硅多晶车间设计(design of polysilicon shop)

以工业硅为原料，制取氯硅烷或硅烷，经提纯、氢还原或热分解等过程，生产硅多晶的硅材料厂的车间设计。设计主要内容包括：产品方案、工艺流程、设备选择、车间布置与技术特点和主要技术经济指标。

产品方案   硅多晶产品品种、规格、质量等级主要依据硅单晶生产工艺水平及硅单晶的产品方案确定。

供区熔硅单晶用硅多晶棒，一般要求直径80mm以下，电阻率要达特级或一级品水平。直拉单晶用硅多晶直径越大，经济效益较好。

工艺流程选择   硅多晶生产方法主要有传统的三氯氢硅法、改良三氯氢硅法和新硅烷法。传统的三氯氢硅法回收率低、消耗指标高，大量剐产物四氯化硅难以回收，给环境带来不利影响。改良三氯氢硅法克服了上述缺点，采用闭路循环系统，用氢化工艺将四氯化硅转化为三氯氢硅返回使用，此法逐渐取代传统的三氯氢硅法。

改良的三氯氢硅法生产硅多晶原则工艺流程见硅材料厂设计。

新硅烷法亦为闭路流程，技术经济指标较好。

设备选择   改良的三氯氢硅法生产硅多晶用主要设备有沸腾氯化炉、提纯塔、还原炉、尾气回收装置和氢化炉等。沸腾氯化炉材质一般选用碳素钢；提纯塔有筛板塔、浮板塔、填料塔和泡罩塔等。筛板塔和浮板塔具有传质、传热效应较高，负荷调节操作弹性好和生产稳定等优点，设计一般选用筛板塔或浮板塔。还原炉有石英钟罩和不锈钢钟罩炉两种，石英钟罩炉节能效果好，但受钟罩尺寸限制，产量低；不锈钢钟罩具有炉产量大、生长硅多晶直径大、能耗低等优点，一般选用较多。

车间配置与技术特点   硅多晶生产由一条生产线及与工艺有关的辅助设施组成。生产过程中有逸出腐蚀性气体的可能性；部分工序要求洁净的生产环境；要求密闭、用管道输送物料；要按洁净等级要求分区、按工艺流程顺序配置。主要物料管道尽量短，以避免所得到的高纯物料、高纯产品受到二次污染。

主要技术经济指标   硅多晶生产的主要技术经济指标如下。

(1)生产每公斤硅多晶消耗：

硅粉：传统三氯氢硅法6～8kg；改良三氯氢硅法1.4kg。

氢气：传统三氯氢硅法约60m³；改良三氯氢硅法0.067m³。

还原直接耗电：传统三氯氢硅法约500kW•h；改良三氯氢硅法50～120kW•h。

(2)产品合格率：传统三氯氢硅法和改良三氯氢硅法均≥95％。