电子级多晶硅产业化技术研究项目可行性报告一、项目立项的背景和意义1、项目立项的背景1.1在人们消费水平不断提高以及对新能源产品不断追求的新形势下，应用于众多高科技产品中的一系列新材料的市场将十分广阔。
电子级多晶硅材料就是众多高科技电子信息行业不可或缺的原料。
电子级多晶硅不仅应用于太阳能光伏电池而且可以大量用于集成电路等半导体器件等产品中，具有不可替代的作用。
而目前世界上制备电子级多晶硅的技术主要被美、日、德等跨国公司所垄断。
国内还没有能生产电子级硅材料的企业。
1.2市场分析目前国内市场直接使用电子级硅烷的消耗量大致为600-700吨/年，随着浙江正泰集团非晶薄膜电池生产基地和河北廊坊太阳能薄膜电池生产基地的上马，未来三年，国内对电子级多晶硅的需求将达到1200-1500吨/年。
目前国内多晶硅产品严重短缺，全部依赖进口。
因此在国内开发生产电子级多晶硅及硅料具有相当好的市场前景。
就国际市场而已，多晶硅年需求量约为20000吨，中国约占三分之一，年需求量为6500吨左右，用于半导体集成电路和功率器件的生产，且每年呈30%的速度增长。
开发生产电子级多晶硅不仅市场广阔，而且意义重大，将会改写我国长期以来依赖进口的局面，填补我国规模化生产电子级多晶硅的空白。
1.3国家支持和鼓励企业大力发展电子多晶硅的研发和生产目前，电子级硅材料产业也是一个十分敏感的战略性工业，多晶硅的主要制造技术又只掌握在美、日、德等几个发达国家手里，从国家安全的战略高度来考虑，国家积极支持和扶植规模型的电子级多晶硅产业，否则一旦有什么风吹草动，国家战略安全就将处于危险的地位。
我国是一个正在迅速崛起、经济快速增长的发展中大国，我国的电子工业和光伏产业也正处在飞速发展的关键时期，很难想象随着社会的进步，对高科技产品需求的不断加大，我国还要依靠进口高纯硅料来维持我国电子产品出口世界第一、光伏产品制造世界第一的地位。
也就是说，没有国产高纯多晶硅材料的供应，要保持我国电子信息产业和光伏产业的高速发展是不可能的。
因此鉴于电子级多晶硅产业对发展我国电子信息产业、光伏产业的重要作用和战略地位，国家支持和鼓励企业大力发展电子级多晶硅产品研发和生产。
电子级多晶硅材料均列入和符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》和《国家产业政策指导目录》中《电子专用材料制造》的产业政策。
2、项目立项的意义2.1国内电子级多晶硅市场发展潜力巨大随着我国电子半导体行业的不断发展，对电子级多晶硅以及硅产品的消费量将不断增加，在我国具有很好的发展前景。
2.2良好经济效益和社会效益电子级多晶硅工程建成投产，既为企业创造经济效益，又具有良好的社会效益。
2.3符合国家产业政策本项目的电子级多晶硅可应用到多种高科技领域，对传统能源的替代具有积极的作用，符合国家绿色环保、循环经济、可持续发展的产业政策。
2.4我国目前多晶硅生产技术落后，电子级多晶硅的研发和产业化生产将填补国内空白国内实验室制备多晶硅的方法为数也不少，但真正有实用价值并能够投入大规模生产获取商业利益的基本没有。
本项目研发电子级多晶硅和硅材料的产业化技术将填补国内的规模化生产的空白。
2.5环保优势本项目在利用国外先进多晶硅生产技术的基础上，进行电子级多晶硅的研发和产业化生产。
项目三废排放量少，易于治理。
针对本工艺生产的特点，本项目将建设切实可行的废水处理装置和废气处理设施，确保项目满足清洁生产需要。
综上所述，投资电子级多晶硅项目，进行产业化升级和生产，可缓解我国电子级多晶硅产品供应紧张矛盾，摆脱长期依赖进口的被动局面，同时也填补了我国大量生产电子级多晶硅材料的空白。
不仅具有良好的经济效益，同时也具有良好的社会效益。
因此，本项目的立项很有意义。
二、国内外研究现状和发展趋势1、国外工艺技术概况有关研究资料表明，实验室制备多晶硅的方法及专利为数不少。
真正有实用价值并能够获取商业利益的方法主要有改良西门子法、硅烷法和流化床法。
其中改良西门子工艺生产的多晶硅的产能约占世界总产能的80％，短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变,其中硅烷法的技术主要掌握在美国MEMC和REC两家跨国公司里，已经形成批量化的生产，并进行技术封锁。
比较而言，硅烷法由于杂质的汽液化点的温度与硅烷本体有一定的距离，所以更容易提纯，因而是开发电子级多晶硅的理想方法。
2、国内工艺技术概况目前，国内尚无规模化生产电子级多晶硅方面的技术，仅有科研院所和大专院校在实验室进行一些研究，未能形成规模化生产和市场化效应。
本项目在国内是第一家对电子级多晶硅产业化技术进行系统性的开发和研究，可为规模化生产创造条件。
三、项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点1.研究开发内容1.1 工艺路线介绍本项目采用的是硅烷法制备多晶硅的工艺。
即用硅烷进行反应生成多晶硅。
硅烷法工艺与经由三氯氢硅反应的改良西门子法相比，该方法产品质量更高及消耗总量更低。
目前用硅烷热分解法工艺的主要有两家公司在采用，一是美国的MEMC公司，二是欧洲的REC公司。
而美国的技术生产的产量更大，工艺技术更加成熟先进，是当前国际市场硅烷法生产的主流。
此法在国际上属于先进技术。
目前在中国尚无一个公司采用硅烷法生产多晶硅。
硅烷法具有如下的几大优点，是三氯氢硅法所无法替代的：a. 耗电低。
硅烷的分解温度为800℃，比三氯氢硅低300℃左右，所以用电仅为三氯氢硅法的1/2左右。
b.硅烷容易分解，材料利用率高。
三氯氢硅法还原炉分解率仅为10-15%，硅烷法还原炉分解率为85%以上，硅烷法还原炉未反应物料循环量小于三氯氢硅法。
材料利用率高。
c.环境友好。
硅烷法的生产原料对设备腐蚀小，不含氯化物，生产过程不副产氯化氢，三废排放少，排放可控，对环境影响小。
d.热解炉尾气容易处理。
硅烷法热解炉内气体主要是氢气和少量未反应硅烷，分离出的氢气经过过滤，回到四氢化钠铝制备，分离出的硅粉、硅烷送回热解炉。
e.硅烷容易提纯，是电子级多晶硅的理想原料采用硅烷法生产多晶硅有一个很大的好处在于因为硅烷中各类杂质的气化/液化点温度与硅烷本体的气化/液化点有相当的距离，在精制时比较容易与硅烷分离，因此硅烷的纯度可以做得很高。
同时为了达到高纯的目的，在原方案的基础上，我们在设计时，加大了硅烷气体在精馏时的循环量，使硅烷的纯度大大提高，特别是硼、磷等杂质含量从原技术的1-10ppm降低到0.1-0.15ppb,达到电子级多晶硅的要求。
1.2 研究开发内容项目公司根据国内多晶硅生产的现状，投资建设硅烷法多晶硅项目，采用的是引进国外硅烷法多晶硅生产技术与国内自行研发相结合的模式，在引进技术的基础上，开发和生产电子级多晶硅，并形成产业化生产。
经过与国内、外多家技术专利商交流以及同国内著名院校专家的探讨，决定引进国外光伏级多晶硅的生产技术，在此基础上，进行电子级多晶硅的研发和产业化升级、生产，这样在建设成本、生产成本和质量控制上更加符合中国的国情和实际情况。
拟采用的电子级多晶硅生产装置采用在生产现场进行组装和改造，使装置运行更加稳定，产品质量满足国内和国际市场的要求，使产品在市场上具有较强的竞争力，完全替代电子级多晶硅和硅烷进口，填补国内产业化生产电子级多晶硅的空白。
2007年公司与国外几家多晶硅专利商和主要设备制造商进行了技术交流。
根据对各种技术的筛选比较，决定采用美国主流技术的硅烷法生产的太阳能级多晶硅技术，并于2008年至2009年进行了太阳能级多晶硅项目的建设。
目前生产线已经安装完成，进入试生产阶段，为进一步开发电子级多晶硅产品打下了基础。
2.技术关键1)如何使用通过使用石英砂、氢氟酸等廉价原料经过反应器，调节反应温度、压力、流速等条件来制备出优质的四氟化硅气体。
2）如何控制硅烷气体在提纯装置中的流速、循环时间调节硅烷的循环量以及寻找一种有效地吸附剂来大幅提高作为多晶硅原料的硅烷的纯度。
3）如何有效调节电子级多晶硅生产装置的压力温度平衡，硅烷、氢气等物料进样配比、进样流速等条件，得到最优化的电子级硅烷。
3.技术创新点1）使用硅烷法制备多晶硅项目承担单位是国内首家掌握硅烷法制备多晶硅工艺技术的公司。
硅烷法制备多晶硅的工艺较其他制备多晶硅的工艺具有耗能低、原料易提纯，材料利用率高、反应环境友好、三废排放少，尾气易处理等优点、2）国内首创使用石英砂制备多晶硅的原料四氟化硅。
硅烷法制备多晶硅需要大量的四氟化硅气体来作为原料，产业化生产电子级的多晶硅对原料四氟化硅的纯度要求、产量要求很高，一般的制备方法往往很难达到这样的纯度要求和产量要求。
我们发明了一套使用二氧化硅粉末与高浓度硫酸、氢氟酸以一定比例反应制取高纯四氟化硅的装置。
此法在国内甚至是全世界只有在实验室制备少量四氟化硅气体中使用，将其运用到产业化生产中还是国内首创。
此法中，未反应完的残渣在沉降分离槽沉降后，将上层的硫酸清液抽出至硫酸蒸发器进行蒸发浓缩至一定的质量百分比浓度，沉降下来的二氧化硅浆料用泵抽到二氧化硅硫酸混合槽，循环使用，降低生产成本，减少工业生产污染物的排放。
此工艺与其他产业化生产四氟化硅的工艺相比较具有耗能低、原料价格低廉、排污量少和生产的四氟化硅纯度高、产量大、连续性好等优点。
通过反复摸索、调试得到四氟化硅生产的最佳工艺条件，为后期制备高纯电子级多晶硅大大降低了生产成本。
3）增加一个硅烷反应器，提高硅烷的转化率美国原有技术是通过四氢化铝钠与四氟化硅在一个反应器中进行反应，这样的反应所得硅烷只能达到90%左右的转化率。
为了解决转化率低的技术难题，我们设计了以下技术方案：一种硅烷生产工艺，四氢化铝钠溶液一次经过第一反应器和第二反应器。
气体四氟化硅一次经过第二反应器和第一反应器，所述四氢化铝钠溶液为四氢化铝钠的二甘醇二甲醚溶液。
这样硅烷反应所得的转化率可达99%以上。
本技术所提供的硅烷生产工艺，利用四氢化铝钠溶液和四氟化硅直接反应生成硅烷，四氢化铝钠和四氟化硅气体为逆向进料方式，在第一反应器内，四氢化铝钠的量大于四氟化硅的量，可以使四氟化硅完全反应，在第二反应器内，四氟化硅的量大于四氢化铝钠的量，可以使得四氢化铝钠完全反应。
原料完全反应，从而大大减少成品硅烷中四氟化硅气体的含量，基本能达到99%以上的转化率，提高粗硅烷的纯度，为后期精制电子级硅烷提供了必不可少的条件。
4）增加一组电子级净化装置，有效降低多晶硅产品中硼、磷的含量。
光伏级多晶硅对杂质中硼、磷的含量要求比较低，在1-10ppm之内就可以。
但应用于电子级多晶硅、非晶薄膜以及TFT液晶显示屏等半导体器件中对硼、磷杂质的要求就比较高，必须控制在0.1-0.15ppb 范围之内。
经过研究发现，我们增加的一组电子级净化装置主要用于除去硅烷中的硼、磷杂质，在一定温度压力的调节下，能够有效的将多晶硅中的硼、磷杂质含量降低到0.1ppb以下，达到电子级多晶硅的标准。