国内外多晶硅生产现状—中国光学光电子行业网

（一）国内外多晶硅生产的主要工艺技术

1，改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法

改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢（或外购氯化氢），氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。

国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。

2，硅烷法——硅烷热分解法

硅烷（SiH_{4）是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。以前只有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产。但美国Asimi和SGS公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。}

3，流化床法

以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内（沸腾床）高温高压下生成三氯氢硅，将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅，继而生成硅烷气。

制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。唯一的缺点是安全性差，危险性大。其次是产品纯度不高，但基本能满足太阳能电池生产的使用。

此法是美国联合碳化合物公司早年研究的工艺技术。目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。此法比较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。

4，太阳能级多晶硅新工艺技术

除了上述改良西门子法、硅烷热分解法、流化床反应炉法三种方法生产电子级与太阳能级多晶硅以外，还涌现出几种专门生产太阳能级多晶硅新工艺技术。

1）冶金法生产太阳能级多晶硅

据资料报导^[1]日本川崎制铁公司采用冶金法制得的多晶硅已在世界上最大的太阳能电池厂（SHARP公司）应用，现已形成800吨/年的生产能力，全量供给SHARP公司。

主要工艺是：选择纯度较好的工业硅（即冶金硅）进行水平区熔单向凝固成硅锭，去除硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后，进行粗粉碎与清洗，在等离子体融解炉中去除硼杂质，再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭，去除第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分，经粗粉碎与清洗后，在电子束融解炉中去除磷和碳杂质，直接生成太阳能级多晶硅。

2）气液沉积法生产粒状太阳能级多晶硅

据资料报导^[1]以日本Tokuyama公司为代表，目前10吨试验线在运行，200吨半商业化规模生产线在2005-2006年间投入试运行。

主要工艺是：将反应器中的石墨管的温度升高到1500℃，流体三氯氢硅和氢气从石墨管的上部注入，在石墨管内壁1500℃高温处反应生成液体状硅，然后滴入底部，温度回升变成固体粒状的太阳能级多晶硅。

3）重掺硅废料提纯法生产太阳能级多晶硅

据美国Crystal Systems资料报导^[1]，美国通过对重掺单晶硅生产过程中产生的硅废料提纯后，可以用作太阳能电池生产用的多晶硅，最终成本价可望控制在20美元/Kg以下。

（二）目前国内外多晶硅生产现状

1，国外多晶硅生产现状^[1]

目前国外多晶硅生产在质量上已能满足大规模集成电路用直拉单晶硅和电力电子器件用的区熔单晶硅的要求，并不断以新工艺技术、向更大规模化、更低生产成本方向发展。见表1。几大公司垄断了多晶硅生产技术，保持各自的份额，同时满足了不断发展的各种半导体硅芯片的需要。

表1 国外多晶硅公司生产现状

公司	国别	原料工艺反应器	产品形状	产品定位	2004年产量	2005年产量预期
Hemlock	美国	HCL+工业硅西门子工艺与反应器	棒状	电子级	7000	7800
TokuYama	日本	H_2工业硅+CL₂+ 西门子工艺与反应器	棒状	电子级	4800	4800
WacKer	德国	H_2工业硅+CL₂+ 西门子工艺与反应器	棒状	电子级	4600	5000
Asimi	美国	SiH_{4热分解工艺}, SiH₄ 西门子反应器	棒状	电子级	2400	2400
SGS	美国	SiH_{4热分解工艺}, SiH₄ 西门子反应器	棒状	电子级	2200	2200
三菱	日本	H_2工业硅+CL₂+ 西门子工艺与反应器	棒状	电子级	1600	1600
三菱	日本	H_2工业硅+CL₂+ 西门子工艺与反应器	棒状	电子级	1200	1200
Memc	意大利	SiHCL₃ 西门子工艺与反应器	棒状	电子级	1000	1000
Sumi tomo	日本	H_2工业硅+CL₂+ 西门子工艺与反应器	棒状	电子级	700	700
Memc	美国	Na Al H₂ H₂SiF₆ 流化床反应器	粒状	太阳能	1500	1500
合计					27000	28200

2，国内多晶硅生产现状

目前国内多晶硅生产在工艺技术和规模上与国外有较大的差距，原料消耗高、能耗高、规模小、产量低、装备差、成本高、质量不稳定、市场竞争力弱。因此多晶硅生产厂家由上世纪80年代的14家到90年代减为两家（峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅有限公司）。目前洛阳中硅公司300吨/年已建成投产，在建的还有新光硅业1260吨/年。国内多晶硅生产现状列于表2。从表2中可以看出，国内多晶硅产量小，远不能满足我国单晶硅生产的需求，特别是不能满足太阳能光伏产业迅猛发展的需求。

表2 国内多晶硅生产现状

生产厂(公司)	生产能力（吨/年）	工艺	产品定位	备注
新光硅业	1260	改良西门子法	电子级	计划2007年初投产
中硅公司	300	改良西门子法	电子级	2005年9月试车
峨嵋半导体材料厂	100	改良西门子法	电子级	2006年扩至200吨/年
合计	1660			2005年实际产量不到150吨

（三）国内外多晶硅技术发展趋势^[1]

1，国外多晶硅技术发趋势

由于全世界加速普及太阳能发电，因此太阳能光伏产业发展迅猛，造成太阳能级多晶硅大量短缺，所以目前国内外多晶硅技术发展趋势与扩产计划，都是为了满足太阳能光伏产业发展需求为特点，见表3。

表国外多晶硅公司新技术发展趋势

公司	国别	新技术发展趋势、特点与进展	扩产计划	备注
HemLock	美国	2008年实现以三氯氢硅、二氯二氢硅、硅烷为原料，流化床反应器的多晶硅生产新技术，主工艺过程仍属于西门子工艺。	2005-2008 再增3000吨
Tokuyama	日本	以三氯氢硅和氢气为原料，管状炉反应器，‘VLD’工艺使用石墨管将温度升高到1500℃，三氯氢硅和氢气从石墨管上部注入，在1500℃的石墨管壁上反应生成液体硅，然后滴入底部，降温变成固体粒状硅。此工艺研发始于1999年，除反应器外主工艺仍属西门子工艺。	10吨试验线已在运行，2005年200吨线投入运行，2008年大规模新技术线投入运行有可能延续成为第二大供应商
Wacker	德国	以三氯氢硅和氢气为原料，流化床反应器，工业级试验线用了两个多晶硅反应器，反应器为FBR型。100吨试验线在2004年10月投入运行，除反应器外主工艺仍属于西门子工艺。	产能 2005年为5000吨 2006年为6500吨 2007年为9000吨
SGS	美国	硅烷(SiH_{4热分解，太阳能级粒状硅，反应器是流化床FBR型，此外，主工艺过程不会有太多变化。})	可能形成能力： 2005年200吨 2006年500吨 2007年1500吨 2008年5000吨
TssI	德国	硅烷(SiH_{4热分解，反应器类型类似德山曹达的})‘Tube-recator’，也类似于西门子型反应器，	原计划在2004年完成试验室试验。产能： 2005年20-100吨 2007-2008年形成 1000吨/年生产线
Elkem	挪威	热法冶金提炼，共有三个阶段，外于高度保密。	2004年6月尚未作出是否建一条100-250吨的生产线。原计划在2005-2006年形成2000-5000吨的产能

从表可以看出国外多晶硅生产技术发展的特点：

1）研发的新工艺技术几乎全是以满足太阳能光伏硅电池行业所需要的太阳能级多晶硅。

2）研发的新工艺技术主要集中体现在多晶硅生成反应器装置上，多晶硅生成反应器是复杂的多晶硅生产系统中的一个提高产能、降低能耗的关键装置。

3）研发的流化床（FBR）反应器粒状多晶硅生成的工艺技术，将是生产太阳能级多晶硅首选的工艺技术。其次是研发的石墨管状炉（Tube-Recator）反应器，也是降低多晶硅生产电耗，实现连续性大规模化生产，提高生产效率，降低生产成本的新工艺技术。

4）流化床（FBR）反应器和石墨管状炉（Tube-Recator）反应器，生成粒状多晶硅的硅原料可以用硅烷、二氯二氢硅或是三氯氢硅。

5）在2005年前多晶硅扩产中100%都采用改良西门子工艺。在2005年后多晶硅扩产中除Elkem外，基本上仍采用改良西门子工艺。

通过以上分析可以看出，目前多晶硅主要的新增需求来自于太阳能光伏产业，国际上已经形成开发低成本、低能耗的太阳能级多晶硅生产新工艺技术的热潮，并趋向于把生产低纯度的太阳能级多晶硅工艺和生产高纯度电子级多晶硅工艺区分开来，以降低太阳能级多晶硅生产成本，从而降低太阳能电池制造成本，促进太阳能光伏产业的发展，普及太阳能的利用，无疑是一个重要的技术决策方向。

2，国内多晶硅技术发趋势

目前国内的几家多晶硅生产单位的扩产，都是采用改良西门子工艺技术。还没见到新的工艺技术有所突破的报导。

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