多晶硅化学分析方法

‘壹’ 多晶硅从什么物质中提炼出来的（煤还是石油）具体工艺是什么

你好！
多晶硅一般是从低纯度的硅经过化学法（一般用改良西门子法）或物理法提纯得到的高纯度的硅。
工艺说起来很复杂，网上搜索一下很多的。
希望对你有所帮助，望采纳。

‘贰’ 请问谁知道从硅矿中提炼多晶硅的化学反应方程式

简单的化学反应是SiO2+C=Si+CO2. 但这一步得到的只是粗硅, 还要经过物理提纯, 比如区域熔融提纯得到多晶硅

‘叁’ 多晶硅是怎么样的呢

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，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。利用价值:从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜)。灰色金属光泽。密度2.32~2.34。熔点1410℃。沸点2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800℃以上即有延性，1300℃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着，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。

‘肆’ 多晶硅是怎么形成的

给你网络知道，很全面了：
人工方法：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。
天然： 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，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。

‘伍’ 我国目前制备多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法．由于三氯氢硅还原法具有一

（1）根据盖斯定律，反应SiCl₄（g）+H₂（g）═SiHCl₃（g）+HCl（g）可以看成是Si（s）+3HCl（g）═SiHCl₃（g）+H₂（g）和反应Si（s）+4HCl（g）═SiCl₄（g）+2H₂（g）的差，所以△H═-210kJ?mol^-1-（-241kJ?mol^-1）=+31kJ?mol^-1，故答案为：+31kJ?mol^-1；
（2）根据题意，反应①HCl中的利用率为75%，反应②中和H₂的利用率为80%，即①中有75%的HCl和Si反应，而有25%的HCl和杂质反应了，②中有80%的H₂和SiHCl₃反应，而有20%的H₂和杂质（如氧气）反应了，根据Si（粗）+3HCl（g）═SiHCl₃（l）+H₂（g），可知4体积的HCl中有3体积和Si反应生成了1体积的H₂，而SiHCl₃+H₂═Si（纯）+3HCl中需要的H₂就是1体积，要投放H₂为

1

0.8

=1.25体积，所以要补充0.25体积的H₂，生成了3体积的HCl，为了保证有4体积的HCl，就要补充1体积的HCl，所以结果是V（ HCl）：V（H₂）=（4-3）：（1.25-1）=4：1，故案为：4：1；
（3）硅化镁和固体氯化铵在液氨介质中反应得到硅烷，根据原子守恒，则Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑，整个系统还必须与氧隔绝，否则容易发生爆炸，硅化镁和固体氯化铵在水中反应得到硅酸和氢气等，根据原子守恒，则Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑，
故答案为：Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑；Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑；由于硅烷在空气中易燃，浓度高时容易发生爆炸；
（4）自发的氧化还原反应是硅和氢氧化钠的反应，硅在反应中失去电子作负极，故答案为：Si+6OH^--4e^-=SiO₃^2-+3H₂O；
（5）根据物质的原子构成知分子式为：（C₂₄H₁₈SiO₂）_n，故答案为：（C₂₄H₁₈SiO₂）_n．

‘陆’ 我国目前制备多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法．由于三氯氢硅还原法具有一

（1）根据盖斯定律，反应SiCl₄（g）+H₂（g）═SiHCl₃（g）+HCl（g）可以看成是Si（s）+3HCl（g）═SiHCl₃（g）+H₂（g）和反应Si（s）+4HCl（g）═SiCl₄（g）+2H₂（g）的差，所以△H═-210kJ?mol^-1-（-241kJ?mol^-1）=+31kJ?mol^-1，故答案为：+31kJ?mol^-1；
（2）利用氢气和纯SiHCl₃反应制备高纯硅，反应的化学方程式为：SiHCl₃+H₂Si+3HCl；HCl、H₂、SiHCl₃等；
（3）硅化镁和固体氯化铵在液氨介质中反应得到硅烷，根据原子守恒，则Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑，整个系统还必须与氧隔绝，否则容易发生爆炸，硅化镁和固体氯化铵在水中反应得到硅酸和氢气等，根据原子守恒，则Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑，
故答案为：Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄↑+2MgCl₂+4NH₃↑；Mg₂Si+4NH₄Cl+3H₂O═2MgCl₂+H₂SiO₃+4NH₃↑+4H₂↑；由于硅烷在空气中易燃，浓度高时容易发生爆炸；

‘柒’ 谁有多晶硅的检测方法

可以国家有色金属及电子材料分析测试中心。
一般太阳能级多晶硅的成分分析，用辉光放电质谱仪来检测，其中硼和磷的含量，用二次离子质谱来检测。

‘捌’ 化学法提纯高纯多晶硅的方法

多晶硅生产的西门子工艺，其原理就是在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。改良西门子工艺是在传统西门子工艺的基础上，同时具备节能、降耗、回收利用生产过程中伴随产生的大量H2、HCI、SiCI4等副产物以及大量副产热能的配套工艺。目前世界上绝大部分厂家均采用改良西门子法生产多晶硅。
改良西门子法相对于传统西门子法的优点主要在于：
1）节能：
由于改良西门子法采用多对棒、大直径还原炉，可有效降低还原炉消耗的电能；
2）降低物耗：改良西门子法对还原尾气进行了有效的回收。
所谓还原尾气：是指从还原炉中排放出来的，经反应后的混合气体。
改良西门子法将尾气中的各种组分全部进行回收利用，这样就可以大大低降低原料的消耗。
3）减少污染：由于改良西门子法是一个闭路循环系统，多晶硅生产中的各种物
料得到充分的利用，排出的废料极少，相对传统西门子法而言，污染得到了
控制，保护了环境。

‘玖’ 多晶硅的分析

多晶硅
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着，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，世界各国太阳能电池产量和构成比例见表1。

据悉，美国能源部计划到2010年累计安装容量4600MW，日本计划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，2005－2010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吨以上，其中Tokuyama、Hemlock、Wacker三个公司生产规模最大，年生产能力均在3000－5000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，Al－Si溶体低温制备太阳能级硅；熔盐电解法等。

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11－12吨多晶硅计算，我国2004年多晶、单晶太阳能电池产量为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20％－30％，半导体用单晶硅企业开工率在80％－90％，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。

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，国内多晶硅生产企业在产业化方面的差距主要表现在以下几个方面：

1、产能低，供需矛盾突出。2005年中国太阳能用单晶硅企业开工率在20％－30％，半导体用单晶硅企业开工率在80％－90％，无法实现满负荷生产，多晶硅技术和市场仍牢牢掌握在美、日、德国的少数几个生产厂商中，严重制约我国产业发展。

2、生产规模小、现在公认的最小经济规模为1000吨/年，最佳经济规模在2500吨/年，而我国现阶段多晶硅生产企业离此规模仍有较大的距离。

3、工艺设备落后，同类产品物料和电力消耗过大，三废问题多，与国际水平相比，国内多晶硅生产物耗能耗高出1倍以上，产品成本缺乏竞争力。

4、千吨级工艺和设备技术的可靠性、先进性、成熟性以及各子系统的相互匹配性都有待生产运行验证，并需要进一步完善和改进。

5、国内多晶硅生产企业技术创新能力不强，基础研究资金投入太少，尤其是非标设备的研发制造能力差。

6、地方政府和企业项目投资多晶硅项目，存在低水平重复建设的隐忧。

四、行业发展的对策与建议

1、发展壮大我国多晶硅产业的市场条件已经基本具备、时机已经成熟，国家相关部门加大对多晶硅产业技术研发，科技创新、工艺完善、项目建设的支持力度，抓住有利时机发展壮大我国的多晶硅产业。

2、支持最具条件的改良西门子法共性技术的实施，加快突破千吨级多晶硅产业化关键技术，形成从材料生产工艺、装备、自动控制、回收循环利用的多晶硅产业化生产线，材料性能接近国际同类产品指标；建成节能、低耗、环保、循环、经济的多晶硅材料生产体系，提高我们多晶硅在国际上的竞争力。

3、依托高校以及研究院所，加强新一代低成本工艺技术基础性及前瞻性研究，建立低成本太阳能及多晶硅研究开发的知识及技术创新体系，获得具有自主知识产权的生产工艺和技术。

4、政府主管部门加强宏观调控与行业管理，避免低水平项目的重复投资建设，保证产业的有序、可持续发展。

‘拾’ 单晶硅（多晶硅）提纯工艺研究分析及改进

改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢（或外购氯化氢），氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。
国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。

（1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅，其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑

（2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。其化学反应Si+HCl→SiHCl3+H2↑ 反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物(Н2,НС1,SiНС13,SiC14,Si)。

（3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝SiНС13,SiC14，而气态Н2,НС1返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiНС13,SiC14，净化三氯氢硅（多级精馏）。

（4）净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。其化学反应SiHCl3+H2→Si+HCl。

三氯氢硅氢还原工序详解：

经氯硅烷分离提纯工序精制的三氯氢硅，送入本工序的三氯氢硅汽化器，被热水加热汽化；从还原尾气干法分离工序返回的循环氢气流经氢气缓冲罐后，也通入汽化器内，与三氯氢硅蒸汽形成一定比例的混合气体。

从三氯氢硅汽化器来的三氯氢硅与氢气的混合气体，送入还原炉内。在还原炉内通电的炽热硅芯/硅棒的表面，三氯氢硅发生氢还原反应，生成硅沉积下来，使硅芯/硅棒的直径逐渐变大，直至达到规定的尺寸。氢还原反应同时生成二氯二氢硅、四氯化硅、氯化氢和氢气，与未反应的三氯氢硅和氢气一起送出还原炉，经还原尾气冷却器用循环冷却水冷却后，直接送往还原尾气干法分离工序。

还原炉炉筒夹套通入热水，以移除炉内炽热硅芯向炉筒内壁辐射的热量，维持炉筒内壁的温度。出炉筒夹套的高温热水送往热能回收工序，经废热锅炉生产水蒸汽而降温后，循环回本工序各还原炉夹套使用。

还原炉在装好硅芯后，开车前先用水力射流式真空泵抽真空，再用氮气置换炉内空气，再用氢气置换炉内氮气（氮气排空），然后加热运行，因此开车阶段要向环境空气中排放氮气，和少量的真空泵用水（可作为清洁下水排放）；在停炉开炉阶段（约5－7天1次），先用氢气将还原炉内含有氯硅烷、氯化氢、氢气的混合气体压入还原尾气干法回收系统进行回收，然后用氮气置换后排空，取出多晶硅产品、移出废石墨电极、视情况进行炉内超纯水洗涤，因此停炉阶段将产生氮气、废石墨和清洗废水。氮气是无害气体，因此正常情况下还原炉开、停车阶段无有害气体排放。废石墨由原生产厂回收，清洗废水送项目含氯化物酸碱废水处理系统处理。