电子级多晶硅：电子信息产业的“粮食”

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。

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).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。

硅烷法生产成本较高，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。

3).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。