单晶硅与多晶硅的基础知识及生产工艺

《单晶硅与多晶硅的基础知识及生产工艺》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单晶硅与多晶硅的基础知识及生产工艺（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、单晶硅和多晶硅的区别是，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相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶 核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。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、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶 硅可作为拉制单晶硅的原料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的 半导体器件要求硅的纯度六个 9 以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必 须达到九个9。目前，人们已经能制造出纯度为十二个 9 的单晶硅。单晶硅是电 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。多晶硅的生产工艺主要由高纯石英

2、（经高温焦碳还原）工业硅（酸洗）f硅粉 （加HCL）fSiHCL3（经过粗憎精憎）f高纯SiHCL3 （和H2反应CVD工艺）f 高纯多晶硅国内的多晶硅单价主要看纯度，纯度在 9 个 9 的很少，价格应该在 2500 以上了！ 详细价格不定， 单晶硅生产工艺主要有两种，一种是直拉法，一种是区熔法。工艺的介绍也可以 在网上找得到。单晶硅片的单价是论片算，不会按吨算的，这里还要区分是太阳能级还是IC级， 这里我只知道关于6寸太阳能级硅片，每片价格在53元左右 单晶硅的制造方法和设备1、一种单晶硅压力传感器制造方法及其结构2、单晶硅生产装置3、制造单晶硅的设备4、单晶硅直径测定法及其设备5、单晶硅直

3、径控制法及其设备【单晶硅】英文名： Monocrystalline silicon分子式： Si 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。 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

4、量的IIIA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VA族元素，如 磷或碑也可提高导电程度，形成n型硅半导体。单晶硅的制法通常是先制得多晶 硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶硅 主要用于制作半导体元件。用途： 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 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

5、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。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。近年来，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。【多晶硅】polycrystalline silicon性质：灰色金属光泽。密度2.322.34。熔点1410C。沸点2355C。溶于氢氟 酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和

6、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800C以上即有延性，1300C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。由干燥硅粉与干燥 氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚 石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒

7、 结合起来，就结晶成多晶硅。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。一、国际多晶硅产业概况 当前，晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅）是最主要的光伏材料，其市场占有率 在 90以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多 晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3

8、个国家7个公司的10家工 厂手中，形成技术封锁、市场垄断的状况。多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池。按纯度要求不同，分为电子级和 太阳能级。其中，用于电子级多晶硅占 55左右，太阳能级多晶硅占 45，随 着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶 硅的发展，预计到2008年太阳能多晶硅的需求量将超过电子级多晶硅。1994年全世界太阳能电池的总产量只有69MW，而2004年就接近1200MW,在短 短的10年里就增长了17倍。专家预测太阳能光伏产业在二十一世纪前半期将超 过核电成为最重要的基础能源之一。据悉，美国能源部计划到2010年累计安装容量4600MW，日

9、本计划2010年达到 5000MW，欧盟计划达到6900MW，预计2010年世界累计安装量至少18000MW。从 上述的推测分析，至2010年太阳能电池用多晶硅至少在30000吨以上，表2给 出了世界太阳能多晶硅工序的预测。据国外资料分析报道，世界多晶硅的产量 2005年为 28750 吨，其中半导体级为20250 吨，太阳能级为8500 吨，半导体级 需求量约为19000 吨，略有过剩；太阳能级的需求量为15000 吨，供不应求，从 2006 年开始太阳能级和半导体级多晶硅需求的均有缺口，其中太阳能级产能缺 口更大。据日本稀有金属杂质2005年 11月24日报道，世界半导体与太阳能多晶硅需求

10、 紧张，主要是由于以欧洲为中心的太阳能市场迅速扩大，预计2006 年，2007 年 多晶硅供应不平衡的局面将为愈演愈烈，多晶硅价格方面半导体级与太阳能级原 有的差别将逐步减小甚至消除，2005年世界太阳能电池产量约1GW，如果以1MW 用多晶硅12吨计算，共需多晶硅是1.2万吨， 20052010年世界太阳能电池平 均年增长率在25，到2010年全世界半导体用于太阳能电池用多晶硅的年总的 需求量将超过 6.3 万吨。世界多晶硅主要生产企业有日本的Tokuyama、三菱、住友公司、美国的Hemlock、 Asimi、SGS、MEMC公司，德国的Wacker公司等，其年产能绝大部分在1000吨 以

11、上，其中Tokuyama、Hemlock、Wacker三个公司生产规模最大，年生产能力均 在 30005000 吨。国际多晶硅主要技术特征有以下两点：（1）多种生产工艺路线并存，产业化技术封锁、垄断局面不会改变。由于各多 晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶 硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也 存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的 传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中改良西门子工艺生产的多 晶硅的产能约占世界总产能的 80，短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改 变。（2）新一代低

12、成本多晶硅工艺技术研究空前活跃。除了传统工艺（电子级和太 阳能级兼容）及技术升级外，还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅的新工艺 技术，主要有：改良西门子法的低价格工艺；冶金法从金属硅中提取高纯度硅； 高纯度SiO2直接制取；熔融析出法（VLD： Vaper to liquid deposition）；还 原或热分解工艺；无氯工艺技术， AlSi 溶体低温制备太阳能级硅；熔盐电解 二、国内多晶硅产业概况 我国集成电路的增长，硅片生产和太阳能电池产业的发展，大大带动多晶硅材料 的增长。太阳能电池用多晶硅按每生产1MW多晶硅太阳能电池需要11一 12吨多晶硅计算， 我国2004年多晶、单晶太阳能电

13、池产量为48.45MW，多晶硅用量为678吨左右， 而实际产能已达70MW左右，多晶硅缺口达250吨以上。到2005年底国内太阳能 电池产能达到300MW，实际能形成的产量约为110MW，需要多晶硅1400吨左右， 预测到2010年太阳能电池产量达300MW，需要多晶硅保守估计约4200吨，因此 太阳能电池的生产将大大带动多晶硅需求的增加，见表 3。2005年中国太阳能电池用单晶硅企业开工率在2030，半导体用单晶硅企 业开工率在 8090，都不能满负荷生产，主要原因是多晶硅供给量不足所 造成的。预计多晶硅生产企业扩产后的产量，仍然满足不了快速增长的需要。2005年全球太阳能电池用多晶硅供应量

14、约为10448吨，而2005年太阳能用硅材 料需求量约为22881吨，如果太阳能电池用多晶硅需求量按占总需求量的65%计， 则太阳能电池用多晶硅需求量约为 14873 吨，这样全球太阳能电池用多晶硅的市 场缺口达 4424 吨。2005 年半导体用多晶硅短缺 6000 吨，加上太阳能用多晶硅 缺口 4424 吨，合计 10424 吨，供给严重不足，导致全球多晶硅价格上涨。目前 多晶硅市场的持续升温，导致各生产厂商纷纷列出了扩产计划，根据来自国际光 伏组织的统计，至 2008年全球多晶硅的产能将达49550吨，至2010年将达58800 吨。预计到 2010 年全球多晶硅需求量将达 85000

15、吨，缺口 26200 吨。从长远来 看，考虑到未来石化能源的短缺和各国对太阳能产业的大力支持，需求将持续增 长。根据欧洲光伏工业联合会的2010 年各国光伏产业发展计划预计，届时全球 光伏产量将达到15GW （1GW=1OOOMW）,设想其中60%使用多晶硅为原材料，如果 技术进步每MW消耗10吨多晶硅，保守估计全球至少需要太阳能多晶硅5万吨以 上。我国多晶硅工业起步于五、六十年代中期，生产厂多达20余家，生由于生产技 术难度大，生产规模小，工艺技术落后，环境污染严重，耗能大，成本高，绝大 部分企业亏损而相继停产和转产，到1996年仅剩下四家，即峨眉半导体材料厂 （所），洛阳单晶硅厂、天原化工

16、厂和棱光实业公司，合计当年产量为 102.2 吨， 产能与生产技术都与国外有较大的差距。1995 年后，棱光实业公司和重庆天原化工厂相继停产。现在国内主要多晶硅生 产厂商有洛阳中硅高科技公司、四川峨眉半导体厂和四川新光硅业公司、到2005 年底，洛阳中硅高科技公司300吨生产线已正式投产，二期扩建1000吨多晶硅 生产线也同时破土动工，河南省计划将其扩建到 3000 吨规模，建成国内最大的 硅产业基地。四川峨眉半导体材料厂（所）是国内最早拥有多晶硅生产技术的企 业， 2005年太阳能电池用户投资，扩产的220吨多晶硅生产线将于2006年上半 年投产，四川新光硅业公司实施的1000吨多晶硅生产线正在加快建设，计划在 2006 年底投产，此外，云南、扬州、上海、黑河、锦州、青海、内蒙、宜昌、 广西、重庆、辽宁、邯郸、保定、浙江等地也有建生产线设想。三、行业发展的主要问题 同国际先进水平相比，国内多晶硅生产