摘要：本文已多晶硅為中心，主要介紹了多晶硅的技術(shù)特征、單晶硅與多晶硅的區(qū)別、多晶硅應(yīng)用價值以及多晶硅行業(yè)走勢概況及預(yù)測進(jìn)行分析。

　　多晶硅概要

　　多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。

　　多晶硅的技術(shù)特征

　　⑴多種生產(chǎn)工藝路線并存，產(chǎn)業(yè)化技術(shù)封鎖、壟斷局面不會改變。由于各多晶硅生產(chǎn)工廠所用主輔原料不盡相同，因此生產(chǎn)工藝技術(shù)不同；進(jìn)而對應(yīng)的多晶硅產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、用途、產(chǎn)品檢測方法、過程安全等方面也存在差異，各有技術(shù)特點和技術(shù)秘密，總的來說，國際上多晶硅生產(chǎn)主要的傳統(tǒng)工藝有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。其中改良西門子工藝生產(chǎn)的多晶硅的產(chǎn)能約占世界總產(chǎn)能的80%，短期內(nèi)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)壟斷封鎖的局面不會改變。

　　⑵新一代低成本多晶硅工藝技術(shù)研究空前活躍。除了傳統(tǒng)工藝（電子級和太陽能級兼容）及技術(shù)升級外，還涌現(xiàn)出了幾種專門生產(chǎn)太陽能級多晶硅的新工藝技術(shù)，主要有：改良西門子法的低價格工藝；冶金法從金屬硅中提取高純度硅；高純度SiO2直接制取；熔融析出法（VLD：Vaper to liquid deposition）；還原或熱分解工藝；無氯工藝技術(shù)，Al－Si溶體低溫制備太陽能級硅；熔鹽電解法等。

　　多晶硅生產(chǎn)流程

　　（1）石英砂在電弧爐中冶煉提純到98%并生成工業(yè)硅， 其化學(xué)反應(yīng)SiO2+C→Si+CO2↑

　　（2）為了滿足高純度的需要，必須進(jìn)一步提純。把工業(yè)硅粉碎并用無水氯化氫（HCl）與之反應(yīng)在一個流化床反應(yīng)器中，生成擬溶解的三氯氫硅（SiHCl3）。 其化學(xué)反應(yīng)Si+HCl→SiHCl3+H2↑ 反應(yīng)溫度為300度，該反應(yīng)是放熱的。同時形成氣態(tài)混合物（Н2，НС1，SiНС13，SiC14，Si）。

　　（3）第二步驟中產(chǎn)生的氣態(tài)混合物還需要進(jìn)一步提純，需要分解：過濾硅粉，冷凝SiНС13，SiC14，而氣態(tài)Н2，НС1返回到反應(yīng)中或排放到大氣中。然后分解冷凝物SiНС13，SiC14，凈化三氯氫硅（多級精餾）。

　　（4）凈化后的三氯氫硅采用高溫還原工藝，以高純的SiHCl3在H2氣氛中還原沉積而生成多晶硅。 其化學(xué)反應(yīng)SiHCl3+H2→Si+HCl。

　　多晶硅的反應(yīng)容器為密封的，用電加熱硅池硅棒（直徑5-10毫米，長度1.5-2米，數(shù)量80根），在1050-1100度在棒上生長多晶硅，直徑可達(dá)到150-200毫米。 這樣大約三分之一的三氯氫硅發(fā)生反應(yīng)，并生成多晶硅。剩余部分同Н2，НС1，SiНС13，SiC14從反應(yīng)容器中分離。這些混合物進(jìn)行低溫分離，或再利用，或返回到整個反應(yīng)中。氣態(tài)混合物的分離是復(fù)雜的、耗能量大的，從某種程度上決定了多晶硅的成本和該工藝的競爭力。

　　單晶硅與多晶硅的區(qū)別

　　單晶硅和多晶硅的區(qū)別是，當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固時，硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。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)、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9。目前，人們已經(jīng)能制造出純度為十二個9 的單晶硅。單晶硅是電子計算機(jī)、自動控制系統(tǒng)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的基本材料。