多晶硅化學分析方法

『壹』 多晶硅從什麼物質中提煉出來的（煤還是石油）具體工藝是什麼

你好！
多晶硅一般是從低純度的硅經過化學法（一般用改良西門子法）或物理法提純得到的高純度的硅。
工藝說起來很復雜，網上搜索一下很多的。
希望對你有所幫助，望採納。

『貳』 請問誰知道從硅礦中提煉多晶硅的化學反應方程式

簡單的化學反應是SiO2+C=Si+CO2. 但這一步得到的只是粗硅, 還要經過物理提純, 比如區域熔融提純得到多晶硅

『叄』 多晶硅是怎麼樣的呢

多晶硅，是單質硅的一種形態。熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。利用價值:從目前國際太陽電池的發展過程可以看出其發展趨勢為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜)。灰色金屬光澤。密度2.32~2.34。熔點1410℃。沸點2355℃。溶於氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶於水、硝酸和鹽酸。硬度介於鍺和石英之間，室溫下質脆，切割時易碎裂。加熱至800℃以上即有延性，1300℃時顯出明顯變形。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應。高溫熔融狀態下，具有較大的化學活潑性，能與幾乎任何材料作用。具有半導體性質，是極為重要的優良半導體材料，但微量的雜質即可大大影響其導電性。電子工業中廣泛用於製造半導體收音機、錄音機、電冰箱、彩電、錄像機、電子計算機等的基礎材料。由乾燥硅粉與乾燥氯化氫氣體在一定條件下氯化，再經冷凝、精餾、還原而得。

多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現在物理性質方面。例如，在力學性質、光學性質和熱學性質的各向異性方面，遠不如單晶硅明顯；在電學性質方面，多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅顯著，甚至於幾乎沒有導電性。在化學活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區別，但真正的鑒別須通過分析測定晶體的晶面方向、導電類型和電阻率等。

『肆』 多晶硅是怎麼形成的

給你網路知道，很全面了：
人工方法：由乾燥硅粉與乾燥氯化氫氣體在一定條件下氯化，再經冷凝、精餾、還原而得。
天然： 多晶硅是單質硅的一種形態。熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。

『伍』 我國目前制備多晶硅主要採用三氯氫硅氫還原法、硅烷熱解法和四氯化硅氫還原法．由於三氯氫硅還原法具有一

（1）根據蓋斯定律，反應SiCl₄（g）+H₂（g）═SiHCl₃（g）+HCl（g）可以看成是Si（s）+3HCl（g）═SiHCl₃（g）+H₂（g）和反應Si（s）+4HCl（g）═SiCl₄（g）+2H₂（g）的差，所以△H═-210kJ?mol^-1-（-241kJ?mol^-1）=+31kJ?mol^-1，故答案為：+31kJ?mol^-1；
（2）根據題意，反應①HCl中的利用率為75%，反應②中和H₂的利用率為80%，即①中有75%的HCl和Si反應，而有25%的HCl和雜質反應了，②中有80%的H₂和SiHCl₃反應，而有20%的H₂和雜質（如氧氣）反應了，根據Si（粗）+3HCl（g）═SiHCl₃（l）+H₂（g），可知4體積的HCl中有3體積和Si反應生成了1體積的H₂，而SiHCl₃+H₂═Si（純）+3HCl中需要的H₂就是1體積，要投放H₂為

1

0.8

=1.25體積，所以要補充0.25體積的H₂，生成了3體積的HCl，為了保證有4體積的HCl，就要補充1體積的HCl，所以結果是V（ HCl）：V（H₂）=（4-3）：（1.25-1）=4：1，故案為：4：1；
（3）硅化鎂和固體氯化銨在液氨介質中反應得到硅烷，根據原子守恆，則Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑，整個系統還必須與氧隔絕，否則容易發生爆炸，硅化鎂和固體氯化銨在水中反應得到硅酸和氫氣等，根據原子守恆，則Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑，
故答案為：Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑；Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑；由於硅烷在空氣中易燃，濃度高時容易發生爆炸；
（4）自發的氧化還原反應是硅和氫氧化鈉的反應，硅在反應中失去電子作負極，故答案為：Si+6OH^--4e^-=SiO₃^2-+3H₂O；
（5）根據物質的原子構成知分子式為：（C₂₄H₁₈SiO₂）_n，故答案為：（C₂₄H₁₈SiO₂）_n．

『陸』 我國目前制備多晶硅主要採用三氯氫硅氫還原法、硅烷熱解法和四氯化硅氫還原法．由於三氯氫硅還原法具有一

（1）根據蓋斯定律，反應SiCl₄（g）+H₂（g）═SiHCl₃（g）+HCl（g）可以看成是Si（s）+3HCl（g）═SiHCl₃（g）+H₂（g）和反應Si（s）+4HCl（g）═SiCl₄（g）+2H₂（g）的差，所以△H═-210kJ?mol^-1-（-241kJ?mol^-1）=+31kJ?mol^-1，故答案為：+31kJ?mol^-1；
（2）利用氫氣和純SiHCl₃反應制備高純硅，反應的化學方程式為：SiHCl₃+H₂Si+3HCl；HCl、H₂、SiHCl₃等；
（3）硅化鎂和固體氯化銨在液氨介質中反應得到硅烷，根據原子守恆，則Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑，整個系統還必須與氧隔絕，否則容易發生爆炸，硅化鎂和固體氯化銨在水中反應得到硅酸和氫氣等，根據原子守恆，則Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑，
故答案為：Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑；Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑；由於硅烷在空氣中易燃，濃度高時容易發生爆炸；

『柒』 誰有多晶硅的檢測方法

可以國家有色金屬及電子材料分析測試中心。
一般太陽能級多晶硅的成分分析，用輝光放電質譜儀來檢測，其中硼和磷的含量，用二次離子質譜來檢測。

『捌』 化學法提純高純多晶硅的方法

多晶硅生產的西門子工藝，其原理就是在1100℃左右的高純硅芯上用高純氫還原高純三氯氫硅，生成多晶硅沉積在硅芯上。改良西門子工藝是在傳統西門子工藝的基礎上，同時具備節能、降耗、回收利用生產過程中伴隨產生的大量H2、HCI、SiCI4等副產物以及大量副產熱能的配套工藝。目前世界上絕大部分廠家均採用改良西門子法生產多晶硅。
改良西門子法相對於傳統西門子法的優點主要在於：
1）節能：
由於改良西門子法採用多對棒、大直徑還原爐，可有效降低還原爐消耗的電能；
2）降低物耗：改良西門子法對還原尾氣進行了有效的回收。
所謂還原尾氣：是指從還原爐中排放出來的，經反應後的混合氣體。
改良西門子法將尾氣中的各種組分全部進行回收利用，這樣就可以大大低降低原料的消耗。
3）減少污染：由於改良西門子法是一個閉路循環系統，多晶硅生產中的各種物
料得到充分的利用，排出的廢料極少，相對傳統西門子法而言，污染得到了
控制，保護了環境。

『玖』 多晶硅的分析

多晶硅
多晶硅是單質硅的一種形態。熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現在物理性質方面。例如，在力學性質、光學性質和熱學性質的各向異性方面，遠不如單晶硅明顯；在電學性質方面，多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅顯著，甚至於幾乎沒有導電性。在化學活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區別，但真正的鑒別須通過分析測定晶體的晶面方向、導電類型和電阻率等。

一、國際多晶硅產業概況

當前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場佔有率在90％以上,而且在今後相當長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。多晶硅材料的生產技術長期以來掌握在美、日、德等3個國家7個公司的10家工廠手中，形成技術封鎖、市場壟斷的狀況。

多晶硅的需求主要來自於半導體和太陽能電池、按純度要求不同，分為電子級和太陽能級。其中，用於電子級多晶硅佔55％左右，太陽能級多晶硅佔45％，隨著光伏產業的迅猛發展，太陽能電池對多晶硅需求量的增長速度高於半導體多晶硅的發展，預計到2008年太陽能多晶硅的需求量將超過電子級多晶硅。

1994年全世界太陽能電池的總產量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年裡就增長了17倍。專家預測太陽能光伏產業在二十一世紀前半期將超過核電成為最重要的基礎能源之一，世界各國太陽能電池產量和構成比例見表1。

據悉，美國能源部計劃到2010年累計安裝容量4600MW，日本計劃2010年達到5000MW，歐盟計劃達到6900MW，預計2010年世界累計安裝量至少18000MW。

從上述的推測分析，至2010年太陽能電池用多晶硅至少在30000噸以上，表2給出了世界太陽能多晶硅工序的預測。據國外資料分析報道，世界多晶硅的產量2005年為28750噸，其中半導體級為20250噸，太陽能級為8500噸，半導體級需求量約為19000噸，略有過剩；太陽能級的需求量為15000噸，供不應求，從2006年開始太陽能級和半導體級多晶硅需求的均有缺口，其中太陽能級產能缺口更大。

據日本稀有金屬雜質2005年11月24日報道，世界半導體與太陽能多晶硅需求緊張，主要是由於以歐洲為中心的太陽能市場迅速擴大，預計2006年，2007年多晶硅供應不平衡的局面將為愈演愈烈，多晶硅價格方面半導體級與太陽能級原有的差別將逐步減小甚至消除，2005年世界太陽能電池產量約1GW，如果以1MW用多晶硅12噸計算，共需多晶硅是1.2萬噸，2005－2010年世界太陽能電池平均年增長率在25％，到2010年全世界半導體用於太陽能電池用多晶硅的年總的需求量將超過6.3萬噸。

世界多晶硅主要生產企業有日本的Tokuyama、三菱、住友公司、美國的Hemlock、Asimi、SGS、MEMC公司，德國的Wacker公司等，其年產能絕大部分在1000噸以上，其中Tokuyama、Hemlock、Wacker三個公司生產規模最大，年生產能力均在3000－5000噸。

國際多晶硅主要技術特徵有以下兩點：

（1）多種生產工藝路線並存，產業化技術封鎖、壟斷局面不會改變。由於各多晶硅生產工廠所用主輔原料不盡相同，因此生產工藝技術不同；進而對應的多晶硅產品技術經濟指標、產品質量指標、用途、產品檢測方法、過程安全等方面也存在差異，各有技術特點和技術秘密，總的來說，目前國際上多晶硅生產主要的傳統工藝有：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的多晶硅的產能約佔世界總產能的80％，短期內產業化技術壟斷封鎖的局面不會改變。

（2）新一代低成本多晶硅工藝技術研究空前活躍。除了傳統工藝（電子級和太陽能級兼容）及技術升級外，還涌現出了幾種專門生產太陽能級多晶硅的新工藝技術，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直接製取；熔融析出法（VLD：Vaper to liquid deposition）；還原或熱分解工藝；無氯工藝技術，Al－Si溶體低溫制備太陽能級硅；熔鹽電解法等。

二、國內多晶硅產業概況

我國集成電路的增長，矽片生產和太陽能電池產業的發展，大大帶動多晶硅材料的增長。

太陽能電池用多晶硅按每生產1MW多晶硅太陽能電池需要11－12噸多晶硅計算，我國2004年多晶、單晶太陽能電池產量為48.45MW，多晶硅用量為678噸左右，而實際產能已達70MW左右，多晶硅缺口達250噸以上。

到2005年底國內太陽能電池產能達到300MW，實際能形成的產量約為110MW，需要多晶硅1400噸左右，預測到2010年太陽能電池產量達300MW，需要多晶硅保守估計約4200噸，因此太陽能電池的生產將大大帶動多晶硅需求的增加，見表3。

2005年中國太陽能電池用單晶硅企業開工率在20％－30％，半導體用單晶硅企業開工率在80％－90％，都不能滿負荷生產，主要原因是多晶硅供給量不足所造成的。預計多晶硅生產企業擴產後的產量，仍然滿足不了快速增長的需要。

我國多晶硅工業起步於五、六十年代中期，生產廠多達20餘家，生由於生產技術難度大，生產規模小，工藝技術落後，環境污染嚴重，耗能大，成本高，絕大部分企業虧損而相繼停產和轉產，到1996年僅剩下四家，即峨眉半導體材料廠（所），洛陽單晶硅廠、天原化工廠和棱光實業公司，合計當年產量為102.2噸，產能與生產技術都與國外有較大的差距。

1995年後，棱光實業公司和重慶天原化工廠相繼停產。現在國內主要多晶硅生產廠商有洛陽中硅高科技公司、四川峨眉半導體廠和四川新光硅業公司、到2005年底，洛陽中硅高科技公司300噸生產線已正式投產，二期擴建1000噸多晶硅生產線也同時破土動工，河南省計劃將其擴建到3000噸規模，建成國內最大的硅產業基地。四川峨眉半導體材料廠（所）是國內最早擁有多晶硅生產技術的企業，2005年太陽能電池用戶投資，擴產的220噸多晶硅生產線將於2006年上半年投產，四川新光硅業公司實施的1000噸多晶硅生產線正在加快建設，計劃在2006年底投產，此外，雲南、揚州、上海、黑河、錦州、青海、內蒙、宜昌、廣西、重慶、遼寧、邯鄲、保定、浙江等地也有建生產線設想。

三、行業發展的主要問題

同國際先進水平相比，國內多晶硅生產企業在產業化方面的差距主要表現在以下幾個方面：

1、產能低，供需矛盾突出。2005年中國太陽能用單晶硅企業開工率在20％－30％，半導體用單晶硅企業開工率在80％－90％，無法實現滿負荷生產，多晶硅技術和市場仍牢牢掌握在美、日、德國的少數幾個生產廠商中，嚴重製約我國產業發展。

2、生產規模小、現在公認的最小經濟規模為1000噸/年，最佳經濟規模在2500噸/年，而我國現階段多晶硅生產企業離此規模仍有較大的距離。

3、工藝設備落後，同類產品物料和電力消耗過大，三廢問題多，與國際水平相比，國內多晶硅生產物耗能耗高出1倍以上，產品成本缺乏競爭力。

4、千噸級工藝和設備技術的可靠性、先進性、成熟性以及各子系統的相互匹配性都有待生產運行驗證，並需要進一步完善和改進。

5、國內多晶硅生產企業技術創新能力不強，基礎研究資金投入太少，尤其是非標設備的研發製造能力差。

6、地方政府和企業項目投資多晶硅項目，存在低水平重復建設的隱憂。

四、行業發展的對策與建議

1、發展壯大我國多晶硅產業的市場條件已經基本具備、時機已經成熟，國家相關部門加大對多晶硅產業技術研發，科技創新、工藝完善、項目建設的支持力度，抓住有利時機發展壯大我國的多晶硅產業。

2、支持最具條件的改良西門子法共性技術的實施，加快突破千噸級多晶硅產業化關鍵技術，形成從材料生產工藝、裝備、自動控制、回收循環利用的多晶硅產業化生產線，材料性能接近國際同類產品指標；建成節能、低耗、環保、循環、經濟的多晶硅材料生產體系，提高我們多晶硅在國際上的競爭力。

3、依託高校以及研究院所，加強新一代低成本工藝技術基礎性及前瞻性研究，建立低成本太陽能及多晶硅研究開發的知識及技術創新體系，獲得具有自主知識產權的生產工藝和技術。

4、政府主管部門加強宏觀調控與行業管理，避免低水平項目的重復投資建設，保證產業的有序、可持續發展。

『拾』 單晶硅（多晶硅）提純工藝研究分析及改進

改良西門子法是用氯和氫合成氯化氫（或外購氯化氫），氯化氫和工業硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅，然後對三氯氫硅進行分離精餾提純，提純後的三氯氫硅在氫還原爐內進行CVD反應生產高純多晶硅。
國內外現有的多晶硅廠絕大部分採用此法生產電子級與太陽能級多晶硅。

（1）石英砂在電弧爐中冶煉提純到98%並生成工業硅，其化學反應SiO2+C→Si+CO2↑

（2）為了滿足高純度的需要，必須進一步提純。把工業硅粉碎並用無水氯化氫(HCl)與之反應在一個流化床反應器中，生成擬溶解的三氯氫硅(SiHCl3)。其化學反應Si+HCl→SiHCl3+H2↑ 反應溫度為300度，該反應是放熱的。同時形成氣態混合物(Н2,НС1,SiНС13,SiC14,Si)。

（3）第二步驟中產生的氣態混合物還需要進一步提純，需要分解:過濾硅粉，冷凝SiНС13,SiC14，而氣態Н2,НС1返回到反應中或排放到大氣中。然後分解冷凝物SiНС13,SiC14，凈化三氯氫硅（多級精餾）。

（4）凈化後的三氯氫硅採用高溫還原工藝，以高純的SiHCl3在H2氣氛中還原沉積而生成多晶硅。其化學反應SiHCl3+H2→Si+HCl。

三氯氫硅氫還原工序詳解：

經氯硅烷分離提純工序精製的三氯氫硅，送入本工序的三氯氫硅汽化器，被熱水加熱汽化；從還原尾氣干法分離工序返回的循環氫氣流經氫氣緩沖罐後，也通入汽化器內，與三氯氫硅蒸汽形成一定比例的混合氣體。

從三氯氫硅汽化器來的三氯氫硅與氫氣的混合氣體，送入還原爐內。在還原爐內通電的熾熱硅芯/硅棒的表面，三氯氫硅發生氫還原反應，生成硅沉積下來，使硅芯/硅棒的直徑逐漸變大，直至達到規定的尺寸。氫還原反應同時生成二氯二氫硅、四氯化硅、氯化氫和氫氣，與未反應的三氯氫硅和氫氣一起送出還原爐，經還原尾氣冷卻器用循環冷卻水冷卻後，直接送往還原尾氣干法分離工序。

還原爐爐筒夾套通入熱水，以移除爐內熾熱硅芯向爐筒內壁輻射的熱量，維持爐筒內壁的溫度。出爐筒夾套的高溫熱水送往熱能回收工序，經廢熱鍋爐生產水蒸汽而降溫後，循環回本工序各還原爐夾套使用。

還原爐在裝好硅芯後，開車前先用水力射流式真空泵抽真空，再用氮氣置換爐內空氣，再用氫氣置換爐內氮氣（氮氣排空），然後加熱運行，因此開車階段要向環境空氣中排放氮氣，和少量的真空泵用水（可作為清潔下水排放）；在停爐開爐階段（約5－7天1次），先用氫氣將還原爐內含有氯硅烷、氯化氫、氫氣的混合氣體壓入還原尾氣干法回收系統進行回收，然後用氮氣置換後排空，取出多晶硅產品、移出廢石墨電極、視情況進行爐內超純水洗滌，因此停爐階段將產生氮氣、廢石墨和清洗廢水。氮氣是無害氣體，因此正常情況下還原爐開、停車階段無有害氣體排放。廢石墨由原生產廠回收，清洗廢水送項目含氯化物酸鹼廢水處理系統處理。