在97%~98%以上，并对各种杂质特别是砷、磷和硫等的含量有严格的限制。
在用于制造高纯多晶硅的冶金硅中，除了含有99%以上的硅（Si）外，还含有铁（Fe）、铝(Al)、钙(Ca)、磷(P)、硼(B)等，它们的含量在百万分之几十个到百万分之一千个（摩尔分数）不等。
而半导体硅中的杂质含量应该降到10~9（摩尔分数）的水平，太阳级硅中的杂质含量应降到10~6（摩尔分数）的水平。
要把冶金硅变成半导体硅或者太阳能硅，显然不可能在保持固态的状态下提纯，而必须把冶金硅变成含硅的气体，先通过分馏与吸附等方法，对气体提纯，然后再把高纯的硅源的气体，通过化学气相沉积（CVD）的方法转化成为多晶硅。
目前生产制造高纯多晶硅的方法，主要有3大流派，即：用SIMENS法（又称SiHCl3法）生产多晶硅棒；用AsiMi法(又称SiH4法)生产多晶硅棒；利用SiH4硅源制造颗粒状多晶硅。
1．SIMENS法（SiHCl3法）生产多晶硅
该法于1954年推出，随即淘汰了当时使用的SiCl4锌还原法，而成为迄今一直使用的方法。
它的第一步，是在250~350的温度下让冶金硅粉末和氯化氢在流化床上反应；第二步，是对SiHCl3进行分馏，在这一过程中可以把具有不同沸点的氯化物分离出来；第三步，是硅的沉积。
多晶硅反应炉一般均采用单端开口的钟罩形式。
通常多晶硅的沉积反应要进行200~300h,使沉积在硅桥上的硅棒直径达到150~200mm.。
2. AsiMi法(SiH4法)制造多晶硅
20世纪60年代末期，AsiMi公司提出了用SiH4作为原料生产多晶硅。
利用SiH4原料制造多晶硅棒，一般使用金属钟型罩炉。
在高温时，SiH4会分解产生Si与H2，此法的总生产成本要比SiHCl3法为高。
3．颗粒状多晶硅制造技术
此法起源于Ethyl公司的SiH4法。
1987年商业化的颗粒状多晶硅开始投入生产。
该技术利用流体床反应炉将SiH4分解，而分解形成的硅则沉积在一些自由流动的微细晶种颗粒上，形成粒状多晶硅。
由于晶体表面积很大，使得流体床反应炉的效率高于传统的Simens炉，因而其产品的生产成本较低。
上面介绍的高纯多晶硅，是生产制造晶体硅光伏电池的最基本原材料，用它首先制成单晶硅锭或多晶硅锭，然后经切割即成为生产晶体硅光伏电池用的硅片。
1．单硅硅锭
是生产和制造单晶硅光伏电池的原材料。
它通过对高纯多晶硅的熔化，采用熔体直拉法（CZ）或悬浮区熔法（FZ）制取。
其直径约为100～300㎜，长度可达1m以上。
目前在硅单晶总产量中，80%以上是CZ硅，剩余约20%则主要是FZ硅。
FZ法不需要使用坩埚，可以获得电阻率和纯度都很高的硅单晶，但其生产硅单晶的成本高，而且随着硅晶体的大直径化，生产技术也受到限制。
2．铸造多晶硅（mc-si）锭
用铸造多晶硅制造的光伏电池，目前已占到光伏电池总产量的53%左右，成为最主要的光伏电池材料。
铸造多晶硅与直拉单晶硅相比其主要优势是材料利用率高，制备成本低；其缺点是具有晶界、高密度位错、微缺陷和相对较高的杂质浓度，使得晶体的质量明显低于硅单晶，从而降低了光电转换效率。
利用铸造技术制备多晶硅锭目前有两种主要工艺:
1.浇铸法
即在一个坩蜗内将高纯多晶硅原料熔化,然后浇铸在另一个经过预热的坩埚内冷却,通过控制冷却速度,采用定向凝固技术制备大晶粒的铸造多晶硅锭。
2．直接熔融定向凝固法
简称直熔法，又称布里奇曼法。
即在坩埚内直接将高纯多晶硅熔化，然后通过坩埚底部热交换等方式使熔体冷却，采用定向凝固技术制造多晶硅锭。
后一技术在国际产业界得到广泛应用，而前一技术目前只有德国太阳公司和日本京瓷公司等采用。
这两种技术，从本质上来讲没有根本区别，都是用铸造法制备多晶硅，其主要区别是采用一只坩埚还是两只坩埚。