پلی سیلیکون

Comparison of purity of different grades of silicon

سیلیکون که دومین ماده فراوان در پوسته زمین محسوب می‌شود به صورت ترکیب سیلیکا SiO_2 یافت می‌شود و از سنگ‌های غنی از سیلیکا با خلوص مناسب قابل استخراج است. این سنگ‌ها در طبیعت معمولا با مقادیر زیادی ناخالصی همراه است که مراحل اولیه تولید به کاهش ناخالصی‌ها و خالص‌سازی سیلیکا برای بدست آوردن سیلیکون گرید متالورژیکی با خلوص بیش از 98 درصد سیلیکون اختصاص دارد. در ادامه به روند تولید این خالص سازی تا ساخت پلی‌سیلیکون با گرید سولار و یا گرید نیمه‌هادی خواهیم پرداخت. خلوص مورد نیاز سیلیکون برای استفاده در پنل‌های خورشیدی 99.9999 درصد است که 6N نامیده می‌شود. همچنین خلوصی که برای تولید نیمه رساناها لازم است از 9N-11N متغیر است. در جدول ذیل میزان هریک از ناخالصی‌های موجود در سیلیسیم در سه گرید مختلف آورده شده است.

برای خالص‌سازی سیلیکون روش‌های متعددی استفاده می‌شود. این روش‌ها به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شود.

  1. روش‌های متالورژیکی
  2. روش‌های شیمیایی

روش نخست در حذف ناخالصی های مربوط به فسفر و بور نمی‌تواند جداسازی را به میزانی که مورد نظر است برساند اما در صورت برخی اصلاحات فرآیندی می‌توان انتظار خلوص 6N را داشت. روش‌های metallurgical از تعدادی عملیات مرحله‌ای ذوب و انجماد تشکیل شده‌اند و از هیچ ماده شیمیایی استفاده نمی‌شود.

روش دوم که از طریق واکنش‌های شیمیایی و جداسازی‌های متعدد به خلوص موردنظر می‌رسد در حذف ناخالصی‌ها به ویژه ناخالصی‌های مربوط به بور و فسفر بسیار موفق‌تر عمل می‌کند. در روش‌های شیمیایی سیلیسیم خالص از طریق واکنش های شیمیایی حاصل می‌شود و می‌توان آن‌ها را به دو دسته تقسیم نمود.

  1. تجزیه یا احیا هیدروژنی ترکیبات سیلان
  2. تجزیه یا احیا هیدروژنی سیلیسیم تتراهالیدها

روش های دسته اول با استفاده از واکنش های مختلف و پی‌درپی، ترکیبات مختلف سیلان را پدید می‌آورند. با توجه به تعداد کلر و هیدروژن موجود در ساختار پنج ترکیب زیر می‌توانند برای تولید سیلیکون خالص استفاده شوند.

  1. مونو سیلان (SiH4)
  2. کلرو سیلان (SiH3Cl)
  3. دی کلرو سیلان (SiH2Cl2)
  4. تری کلرو سیلان (SiHCl3)
  5. تترا کلرو سیلان یا سیلیسیم تترا کلرید (SiCl4)

سیلیسیم تترا کلرید را می‌توان در دسته تترا هالیدها بررسی کرد. دو ترکیب رایج برای تولید سیلیسیم خالص، مونو سیلان (یا به اختصار سیلان) و تری‌کلروسیلان هستند. از سایر ترکیبات به ندرت به عنوان ماده خام راکتور تجزیه استفاده می شود. سیلان(SiH4) و تری‌کلروسیلان(SiH3Cl) می‌توانند به تنهایی یا با حضور هیدروژن به سیلیکون تبدیل شوند. معمولا مونو سیلان تجزیه می شود در حالی که تری‌کلروسیلان به کمک هیدروژن کاهیده می‌شود. همچنین این دو ترکیب می‌توانند در یک راکتور بستر سیال وارد شده و سیلیکون گرانولی تولید کنند یا اینکه وارد راکتوری با میله های سیلیکونی U شکل شده و روی سطح لوله‌ها رسوب کنند که درباره آنها در مطلب پیش رو بیشتر صحبت خواهد شد.

در واقع در هر دو حالت هسته‌های سیلیکونی از قبل وجود دارند و با پیشرفت واکنش تجزیه اندازه آنها افزایش می‌یابد. در حالت اول، هسته‌های سیلیکونی به صورت دانه‌های کروی بسیار کوچک و در حالت دوم هسته‌های سیلیکونی به صورت میله‌های باریک حضور دارند. با توجه به حالت های فوق و نیز شرایط دما و فشاری، شرکت‌های مختلف از تکنولوژی‌های متفاوتی استفاده می‌کنند. اما به طور کلی این تکنولوژی‌ها یا بر پایه تری‌کلروسیلان هستند یا بر پایه مونو سیلان. معروف ترین روش بر پایه تری‌کلروسیلان، فرآیند شرکت Siemens و معروف ترین روش بر پایه سیلان، فرآیند شرکت Union Carbide می‌باشد. لازم به ذکر است که سهم تکنولوژی Siemens در صنعت تولید سیلکون solar بسیار بیشتر از سایر تکنولوژی های موجود است. در دسته دوم فرآیند های شیمیایی، از تجزیه یا احیای ترکیبات تترا یدید، تترا برمید و تترا کلرید سدیم یا سایر ترکیبات هالوژنی سیلیسیم استفاده می‌شود.

وضعیت پیشرفت پلی سیلیکون

0هزار تن

ظرفیت تولید سالیانه

0

اشتغال آفرینی مستقیم

+0میلیون دلار

سرمایه گذاری ثابت

+0%

درصد پیشرفت پروژه

ابتدا رشد کریستال‌های سیلیکونی با روش Float Zone تحقق یافت و پس از آن روش‌هایی پایه‌گذاری شد که هدف تولید سطوح سیلیکونی بزرگ، تخت و صاف با هزینه پایین را محقق می‌ساخت. به تدریج این روش ها به صورت تجاری قطر ویفر را از حدود mm 5/0 به mm300 افزایش دادند. به طور تحقیقاتی افزایش قطر ویفر تا بیش از mm 450 نیز گزارش شده است و همچنان به عنوان موضوعی بسیار پر اهمیت توسط گروه های تحقیقاتی مختلف پیگیری می‌شود. به طور مشابه تکنولوژی رشد کریستال و زیرلایه به صورت چشم‌گیری در حال تکامل است تا با ارائه پلت فرم های ساخت منحصر به فرد پاسخ گوی نیاز روزافزون صنعت سولار باشد. زیر مجموعه های مختلف تولید صنعتی پلی‌سیلیکون بر اساس روش Siemens و ویفر سیلیکونی در شکل زیر بعنوان دو محصول نهایی سیلیکون آراز آورده شده است.

بر این اساس پیشرفت پروژه کارخانه پلی سیلیکون آراز مطابق با طراحی و امکان سنجی های به عمل آمده در مرحله تکمیل حلقه سرمایه گذاران است. پس از مشخص شدن ترکیب سرمایه گذاران با انتخاب بهترین مکان جغرافیایی از بین موقعیت های مکانی بررسی شده، عملیات تامین و اجرا کارخانه پلی سیلیکون آراز شروع خواهد شد.