Виробництво полікристалічного кремнію
Полікристалічний кремній (ПКК) - стратегічне сировину напівпровідникової промисловості. В основному ПКК використовується для отримання монокристалічного кремнію (МКК) і мультікремнія (МК). За якістю ПКК поділяють на кремній «сонячного» якості і «електронного» якості.
ПКК «електронного» якості з масовою часткою домішок - 10-7 ÷ 10-8% використовується в сучасній мікроелектроніці, промислової і силовий електроніці.
ПКК «сонячного» якості використовується в енергетиці для виробництва сонячних батарей.
Сировиною для виробництва ПКК є кремній «металургійного якості» з чистотою до 98-99%
Більше 90% світового ринку полікристалічного кремнію контролюють компанії США, Японії, Німеччини та Італії.
В даний час в світі існує дефіцит ПКК, в зв'язку з чим в ряді країн прийняті програми з розвитку кремнієвого виробництва.
Раніше в СРСР вироблялося до 12% світового полікристалічного кремнію, основні виробничі потужності розташовувалися в Україні та Киргизії.
Серед українських виробників полікристалічного кремнію можна перерахувати:
- Подільський хіміко-металургійний завод
- Красноярський гірничо-хімічний комбінат (м Железногорськ)
- Підприємство ТОВ «Усолье-Сибірський Силікон» групи НІТОЛ.
В даний час вУкаіни монокристалічний кремній на підприємствах виробляється з високочистого закордонної сировини, тому питання розвитку виробництва полікристалічного кремнію залишається актуальним.
Отримання чистого і надчистого кремнію вимагає попереднього синтезу найчистіших вихідних сполук кремнію (SiCl4, SiHCl3, SiH4), з яких кремній витягають шляхом відновлення або термічного розкладання.
Традиційно для отримання полікристалічного кремнію використовується технологія "Siemens C", на частку якої припадає основна частина (> 70%) світового виробництва полікристалічного кремнію.
З технічного кремнію хлоруванням синтезують трихлорсилану (ТХС), який очищається шляхом многостадийной ректифікації від побічних продуктів синтезу трихлорсилану - Н2, НСl, тетрахлорида кремнію (ТХК) і направляється в реактор водневого відновлення, де відбувається процес осадження кремнію на стрижні-основи. Виділені при очищенні синтезованого ТХС побічні продукти повертаються назад в цикл виробництва ПКК. Хлористий водень повертається на синтез ТХС, синтезований ТХК і частина водню направляються на конверсію ТХК (перетворення ТХК в ТХС), решті водень подається на водневе відновлення кремнію.
В процесі відновлення кремнію в реакторах крім продукту - чистого полікристалічного кремнію - утворюються побічні продукти - тетрахлорид кремнію і хлористий водень, які в суміші з непрореагировавшего воднем і тріхлорсіланом, а також продуктами конверсії ТХК направляються на установки, де відбувається відділення Н2, НСl, а також поділ оборотних хлорсиланов на ТХС і ТХК, що повертаються в технологічний процес. Оборотний трихлорсилану з воднем повертаються в реактори відновлення кремнію, хлористий водень - на синтез ТХС, а оборотний тетрахлорид кремнію направляється в конвертори для перетворення в трихлорсилану.
За оригінальною технологічною схемою фахівцями ГК «ЛЕННІІХІММАШ» були розроблені установки конденсації хлорсиланов і поділу парогазової суміші, що включають отримання продуктів високої чистоти, - чотирихлористого кремнію, трихлорсилану, водню і хлористого водню з метою подальшого їх повернення у виробництво полікристалічного кремнію, а також установки очищення і нейтралізації промислових стоків і газів, що відходять, що забезпечують захист навколишнього середовища від шкідливих викидів.
Розроблена ГК «ЛЕННІІХІММАШ» методика розрахунку очищення скидних газів і утилізація промислових стоків промислового виробництва полікристалічного кремнію може бути застосована і для інших продуктів напівпровідникової групи.
ГК «ЛЕННІІХІММАШ» також було розроблено, виготовлено і поставлено на майданчик велика частина основного технологічного обладнання установок, трубопровідна арматура, а також прилади КВП.
Будівництво даних установок в даний час ведеться на ТОВ «Усолье-Сибірський Силікон» компанії НІТОЛ.