多晶硅料中的碳杂质
时间：2025-05-28 发布人：admin 点击数：0
在光伏与半导体产业快速发展的背景下，多晶硅作为关键基础材料，其品质对下游器件性能具有决定性影响。碳作为多晶硅中的主要杂质，不仅会降低硅器件的击穿电压，还会促进氧沉淀形成，诱发位错、层错等二次缺陷，导致器件漏电流增加、成品率下降。由于碳在后续加工过程中无法去除，因此在多晶硅生产环节对其质量分数进行严格控制至关重要。多晶硅生产多采用西门子改良法，以三氯氢硅和氢气为主要原料，而碳元素的主要来源与生产原料及工艺密切相关。在冷氢化工艺制备三氯氢硅的过程中，所使用的硅粉、氢气、四氯化硅等原料会导致生成的三氯氢硅中含有甲基二氯硅烷。通过对硅粉中碳质量分数与产品液碳质量分数之间关系的研究发现，氯硅烷中碳的主要来源是硅粉中的含碳物质。数据显示，随着硅粉中碳质量分数的升高，氯硅烷中碳质量分数呈现显著上升趋势，因此根据产品质量要求规范硅粉中碳质量分数范围，是控制多晶硅中碳质量分数的重要环节。由于甲基二氯硅烷与三氯氢硅沸点接近，在提纯过程中难以分离，因此需通过严格控制工艺参数来提高碳元素的去除效果。研究表明，在氯硅烷中碳质量分数及其他工艺参数一定的情况下，提纯处理量与提纯后氯硅烷中碳质量分数呈正比例关系。当提纯处理量从 17.50 t・h⁻¹ 增加到 38.40 t・h⁻¹ 时，氯硅烷中碳质量分数从 0.37×10⁻⁶上升至 19.88×10⁻⁶，这表明合理控制提纯负荷是降低碳质量分数的重要手段。在固定温度与压力条件下，回流比的调整对碳元素的分离效果有显著影响。数据显示，增大回流比后，馏出液中甲基二氯硅烷质量分数降低，而剩余液中其质量分数升高，说明较大的回流比更有利于降低馏出液中的碳质量分数，从而提高氯硅烷的提纯效果。在多晶硅生产中，原料氢气通常由回收氢补充少量新生氢组成。在冷氢化工艺条件下，循环氢气中甲烷质量分数较低，而甲基二氯硅烷在还原炉中大部分转化为甲烷，少量转化为多晶硅产品中的代位碳。尾气中的甲烷主要在淋洗塔中与氯化氢分离时排出系统，回收氢气中残留的少量甲烷与补充的新生氢共同作用，使甲烷质量分数维持在可控范围。研究发现，氢气中甲烷质量分数与产品中碳质量分数存在明显的关联：当氢气中甲烷质量分数超过 15×10⁻⁶后，产品中碳质量分数随其呈正比例增长；而当氢气中甲烷质量分数小于 10×10⁻⁶时，其对产品中碳质量分数的影响较小。- 严格控制硅粉中碳质量分数，根据产品质量要求规范其范围，从源头减少氯硅烷中碳的引入。
- 优化提纯工艺参数，合理控制各塔进料量、塔温、塔压、回流比及重组分釜液采出量，提高碳元素的分离提纯效果。
- 加强对氢气中甲烷质量分数的监测与控制，将其维持在 10×10⁻⁶以下，以降低还原阶段碳在多晶硅产品中的转化与沉积。
