硅烷法

用硅烷熱解制多晶硅的方法

硅烷法:就是最終用硅烷熱解制多晶硅的方法。

硅烷有多種製法,目前主流的生產工藝有:硅鎂合金法工藝(Komatsu 硅化鎂法);氯硅烷歧化工藝(Union Carbide 歧化法);金屬氫化物工藝(MEMC公司發明的新硅烷法)三種。

金屬氫化物工藝


採用氫化鋁鈉與四氟化硅氣體反應合成硅烷氣體,化學反應如下:
NaALH4+SiF4——>NaALF4+SiH4
反應生產的粗硅烷氣體經吸附塔、脫重塔和脫輕塔純化精製,把粗硅烷氣體純度提升到6N 以上的高純度電子級硅烷氣體,再經過低溫液化處理製得的液態硅烷儲存在產品硅烷儲槽內,通過蒸發液態的硅烷氣體變成常溫的硅烷氣體供硅烷還原多晶硅工段使用。以上反應中使用的四氟化硅氣體利用化肥企業的副產物氟硅酸製得或用其它方法製得。美國MEMC 公司採用該方法已經大規模生產多晶硅,技術已經很成熟,已經在20 年前用於年產千噸級以上的多晶硅生產線上。

硅鎂合金法工藝


硅鎂合金製備硅烷氣體工藝也稱小松法工藝。硅鎂合金法製備硅烷的工藝流程非常簡練。小松法製備硅烷工藝歷史上研究最多的工藝路線,實現過年產5 噸規模的試驗性的生產裝置線。該方法的主要反應有:
Si+Mg——>Mg2Si
Mg2Si + NH4Cl——>SiH4+MgCl26NH3
第一步反應在真空或保護氣氛下進行。第二步反應在低溫液氨下進行,其中生產的氯化鎂在液氨環境下與液氨絡合成六氨氯化鎂。由於成本過高,該方法目前還沒有應用於千噸級規模的生產線上。硅鎂合金法工藝到目前為止還沒有用於大規模多晶硅生產線。該方法用於大規模生產線上主要要解決的問題是:1)液氨的循環利用。要實現液氨循環利用,必須實現從六氨氯化鎂絡合物中的氨分離出來,實現氨的循環利用;2) 傳統的小松法製備硅烷氣體採用的是批次式反應,要實現大規模生產,該反應需要改成連續式反應,否則很難實現規模化生產;3) 該工藝中氨的循環量很大,需要補充大量的冷量,如何實現冷量和熱量的充分利用來降低能耗過高的問題需要做進一步改進。

氯硅烷歧化工藝


氯硅烷歧化反應法,此法利用如下氯硅烷的合成和歧化反應來獲得硅烷:
Si + 2H2 + 3SiC14——>4SiHCl3
6SiHCl3——>3SiH2Cl2 + 3SiCl4
4SiH2Cl2——>2SiH3Cl + 2SiHCl3
2SiH3Cl——>SiH2Cl2 + SiH4
整個過程是閉路,一方投入硅與氫,另一方獲得硅烷,因此排出物少,對環保環境有利,同時材料的利用率高。該方法已經實現千噸級規模生產水平。美國REC( 前身為Asimi) 採用該方法來製備硅烷氣體。