中國粉體網訊 隨著光伏產業的蓬勃發展，國內多晶硅行業在短短十幾年間，產量達到全球最大，生產成本也達到世界先進水平。高純多晶硅材料是信息產業和太陽能光伏發電產業的基礎原材料，世界多個發達國家將其列為戰略性材料。
多晶硅（圖片來源：上海新昇）
電子級多晶硅是制造半導體硅片最基礎和最主要的原材料之一，被稱為電子信息產業的“糧食”，純度要求達到99.9999999%～99.999999999%（9N～11N）。
1電子級多晶硅分類和應用
電子級多晶硅的純度要求極高，是人類工業化能夠獲得的最純凈的物質。
電子級多晶硅可分為電子級區熔用多晶硅和電子級直拉用多晶硅。電子級區熔用多晶硅質量要求更苛刻，采用區熔法生產的單晶硅中氧、碳含量低，載流子濃度低，電阻率高，主要應用于制造IGBT、高壓整流器、晶閘管、高壓晶體管等高壓大功率半導體器件。而直拉法生產的單晶硅片廣泛用于集成電路存儲器、微處理器、手機芯片和低電壓晶體管、電子器件等電子產品，用途更為廣泛，電子級直拉用多晶硅市場占比達90%以上。
2我國電子級多晶硅產業存在的問題
長期以來，電子級多晶硅的制備技術被美、德、日等西方國家封鎖，因而我國使用的電子級多晶硅幾乎完全依賴進口，存在被“卡脖子”的風險。近年來，我國以青海黃河上游水電、江蘇鑫華等為代表的企業在電子級多晶硅上取得了一部分技術突破，但仍存發展瓶頸。生產過程中的產品一致性和穩定性仍需提升，尤其是針對12英寸硅片用電子級多晶硅的質量穩定性和國外仍有差距。
此外，我國電子級多晶硅檢測設備仍依賴進口。在生產制造端，我國已基本解決相關設備和材料的國產化替代。但用于多晶硅產品的核心檢測設備則完全依賴進口，如低溫傅立葉紅外光譜儀LT-FTIR、電感耦合等離子體質譜儀ICP-MS等，并且檢測環節對檢測人員的能力水平要求極高。
3電子級多晶硅生產技術分析
從當前國際上電子級多晶硅生產技術發展情況來看，生產工藝主要包括硅烷法、氣液沉積法、流化床、改良西門子等工藝流程。
硅烷法產成本較高，且采用的硅烷易爆、易燃，安全性較差，即使在室溫條件下也會有火險隱患。氣液沉積法是由日本研發、把控的，在生產時主要采用管式反應器，并將作用溫度條件控制在1500℃，直接在氣體中生成液體硅，目前還處在研究試驗階段，暫未應用于規模生產。流化床工藝法主要是對產品雜質進行全面控制，因此無法生產優質的電子級多晶硅。
4改良西門子法介紹
目前，電子級多晶硅采用的主流生產工藝是改良西門子法。
改良西門子法工藝流程為：硅粉與氯化氫在合成工序生產出三氯氫硅，將生產出的三氯氫硅進入精餾工序進行提純，生產出高純度的三氯氫硅，再將高純的三氯氫硅與尾氣回收車間制取的高純氫氣共同進入還原工序生產多晶硅，還原車間應用化學沉積法生產出多晶硅，多晶硅最后經破碎，稱量與包裝等工序后入庫。
該方法發源于1960年前后，經過半個多世紀的發展，已經在各方面都做到了技術極致。國內改良西門子法最初用于光伏多晶硅，在進行技術升級的過程中，在許多領域出現了難以克服的技術瓶頸，限制了電子級多晶硅的發展。在生產過程中多晶硅產品質量控制仍然存在很多不足，當前我國在電子級多晶硅的核心技術檢測中尚未完全掌握西門子法核心技術。
運用此方法生產電子級多晶硅的主要優勢是有著可靠、成熟的工藝，然而在應用此方法生產電子級多晶硅時，最明顯的劣勢在于難以有效提純SiHCl3這一原料，相對尾氣回收和精餾來說，其要求更加嚴格；在實際生產時，工藝也有較大的控制難度，而且電子級多晶硅在還原爐的性能和結構上的要求也很高；此外，因為工藝氣體中存在Cl，如果不能有效管控工藝生產條件，便會嚴重腐蝕相應的設施和管道。
5小結
電子級多晶硅是電子信息產業最基礎的戰略材料，關乎我國國民經濟、社會及國防安全。如何能夠持續、穩定的生產高純電子級多晶硅，滿足下游企業對電子級硅材料的需求，是多晶硅企業面臨的重要研究課題。要從多晶硅生產全流程各工序嚴格控制，將各種可能造成污染的因素降低至最小，并在操作過程中進一步做到精益操作和精細化操作，改變不良習慣，提升管理水平，才有可能在電子級多晶硅市場上占有一席之地。
參考來源：每日經濟新聞、
【1】鄭盛濤.電子級多晶硅生產關鍵工藝分析.材料制造和應用.2020.
【2】吳峰.集成電路用電子級多晶硅大規模產業化技術實踐.山東化工.2021.
【3】江華.我國電子級多晶硅發展情況分析.科技中國.2021.
【4】張洪斌，等.電子級多晶硅生產技術分析.新材料與新技術.2022.
【5】馬啟坤，等.電子級多晶硅生產關鍵工藝控制.云南冶金.2019.
（中國粉體網編輯整理/星耀）
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