【原创】电子级多晶硅:电子信息产业的“粮食”


来源:中国粉体网   星耀

[导读]  电子级多晶硅是制造半导体硅片最基础和最主要的原材料之一,被称为电子信息产业的“粮食”,纯度要求达到99.9999999%~99.999999999%(9N~11N)。

中国粉体网讯  随着光伏产业的蓬勃发展,国内多晶硅行业在短短十几年间,产量达到全球最大,生产成本也达到世界先进水平。高纯多晶硅材料是信息产业和太阳能光伏发电产业的基础原材料,世界多个发达国家将其列为战略性材料。


 

多晶硅(图片来源:上海新昇)


电子级多晶硅是制造半导体硅片最基础和最主要的原材料之一,被称为电子信息产业的“粮食”,纯度要求达到99.9999999%~99.999999999%(9N~11N)。


1电子级多晶硅分类和应用


电子级多晶硅的纯度要求极高,是人类工业化能够获得的最纯净的物质。


电子级多晶硅可分为电子级区熔用多晶硅和电子级直拉用多晶硅。电子级区熔用多晶硅质量要求更苛刻,采用区熔法生产的单晶硅中氧、碳含量低,载流子浓度低,电阻率高,主要应用于制造IGBT、高压整流器、晶闸管、高压晶体管等高压大功率半导体器件。而直拉法生产的单晶硅片广泛用于集成电路存储器、微处理器、手机芯片和低电压晶体管、电子器件等电子产品,用途更为广泛,电子级直拉用多晶硅市场占比达90%以上。


2我国电子级多晶硅产业存在的问题


长期以来,电子级多晶硅的制备技术被美、德、日等西方国家封锁,因而我国使用的电子级多晶硅几乎完全依赖进口,存在被“卡脖子”的风险。近年来,我国以青海黄河上游水电、江苏鑫华等为代表的企业在电子级多晶硅上取得了一部分技术突破,但仍存发展瓶颈。生产过程中的产品一致性和稳定性仍需提升,尤其是针对12英寸硅片用电子级多晶硅的质量稳定性和国外仍有差距。


此外,我国电子级多晶硅检测设备仍依赖进口。在生产制造端,我国已基本解决相关设备和材料的国产化替代。但用于多晶硅产品的核心检测设备则完全依赖进口,如低温傅立叶红外光谱仪LT-FTIR、电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS等,并且检测环节对检测人员的能力水平要求极高。


3电子级多晶硅生产技术分析


从当前国际上电子级多晶硅生产技术发展情况来看,生产工艺主要包括硅烷法、气液沉积法、流化床、改良西门子等工艺流程。


硅烷法产成本较高,且采用的硅烷易爆、易燃,安全性较差,即使在室温条件下也会有火险隐患。气液沉积法是由日本研发、把控的,在生产时主要采用管式反应器,并将作用温度条件控制在1500℃,直接在气体中生成液体硅,目前还处在研究试验阶段,暂未应用于规模生产。流化床工艺法主要是对产品杂质进行全面控制,因此无法生产优质的电子级多晶硅。


4改良西门子法介绍


目前,电子级多晶硅采用的主流生产工艺是改良西门子法。


改良西门子法工艺流程为:硅粉与氯化氢在合成工序生产出三氯氢硅,将生产出的三氯氢硅进入精馏工序进行提纯,生产出高纯度的三氯氢硅,再将高纯的三氯氢硅与尾气回收车间制取的高纯氢气共同进入还原工序生产多晶硅,还原车间应用化学沉积法生产出多晶硅,多晶硅最后经破碎,称量与包装等工序后入库。


该方法发源于1960年前后,经过半个多世纪的发展,已经在各方面都做到了技术极致。国内改良西门子法最初用于光伏多晶硅,在进行技术升级的过程中,在许多领域出现了难以克服的技术瓶颈,限制了电子级多晶硅的发展。在生产过程中多晶硅产品质量控制仍然存在很多不足,当前我国在电子级多晶硅的核心技术检测中尚未完全掌握西门子法核心技术。


运用此方法生产电子级多晶硅的主要优势是有着可靠、成熟的工艺,然而在应用此方法生产电子级多晶硅时,最明显的劣势在于难以有效提纯SiHCl3这一原料,相对尾气回收和精馏来说,其要求更加严格;在实际生产时,工艺也有较大的控制难度,而且电子级多晶硅在还原炉的性能和结构上的要求也很高;此外,因为工艺气体中存在Cl,如果不能有效管控工艺生产条件,便会严重腐蚀相应的设施和管道。


5小结


电子级多晶硅是电子信息产业最基础的战略材料,关乎我国国民经济、社会及国防安全。如何能够持续、稳定的生产高纯电子级多晶硅,满足下游企业对电子级硅材料的需求,是多晶硅企业面临的重要研究课题。要从多晶硅生产全流程各工序严格控制,将各种可能造成污染的因素降低至最小,并在操作过程中进一步做到精益操作和精细化操作,改变不良习惯,提升管理水平,才有可能在电子级多晶硅市场上占有一席之地。


参考来源:每日经济新闻、

【1】郑盛涛.电子级多晶硅生产关键工艺分析.材料制造和应用.2020.

【2】吴峰.集成电路用电子级多晶硅大规模产业化技术实践.山东化工.2021.

【3】江华.我国电子级多晶硅发展情况分析.科技中国.2021.

【4】张洪斌,等.电子级多晶硅生产技术分析.新材料与新技术.2022.

【5】马启坤,等.电子级多晶硅生产关键工艺控制.云南冶金.2019.

(中国粉体网编辑整理/星耀)

注:图片非商业用途,存在侵权请告知删除!


推荐7

作者:星耀

总阅读量:4128660

相关新闻:
网友评论:
0条评论/0人参与 网友评论

版权与免责声明:

① 凡本网注明"来源:中国粉体网"的所有作品,版权均属于中国粉体网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:中国粉体网"。违者本网将追究相关法律责任。

② 本网凡注明"来源:xxx(非本网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

粉体大数据研究
  • 即时排行
  • 周排行
  • 月度排行
图片新闻