使用流化床進行化學氣相沉積多晶硅也有以下幾方面的問題:
加熱方面:通過輻射傳熱,熱損失相對較大,且存在對氣體加熱不均勻的問題;由于顆粒硅表面積大,更容易引起沾污,如爐壁重金屬元素污染等;在高溫下,三氯氫硅會形成小顆粒餾分灰塵在尾氣中排放,既對尾氣回收系統造成影響,又造成原料損失;由于爐壁溫度較高,容易在爐壁產生沉積。
目前,國外大廠正準備在正在建設的生產線上投入規模化生產,而國內生產企業尚沒有進行產業化應用的報道。
我們搜集的上述兩種在生產工藝上的改進,都是建立在改良西門子法的基礎上通過對合成或者還原工藝的改變進行的二次改良。雖然這些在國內還沒有推廣,但是在多晶硅行業專家的介紹中,我們也查看了韓國,德國等發達國家的多晶硅生產工藝,大多數使用改良西門子法的企業都是使用的這兩種新工藝,特別是韓國的OCI企業,冷氫化技術提高SiHCl3自給率與利用率,還原爐大型化這些使成本減少了百分之二十。這些都是我們國內企業可以進行學習,我覺得這些也是東氣峨半的車間可以改進的,但是研究人員告訴我們,因為我們的投產規模很大,所以要想實行技術的改進就需要我們的很大的經歷,但是企業正在朝著這個方向發展,因為新技術需要更大的勇氣,特別是這種時間悠久的企業,更不容易引進最新的技術。但是我們也要介紹一些還沒有廣泛推廣的新技術。
而在這樣的二次改良的情況下,還有很多的方法來進行成本的控制。通過尾氣干法回收和深冷回收提高原料利用效率;通過凝水回收、熱能回收、廢水綜合回收、高效精餾技術、優化物料輸送提高能源利用效率;通過增加反歧化裝置將易燃易爆的將DCS(二氯二氫硅)轉化為TCS,提高TCS的轉化率。
四、硅烷法——電子能級的新出路
多晶硅技術的發展有著從電子能級到太陽能級的歷程,而改良西門子法設計的初衷是為了半導體工業的發展,在半導體發展的過程中,當西門子法和改良西門子法都遇到瓶頸時,外國科學家研究成功了硅烷法來生產電子能級多晶硅,而經過我們了解,硅烷法制造多晶硅也是一種化學方法,核心工藝是利用高純度硅烷在反應器中熱分解為高純度硅。硅烷法可以分為兩類,較早出現的是硅烷西門子法(Silane Siemens),即用硅烷(SiH4)而非TCS作為CVD還原爐的原料,通過硅烷(包括副產品SiH2Cl2,下文簡稱DCS)的熱分解和氣相沉積來生產高純度多晶硅棒料,要聊硅烷法,就不得不聊到挪威的REC公司(Renewable Energy Corporation)。REC是全球最重要的高純硅烷供應商,其近期的多晶硅擴建項目采用了另一種硅烷法——硅烷流化床法(Silane FBR),將硅烷(UCC法制成的硅烷可以包含副產品DCS)通入加有小顆粒硅粉的流化床(FBR)反應爐內進行連續熱分解反應,生成粒狀多晶硅。硅烷法的優點在于熱解時溫度要求較低(800℃左右),流化床法還有參與反應的硅料表面積大、生產效率高的優點,所以還原電耗低于改良西門子法;另外,硅烷流化床法是一個連續生產的過程,除定期清床之外設備可連續運行,也不需要換裝硅芯、配置碳電極等,這些優點均反映為硅烷法生產多晶硅的現金成本很低。不過,硅烷流化床法相對改良西門子法還不是很成熟、單位建設成本也比較高。另一方面,改良西門子法在二次創新(提高CVD產能、優化CVD單位功耗、改進STC氫化工藝等)后,無論是還原電耗還是綜合電耗都有顯著降低,考慮到目前改良西門子法的單位建設成本已經很低,其生產多晶硅的綜合成本仍然優于硅烷流化床法。所以這種方法如果沒有了進一步的改良,前景也不是很大。
加熱方面:通過輻射傳熱,熱損失相對較大,且存在對氣體加熱不均勻的問題;由于顆粒硅表面積大,更容易引起沾污,如爐壁重金屬元素污染等;在高溫下,三氯氫硅會形成小顆粒餾分灰塵在尾氣中排放,既對尾氣回收系統造成影響,又造成原料損失;由于爐壁溫度較高,容易在爐壁產生沉積。
目前,國外大廠正準備在正在建設的生產線上投入規模化生產,而國內生產企業尚沒有進行產業化應用的報道。
我們搜集的上述兩種在生產工藝上的改進,都是建立在改良西門子法的基礎上通過對合成或者還原工藝的改變進行的二次改良。雖然這些在國內還沒有推廣,但是在多晶硅行業專家的介紹中,我們也查看了韓國,德國等發達國家的多晶硅生產工藝,大多數使用改良西門子法的企業都是使用的這兩種新工藝,特別是韓國的OCI企業,冷氫化技術提高SiHCl3自給率與利用率,還原爐大型化這些使成本減少了百分之二十。這些都是我們國內企業可以進行學習,我覺得這些也是東氣峨半的車間可以改進的,但是研究人員告訴我們,因為我們的投產規模很大,所以要想實行技術的改進就需要我們的很大的經歷,但是企業正在朝著這個方向發展,因為新技術需要更大的勇氣,特別是這種時間悠久的企業,更不容易引進最新的技術。但是我們也要介紹一些還沒有廣泛推廣的新技術。
而在這樣的二次改良的情況下,還有很多的方法來進行成本的控制。通過尾氣干法回收和深冷回收提高原料利用效率;通過凝水回收、熱能回收、廢水綜合回收、高效精餾技術、優化物料輸送提高能源利用效率;通過增加反歧化裝置將易燃易爆的將DCS(二氯二氫硅)轉化為TCS,提高TCS的轉化率。
四、硅烷法——電子能級的新出路
多晶硅技術的發展有著從電子能級到太陽能級的歷程,而改良西門子法設計的初衷是為了半導體工業的發展,在半導體發展的過程中,當西門子法和改良西門子法都遇到瓶頸時,外國科學家研究成功了硅烷法來生產電子能級多晶硅,而經過我們了解,硅烷法制造多晶硅也是一種化學方法,核心工藝是利用高純度硅烷在反應器中熱分解為高純度硅。硅烷法可以分為兩類,較早出現的是硅烷西門子法(Silane Siemens),即用硅烷(SiH4)而非TCS作為CVD還原爐的原料,通過硅烷(包括副產品SiH2Cl2,下文簡稱DCS)的熱分解和氣相沉積來生產高純度多晶硅棒料,要聊硅烷法,就不得不聊到挪威的REC公司(Renewable Energy Corporation)。REC是全球最重要的高純硅烷供應商,其近期的多晶硅擴建項目采用了另一種硅烷法——硅烷流化床法(Silane FBR),將硅烷(UCC法制成的硅烷可以包含副產品DCS)通入加有小顆粒硅粉的流化床(FBR)反應爐內進行連續熱分解反應,生成粒狀多晶硅。硅烷法的優點在于熱解時溫度要求較低(800℃左右),流化床法還有參與反應的硅料表面積大、生產效率高的優點,所以還原電耗低于改良西門子法;另外,硅烷流化床法是一個連續生產的過程,除定期清床之外設備可連續運行,也不需要換裝硅芯、配置碳電極等,這些優點均反映為硅烷法生產多晶硅的現金成本很低。不過,硅烷流化床法相對改良西門子法還不是很成熟、單位建設成本也比較高。另一方面,改良西門子法在二次創新(提高CVD產能、優化CVD單位功耗、改進STC氫化工藝等)后,無論是還原電耗還是綜合電耗都有顯著降低,考慮到目前改良西門子法的單位建設成本已經很低,其生產多晶硅的綜合成本仍然優于硅烷流化床法。所以這種方法如果沒有了進一步的改良,前景也不是很大。