改良西门子法多晶硅质量影响因素分析

杨宝辉 1 邱艳梅 2

新特能源股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830019

【摘 要】：在现阶段的工业领域中，多晶硅的生产制造手段多种多样，其中主要使用的制造手段有：冶金法、硅烷法以及改良西门子法等，在制造的过程中改良西门子法利用最为普遍。因为改良西门子法具有资金利用程度低、能耗低以及生产出的多晶硅品质高、整体利用技术水准高等突出优点。紧跟着当前多晶硅产品生产数目的逐渐增多，资金利用程度的降低以及品质的提升已然变成企业发展的基础条件。而国外的多晶硅品质通常都是电子一级品，多晶硅内部杂质浓度较低，而且产品的质量分布较为均匀，所以，我国的生产企业正在面临着质量发展的难度，这就需要我国要持续研究多晶硅生产过程中的质量管理手段，进而在一定程度上提升我国多晶硅的生产品质以及促进我国生产制造行业的发展。

【关键词】：改良西门子法；多晶硅质量；影响因素

引言

紧跟着现阶段生产领域中多晶硅生产数目越来越多，成本的减少和品质的提升已经发展成了一个生产企业不被时代所淘汰的基本条件，因此，多晶硅企业要及时开展工艺创新工作来尽可能的降低多晶硅生产工作的资金利用程度，进而确保企业具有紧跟时代潮流发展的基础和资本。然而，国际市场对于中国市场的打击并不仅仅停留在成本降低的层面之上，更关键的是品质的提升。而且国际市场中的多晶硅产品具有在下游企业中利用稳定，单晶成晶率高、电池转化成效明显以及发电时间长等突出优点。这就导致我国的多晶硅生产企业正在面临着严峻的品质困境，这时就需要有关企业及时研究多晶硅生产过程中的品质控制手段，进而在一定程度上提升我国多晶硅的生产品质。本篇文章就主要对现阶段多晶硅生产企业中影响多晶硅质量的因素进行了简单的阐述，并且提出了一部分解决措施，从而在一定程度上促进我国多晶硅生产领域的发展。

1.多晶硅质量影响因素分析

1.1三氯氢硅对多晶硅质量的影响

在目前多晶硅产品的生产过程中，对于太阳能级多晶硅原料之一的三氯氢硅的使用含量还没有一个具体的标准和数据。但是对于其中存在的杂质，大部分企业都要求B＜0.1ppbw、P＜1ppbw、Fe＜50ppbw、C＜1ppmw。而假如要是多晶硅中P、B的含量较高，其就会高温环境下产生P、B析出的副反应，而析出的P、B又会粘附在多晶硅上，这会大幅度的影响多晶硅的电阻率。

在多晶硅生产时，有关物质和P、B等杂质所产生的反应属于气相反应。由于生产过程中P、B、As、Sb等物质会漂浮在气相之中，而其他一部分反应炉内部的重金属物质也会漂浮在气相之中，当SiHCl3、H2等物质扩散至载体上时，可能会把这部分杂质带到载体之上，这对于多晶硅的品质有着很大的影响。

1.2氢气对多晶硅质量的影响

通过有关研究发现，由于氢气中会含有一定程度的氧和水汽，在含氧量大于20ppm，露点大于-30℃的环境下，就会出现水解或者氧化反应，这样一来，就会生成一种二氯化硅氧化层粘附在多晶硅之上，在这种被氧化的多晶硅继续沉淀时，就形成了氧化夹层。这种夹层在光照的环境下可以看到多种多样的色彩，而且酸洗手段而不能去除这种氧化夹层。与此同时，具有氧化夹层的硅棒在真空环境下生长单晶硅的过程中，可能会出现硅跳情况，进而导致熔融硅从熔区内蹦出，这样可能会造成火苗冒出的危机状况，严重的还会损坏加热设备，甚至导致生产过程没有办法进行，而通常见到的状况就是熔区表面的废渣较多，导致多次引晶不成功等问题。除此之外，当氢气中含有CO2、CO时对导致衬底氧化，而硅棒在氧化的衬底中就会生长为多晶硅，基于此得出，二氧化碳以及一氧化碳的含量对于多晶硅的品质也有着不可忽视的关键影响。

1.3夹层对多晶硅质量的影响

1.3.1氧化夹层

通常状况下，在多晶硅的还原过程中，假如生产原料中具有水汽和氧时，就会出现水解或者氧化反应，从而产生一层SiO2氧化层粘附在硅棒之上，而当经过氧化反应的硅棒又再一次进行沉淀时，就形成了“氧化夹层”。这种夹层在光照环境下会出现多种多样的颜色，而且酸洗方式也不能去除这种氧化夹层，而且拉晶过程中还有可能出现“硅跳”的危机状况。

生产企业要想解决这部分问题，就要全方位的确保进入还原设备中氢气的浓度，并且保证氧气含量以及水汽含量维持在标准值以下。与此同时，在开启还原设备之前一定要及时对设施开展缜密的检测工作，避免漏水、漏油等问题出现。

1.3.2温度夹层

在一般的还原过程中，由于会在较低的温度下进行，而这时沉淀的硅是没有定型的硅。这时要是提升反应温度持续开展沉淀工作，就会产生一种暗褐色的温度夹层（由于这种夹层受到温度的影响非常大，所以也可以较为“温度夹层”）。其是一种稀疏、粗糙的夹层，而且中间经常具有很多的气体和杂质，利用酸性溶液都没有办法去除，并且在拉晶过程中，严重的还会产生“硅跳”情况。这会很大程度的影响多晶硅的品质。

1.4施受主浓度对多晶硅质量的影响

通过有关的研究可以得出的结论是，当多晶硅中Ⅲ族杂质的含量明显大于Ⅴ族杂质含量时，多晶硅体现为P型，反之则会体现为N型；而要是两者的浓度、含量都相近时，多晶硅就会体现为混合型。在当前多晶硅的生产过程中，假如多晶硅中施受主杂质的浓度较高，就会导致多晶硅的电阻率明显降低，从而减少单晶电阻率以及少数载流子的使用时间，而且这样还会影响后期电源设施的光电转化成效。与此同时，假如N型多晶硅中的施受主杂质含量较高，就会造成少数载流子变成空穴。而当空穴受到外界影响而出现定向移动状况时，其不仅仅会受到越来越大的电子吸引力，而且还会提升和电子碰撞的概率，这就会导致少数载流子极易出现复合状况，这会在一定程度上影响多晶硅的品质，减少使用时间。

2.质量改进

对于上文中提到的影响多晶硅质量的因素，有关生产企业要及时创建高效的解决措施来完善，进而全面提升多晶硅的生产品质水准。首先，生产企业可以在还原车间内部设立高电阻值的硅芯来生产多晶硅，从而降低硅芯对于多晶硅内部质量的影响。其次，企业要及时在多晶硅的还原车间以及生产车间装配氮气和空气洁净体系，保证在多晶硅的生长过程中不会因为管道置换气的原因而造成多晶硅品质不达标的情况出现，而且这样还可以保证在后期的包装过程中不会因为空气吹扫而引入更多的杂质。最后则是需要企业利用机械设备加衬PU的手段，从而降低对多晶硅的污染程度。而且企业还可以利用耐磨程度高的材料以及结晶用具来降低多晶硅运输过程中对于品质的损坏程度。

结语

当今社会中，多晶硅通常被利用在电力工业行业之中，其主要被用来生产电子计算设备、彩电、半导体收音机以及光电转换设施等半导体器件。多晶硅具有半导体的优良特点，所以其是非常关键的半导体材料，但是其中具有的少量杂质对其导电性有着非常大的影响，因此，有关生产企业要尽量的减少多晶硅材料中的杂质含量，进而来提升其导电性。同时，提升半导体的导电性能，还可以在一定程度上提升清洁能源的利用水准。这样一来，就可以最大程度的促进我国多晶硅生产行业的发展以及社会主义经济的进步。

参考文献

【1】曹礼强,赵北君,刘林. 改良西门子法多晶硅产品质量分析[J]人工晶体学报，2013年08期，ISSN：1000-985X。

【2】杨涛.改良西门子法生产多晶硅工艺设计探讨.贵州化工.2009.34(3):7-11

【3】中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会,GB/T 4059-2007, 硅多晶气氛区熔基磷检验方法, 中华人民共和国国家标准，北京：中国标准出版社，2008-2-1。

【4】田林,谢刚,俞小花,李荣兴.多晶硅生产的研究现状及发展趋势.云南冶金.2011.40（3）:51-55.