直拉法生产单晶硅项目计划书

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1、新能源产业单晶硅项目可行性报告书2014 年 01 月作成第一章 总 论1.1 项目概况项目名称：直拉法生产单晶硅新建企业名称：八零九零有限公司项目负责人：刘冰项目建设地点：山东济南1.2 项目提出的背景硅是地球上储藏最丰富的材料之一，从 19 世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。直到上世纪 60 年代开始，硅材料就取代了原有锗材料。硅材料因其具有耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件的特性而成为应用最多的一种半导体材料，目前的集成电路半导体器件大多数是用硅材料制造的。单晶硅又叫硅单晶（Monocrystalline silicon），分子式：Si

2、，分子量：28.086. 单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处 于新材料发展的前沿。其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。1.2.1.具体介绍我们的生活中处处可见“硅” 的身影和作用，晶体硅太阳能 电池是近 15 年来形成产业化最快的。单晶硅，英文：Monocrystallinesilicon。是硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。 纯度要

3、求达到 99.9999%，甚至达到 99.9999999%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。用途：单晶硅具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电 率不及金属，且随着温度升高而增加，具有半导体性质。单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第 A族元素，形成 P 型半导 体， 掺入微量的第 VA 族元素，形成 N 型，N 型和 P 型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。单晶硅是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。在开发能源方面是一种很有前途的材料。单晶硅按晶体生长方法的不

4、同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ ）和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。1.2.2.发展现状单晶硅建设项目具有巨大的市场和广阔的发展空间。在地壳中含量达 25.8%的硅元素，为单晶硅的生产提供了取之不尽的源泉。各种晶体材料，特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的发展，成为当代信息技术产业的支柱，并使信息产业成为全球经济发展中增长最快的先导产业。单晶硅作为一种极具潜能，亟待开发利用的高科技资源，正引起越来越多的关注和重视。与此同时，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，

5、世界上许多国家正掀起开发利用太阳能的热潮并成为各国制定可持续发展战略的重要内容。在跨入 21 世纪门槛后，世界大多数国家踊跃参与以至在全球范围掀起了太阳能开发利用的“绿色能源热” ，一个广泛的大 规模的利用太阳能的时代正在来临，太阳能级单晶硅产品也将因此受世人瞩目。目前各国相继研发太阳能光伏系统，把太阳能发电终端，所产生的电能输送到电网，用电网使用。1.2.3.物理特性硅是地球上储藏最丰富的材料之一，从 19 世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。直到上世纪 60 年代开始，硅材料就取代了原有锗材料。硅材料因其具有耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器

6、件的特性而成为应用最多的一种半导体材料，集成电路半导体器件大多数是用硅材料制造的。熔融的单质硅在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相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。 单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成 p 型硅半导体；如掺入微量的族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成 n 型硅半导体。1.3.应用领域硅有晶态和无定形两种同素异形体。晶态硅又分为单晶硅和多晶硅，它们均具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，

7、能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。 单晶硅在日常生活中是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。电视、 电脑 、冰箱、 电话、手表、汽车，处处都离不开单晶硅材料，单 晶硅作为科技应用普及材料之一，已经渗透到人们生活中的各个角落。在光伏技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。1.3.1.半导体非晶硅是一种直接能带半导体，它的结构内部有许多所谓的“悬键” ，也就是没有和周围的硅原子成键的电子， 这些电子在电场作用下就可以产生电流，并不需要声子的帮助，因而非晶硅可以做得很薄，还有制作成本

8、低的优点。单晶硅主要用于制作半导体元件，其用途主要是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。1.3.2.光伏组件单晶硅是光伏行业中太阳能电池发电的转换器，其转换率的高低直接决定着太阳能利用率的多少，单晶硅生产处于太阳能光伏产业链的中游，在国内拉单晶技术已趋成熟，国家“863”计划超大规模集成电路（IC）配套材料重大专项总体组在组织专家北京对西安理工大学和北京有色金属研究总院承担的“TDR-150 型单晶炉（12 英寸 MCZ综合系统）” 完成了验收。这标志着拥有自主知 识产权的大尺寸集成电路与太阳能用硅单晶生长设备，在我国首次研制成功。这项产品使中国能够开

9、发具有自主知识产权的关键制造技术与单晶炉生产设备，填补了国内空白，初步改变了在晶体生长设备领域研发制造受制于人的局面，在生产装备上已经完全实现国产化。产业链最上游是多晶硅的生产厂商，多晶硅高新技术与设备为欧美国家所垄断，国内的多晶硅生产厂商与欧美厂商没有竞争优势，目前中国全年所需要的多晶硅中仍然有 50%需要从美国等国的光伏企业进口。而处于下游的国内电池封装商面对的市场主要集中在欧美国家，其发展容易受制于人。因此在光伏产业中单晶硅生产企业相对最具安全。江苏作为光伏产业大省，太阳能电池产量占了全国的三分之二、全球的四分之一，在世界太阳能电池产量前 15 位的电池制造商中，江苏占了 5 家，江苏的

10、光伏产业呈现协调快速发展势头，并且在全国率先出台了江苏省新能源产业调整和振兴规划纲要和江苏省光伏发电推进意见，果断提出将采取电价补贴的政策手段，计划通过 3年努力，力争在全省建成光伏并网发电装机容量 400 兆瓦。泰州市新能源产业振兴规划纲要（20092012 年），在泰州建设 30 兆瓦屋顶电站、2 兆瓦建筑一体化电站，中盛光电集团成为被重点扶持的企业之一。而作为泰州的邻市扬州，2010 年光伏产业的年销售收入已达到 400 亿元以上，其中规模较大的企业有江苏顺大、晶澳太阳能，2010 年 12 月 19 日，由波司登控股集团有限公司与江苏康博科技有限公司共同投资亿 元打造的、年产吨高纯硅项

11、目也在扬州签约。不仅是电池制造，光伏电站，包括周 边零配件的整个生产链在江苏已经初具规模，这将为单晶硅生产销售提供便利条件。虽然近年来我国的光伏产业受到了极大地冲击，但是随着国家对新能源建设的不断的投入，这一产业终将会复兴。第二章 研究趋势2.1.概述日本、美国和德国是主要的硅材料生产国。中国硅材料工业与日本同时起步，但总体而言，生产技术水平仍然相对较低，而且大部分为 2.5345 英寸硅 锭和小直径硅片。中国消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于 1998 年成功地制造出了 12 英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期。全世界单晶硅的产能为 1 万

12、吨/年，年消耗量约为 6000吨7000 吨。未来几年中，世界单晶硅材料发展将呈现以下发展趋势：2.2.微型化随着半导体材料技术的发展，对硅片的规格和质量也提出更高的要求，适合微细加工的大直径硅片在市场中的需求比例将日益加大。硅片主流产品是 200mm，逐渐向 300mm 过 渡，研制水平达到400mm450mm。据 统计 ，200mm 硅片的全球用量占 60%左右，150mm 占 20%左右，其余占 20%左右。 Gartner 发布的对硅片需求的5 年预测表明，全球 300mm 硅片将从 2000 年的 1.3%增加到 2006 年的 21.1%。日、美、 韩等国家都已 经在 1999 年

13、开始逐步扩大 300mm硅片产量。据不完全统计，全球已建、在建和计划建的 300mm 硅器件生产线约有 40 余条，主要分布在美国和我国台湾等，仅我国台湾就有 20 多条生产线，其次是日、韩、新及欧洲。世界半导体设备及材料协会（SEMI）的调查显示，2004 年和 2005年，在所有的硅片生产设备中，投资在 300mm 生产线上的比例将分别为 55%和 62%，投资额也分别达到 130.3 亿美元和 184.1 亿美元，发展十分迅猛。而在 1996 年时，这一比重还仅仅是零。2.3.国际化，集团化研发及建厂成本的日渐增高，加上现有行销与品牌的优势，使得硅材料产业形成“大者恒大 ”的局面，少数集

14、 约化的大型集团公司垄断材料市场。上世纪 90 年代末，日本、德国和韩国（主要是日、德两国）资本控制的 8 大硅片公司的销量占世界硅片销量的 90%以上。根据SEMI 提供的 2002 年世界硅材料生产商的市场份额显示，Shinetsu、SUMCO、Wacker、MEMC、Komatsu 等 5 家公司占市场总额的比重达到 89%，垄断地位已经形成。2.4.硅基材料随着光电子和通信产业的发展，硅基材料成为硅材料工业发展的重要方向。硅基材料是在常规硅材料上制作的，是常规硅材料的发展和延续，其器件工艺与硅工艺相容。主要的硅基材料包括 SOI（绝缘体上硅）、GeSi 和应力硅。SOI 技术已开始在世

15、界上被广泛使用，SOI材料约占整个半导体材料市场的 30%左右， 预计到 2010 年将占到 50%左右的市场。 Soitec 公司（世界最大的 SOI 生产商）的 2000 年2010 年SOI 市 场预测以及 2005 年各尺寸 SOI 硅片比重 预测了产业的发展前景。2.5.制造技术升级半导体,芯片集成电路,设计版图,芯片制造,工艺世界普遍采用先进的切、磨、抛和洁净 封装工艺，使制片技 术 取得明显进展。在日本，200mm硅片已有 50%采用线切割机进行切片，不但能提高硅片质量，而且可使切割损失减少 10%。日本大型半 导体厂家已经向300mm 硅片转型，并向 0.13m以下的微细 化发

16、展。另外，最新尖端技术的导入， SOI 等高功能晶片的试制开发 也进入批量生产阶段。 对此，硅片生产厂家也增加了对 300mm 硅片的 设备投资，针对设计规则的进一步微细化，还开发了高平坦度硅片和无缺陷硅片等，并对设备进行了改进。硅是地壳中赋存最高的固态元素，其含量为地壳的四分之一，但在自然界不存在单体硅，多呈氧化物或硅酸盐状态。硅的原子价主要为 4 价，其次为 2 价；在常温下它的化学性质稳定，不溶于单一的强酸，易溶于碱；在高温下化学性质活泼，能与许多元素化合。硅材料资源丰富，又是无毒的单质半导体材料，较易制作大直径无位错低微缺陷单晶。晶体力学性能优越，易于实现产业化，仍将成为半导体的主体材料。多晶硅材料是以工业硅为原料经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的电子材料，是硅产品产业链中的一个极为重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料，是信息产业和新能源产业最基础的原材料。第三章 单晶硅的生产工艺3.