高纯多晶硅的制备

电子工业用硅材料的原料高纯多晶硅的纯度很高，一般要求纯度达到99.999 999% ～99.9 999 999% ，杂质的含量要降到十亿分之几（ppba）的水平。即使对于太阳电池，多晶硅的纯度一般也要求在99.99 999% 以上。

高纯多晶硅是利用化学提纯技术，将金属硅进行进一步提纯而得到的。金属硅的纯度约为95% ～99% ，又称为粗硅、冶金硅或工业硅，这种金属硅材料对太阳能光伏电池而言，含有过多的杂质，主要为非金属杂质C 、B 、P 和金属杂质Fe、Al等。

化学提纯是指通过化学反应，将硅转化为中间化合物，再利用精馏提纯等技术，提纯中间化合物，使之达到高纯度；然后再将中间化合物还原成硅，此时的高纯硅是多晶状态，可以达到太阳电池和电子器件的要求。
根据中间化合物的不同，化学提纯多晶硅可分为不同的技术路线，其共同的特点是：中间化合物容易提纯。目前，在工业中应用的技术有：三氯氢硅氢还原法、硅烷热分解法和四氯化硅氢还原法，最主要的是前两种技术。经过化学提纯的半导体级高纯多晶硅的基硼浓度应小于0.05ppba，基磷浓度小于0.15ppba，碳浓度小于0.1ppma，金属杂质的浓度小于1.0ppba。

三氯氢硅氢还原法
三氯氢硅氢还原法是德国西门子（Siemens）公司于1954 年发明的，又称西门子法，是广泛采用的高纯多晶硅制备技术，国际上生产高纯多晶硅的主要大公司都采用该技术，包括瓦克（Wacker）、海姆洛克（Hemlock）和德山（Tokoyama）。
其化学反应式为：
Si + 3HCl→ SiHCl3 + H2 （1）

反应除了生成中间化合物三氯氢硅外，还有附加产物，如SiCl4、SiH2Cl2和FeCl3、BCl3、PCl3
等杂质，需要精馏提纯。经过粗馏和精馏两道工艺，三氯氢硅中间化合物的杂质含量可以降到10-7～10-10 数量级。

将置于反应室的原始高纯多晶硅细棒（直径约5mm）通电加热到1100℃以上，通入中间化合物三氯氢硅和高纯氢气，发生还原反应，通过化学气相沉积，生成的新的高纯硅沉积在硅棒上，使硅棒不断长大，一直到硅棒的直径达到150~ 200mm ，制成半导体级高纯多晶硅。其反应式为：
SiHCl3 + H2 → Si + 3HCl （2）
或 2（SiHCl3）→ Si + 2HCl + SiCl4 （3）


或者将高纯多晶硅粉末置于加热流化床上，通入中间化合物三氯氢硅和高纯氢气，让生成的多晶硅沉积在硅粉上，形成颗粒高纯多晶硅。瓦克公司最近建立的太阳电池用颗粒多晶硅生产线利用的就是流化床技术。

除了上述技术外，Tokoyama最近还提出了新的气液沉积技术（

VLD ，vapor liquid deposition），即在加热的垂直高纯石墨管中，通入三氯氢硅和高纯氢气，直接形成硅液滴，最后凝固成高纯多晶硅。