三氯氫硅還原法制取高純硅的化學(xué)原理

SiHCl3還原法制取高純硅的化學(xué)原理
來源:海川論壇

（1） SiHCl3的合成
第一步：由硅石制取粗硅 硅石（SiO2）和適量的焦炭混合，并在電爐內(nèi)加熱至1600~1800℃
可制得純度為95%~99%的粗硅。其反應(yīng)式如下：
SiO2+3C=SiC+2CO（g）↑
2SiC+SiO2=3Si+2CO（g）↑
總反應(yīng)式：
SiO2+2C=Si+2CO（g）↑
生成的硅由電爐底部放出，澆鑄成錠。用此法生產(chǎn)的粗硅經(jīng)酸處理后，其純度可達到99.9%。
第二步：SiHCl3的合成 SiHCl3是由干燥的氯化氫氣體和粗硅粉在合成爐中（250℃）進行合成的。
其主要反應(yīng)式如下：Si+3HCl=SiHCl3+H2（g）
（2） SiHCl3的提純
    由合成爐中得到的SiHCl3往往混有硼、磷、砷、鋁等雜質(zhì)，并且它們是有害雜質(zhì)，對單晶硅質(zhì)量影響極大，必須設(shè)法除去。
    近年來SiHCl3的提純方法發(fā)展很快，但由于精餾法工藝簡單、操作方便，所以，目前工業(yè)上主要用精餾法。SiHCl3精餾是利用SiHCl3與雜質(zhì)氯化物的沸點不同而分離提純的。
    一般合成的SiHCl3中常含有三氯化硼（BCl3）、三氯化磷（PCl3）、四氯化硅（SiCl4）、三氯化砷（AsCl3）、三氯化鋁（Al2Cl3）等氯化物。其中絕大多數(shù)氯化物的沸點與SiHCl3相差較大，因此通過精餾的方法就可以將這些雜質(zhì)除去。但三氯化硼和三氯化磷的沸點與SiHCl3相近，較難分離，故需采用高效精餾，以除去這兩種雜質(zhì)。精餾提純的除硼效果有一定限度，所以工業(yè)上也采用除硼效果較好的絡(luò)合物法。
    SiHCl3沸點低，易燃易爆，全部操作要在低溫下進行，一般操作環(huán)境溫度不得超過25℃，并且整個過程嚴禁接觸火星，以免發(fā)生爆炸性的燃燒。
（3）SiHCl3的氫還原
提純SiHCl3和高純氫混合后，通入1150℃還原爐內(nèi)進行反應(yīng)，即可得到硅，總的化學(xué)反應(yīng)是：SiHCl3+H2=Si+3HCl
生成的高純多晶硅淀積在多晶硅載體上。

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