三氯氢硅还原法制取高纯硅的化学原理

SiHCl3还原法制取高纯硅的化学原理
来源:海川论坛

（1） SiHCl3的合成
第一步：由硅石制取粗硅 硅石（SiO2）和适量的焦炭混合，并在电炉内加热至1600~1800℃
可制得纯度为95%~99%的粗硅。其反应式如下：
SiO2+3C=SiC+2CO（g）↑
2SiC+SiO2=3Si+2CO（g）↑
总反应式：
SiO2+2C=Si+2CO（g）↑
生成的硅由电炉底部放出，浇铸成锭。用此法生产的粗硅经酸处理后，其纯度可达到99.9%。
第二步：SiHCl3的合成 SiHCl3是由干燥的氯化氢气体和粗硅粉在合成炉中（250℃）进行合成的。
其主要反应式如下：Si+3HCl=SiHCl3+H2（g）
（2） SiHCl3的提纯
    由合成炉中得到的SiHCl3往往混有硼、磷、砷、铝等杂质，并且它们是有害杂质，对单晶硅质量影响极大，必须设法除去。
    近年来SiHCl3的提纯方法发展很快，但由于精馏法工艺简单、操作方便，所以，目前工业上主要用精馏法。SiHCl3精馏是利用SiHCl3与杂质氯化物的沸点不同而分离提纯的。
    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）、三氯化铝（Al2Cl3）等氯化物。其中绝大多数氯化物的沸点与SiHCl3相差较大，因此通过精馏的方法就可以将这些杂质除去。但三氯化硼和三氯化磷的沸点与SiHCl3相近，较难分离，故需采用高效精馏，以除去这两种杂质。精馏提纯的除硼效果有一定限度，所以工业上也采用除硼效果较好的络合物法。
    SiHCl3沸点低，易燃易爆，全部操作要在低温下进行，一般操作环境温度不得超过25℃，并且整个过程严禁接触火星，以免发生爆炸性的燃烧。
（3）SiHCl3的氢还原
提纯SiHCl3和高纯氢混合后，通入1150℃还原炉内进行反应，即可得到硅，总的化学反应是：SiHCl3+H2=Si+3HCl
生成的高纯多晶硅淀积在多晶硅载体上。

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